專利名稱：分體式便攜電子設備及用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以移動電話、個人數字助理、媒體播放器、數碼相機與攝像機、便攜計算機為代表的主機與終端分離的分體式便攜電子設備，以及主機與終端通過無線通訊協(xié)同工作的方法，尤其涉及對原始數據采用漸進式傳輸方式以減少傳輸中失效數據的通訊優(yōu)化方法。
背景技術：
以計算機為代表的信息技術深刻地影響著當今人們的生活方式。飛速發(fā)展的計算技術、存儲技術催生著日益精彩的應用，每當一種新的應用走進人們的生活，成為生活的一部分，人們就迫切地希望能隨時隨地的擁有這樣的功能，于是各類便攜電子設備應運而生。
但是，現有的便攜產品大都采用整體式結構，其實質屬于手持設備類。受到運動生物學的限制，手持設備的外形、重量、功耗等都受到嚴重的制約，性能的提升遠不能像個人電腦那樣迅捷，與個人電腦之間日益增大的性能差距決定了越來越多的應用無法及時地出現在手持設備上。
以主機與終端相分離為特征的分體式便攜設備能夠很好地改善手持設備的制約條件，但是現有的產品或發(fā)明方案中，并沒有以“功能模塊的輸入數據或輸出數據是否直接與人機交互相關”為依據來劃分，其結果是，主控制器所在的本體部分仍舊有手持操作進行交互的需要，沒有從根本上擺脫手持設備受到的制約因素。如中國專利03208759.4給出的一種外接顯示屏分離式智能電腦手機的設計，由于使用了外接顯示屏，則手機的本體部分無需內嵌大型的顯示屏，攜帶性得到了改善，但是對于處理能力的提升卻無明顯地幫助。中國專利00133068.3也給出了一種具有個人數字輔助機功能的分體式移動電話設計方案，但是具有PDA功能的移動電話主機仍需手持操作，操作時的舒適性并沒有獲得顯著地改善。
此外，過去所提出的分體式便攜設備的設計，是基于以藍牙、802.11協(xié)議族為代表的傳統(tǒng)窄帶通訊方式，沒有評估其數據帶寬和通訊功耗的限制。如果使用高的數據帶寬，不僅傳統(tǒng)窄帶方式的低系統(tǒng)容量將難以負荷，而且窄帶通訊使用的載波必然帶來高功耗。如果考慮到通訊的低功耗，則數據帶寬相當有限，或者沒有足夠的數據以供人機交互，或者需要使用強大的處理能力對信息解碼，而強大的處理能力同樣意味著高功耗。對便攜式設備而言，高功耗是難以容忍的事情，因此基于傳統(tǒng)窄帶的分體式設計在實施的時候會存在相當大的困難。
在無線通訊中，除了窄帶通訊方式以外，還有超寬帶通訊方式。超寬帶通訊方式不使用載波，因而在同樣帶寬和發(fā)射功率下，其功耗遠低于窄帶通訊。2002年4月，美國聯邦通信委員會開放了超寬帶通訊在民用通信系統(tǒng)的許可，其它國家也相繼跟進，這標志著高帶寬低功耗的超寬帶無線通訊技術在民用領域中現實可行性。另一方面，隨著半導體制造技術的發(fā)展，工作在30GHz～300GHz的毫米波通訊也將進入民用領域，使用高頻載波的新型窄帶通訊同樣將擁有很高的數據帶寬和系統(tǒng)容量，隨著能源技術的進步，它的通訊功耗也將不再是進入便攜電子設備領域的阻礙。
由于數據帶寬終究是一種稀缺的資源，如何采用最少的數據帶寬，完成實時準確的數據通訊，是所有通訊系統(tǒng)，尤其是分體式便攜電子設備必須加以重視和解決的另外一個問題。1948年C.E.Shannon在《通信的數學理論(A Mathematical Theory of Communication)》中指出任何信息都存在冗余，冗余大小與信息中每個符號(數字、字母或單詞)的出現概率或者說不確定性有關。這意味著，在通訊系統(tǒng)中，可采用數據壓縮技術以減少信息的冗余度，從而降低對數據帶寬的需求，提高通訊的實時性。但是，但是“通信的數學理論”考察的是靜態(tài)的情況，即所有的數據都是必須傳輸的。然而實際情況下，數據是具有生命周期的，數據之間存在遮蔽性和依賴性。數據的生命周期意味著在有限的帶寬下，一旦數據的傳輸延遲超過了其生命周期，該數據就失去了傳輸的意義；數據的生命周期也意味著在有限的數據處理能力下，一旦傳輸的數據超越了其處理能力，即數據在數據的生命周期結束前不能及時地被處理，該數據也不具有傳輸的意義；數據之間的遮蔽性表明某些數據的傳輸意味著另一些數據不必傳輸；數據之間的依賴性意味著某些數據的傳輸必須在另一些數據之前。利用數據的這些特性，可以找到一種通訊機制，以減少無意義數據傳送所占用的數據帶寬，從另一個角度降低對數據帶寬的需求，提高數據通訊的實時性。

發(fā)明內容
針對上述技術現狀，本發(fā)明的目的是提供一種分體式便攜電子設備，該便攜電子設備不但具有靈活的攜行性和舒適的手持操作性，而且具有強大的數據處理能力。
為了實現本發(fā)明的目的，提供的技術方案是主機模塊組和終端模塊組附加必需的輔助功能模塊，構成主機部分和終端部分，其間以無線通訊進行連接。在本發(fā)明中，定義便攜式設備中，輸入數據或輸出數據直接與人機交互相關的模塊為終端模塊；反之則定義為主機模塊。
在本發(fā)明提供的技術方案中，除設定工作狀態(tài)等極個別的操作外，主機不再進行直接的人機交互，也就無需手持，從而大為改善約束環(huán)境；因為主機模塊的剝離，終端部分的約束環(huán)境也將獲得同樣的改善。這種改善不但能夠直接使設備具有更好的便攜性和操作性，而且也在物理結構上，為便攜設備的性能飛躍提供了基礎。
為了在有限的通訊帶寬下進行實時準確的數據通訊，本發(fā)明提供的思路是采用減少數據通訊中失效數據的傳輸，從而實現一種兼顧節(jié)省數據帶寬、提高數據的實時性、保障數據的準確性的無線數據通訊方式。具體的技術方案是依據接收方對數據的需求情況、數據的生命周期以及數據之間的遮蔽關系和依賴關系，發(fā)送方首先對原始數據進行分解、變換、排序，并以漸進的方式傳輸給接收方。在漸進式傳輸的過程中，發(fā)送方和接收方顯式或隱式的就數據的需求情況、數據的生命周期，以及數據之間的遮蔽關系和依賴關系進行協(xié)商，以避免失效數據的傳輸。
假定需要發(fā)送的數據由具有n個狀態(tài)的k個數據組成，出現概率分別為Pl～Pn，稱狀態(tài)1～狀態(tài)m為特征數據，并設定pi=Σj=m+1npj.]]>根據信息論，可知原始數據量為-k*Σj=1n(pj*lnpj)···]]>式1表達數據特征所需的數據量為-k*(pi*lnPi+Σj=1m(pj*lnpj))···]]>式2對特征以外的數據進行補充所需的數據量為-k*pi*Σj=m+1n(pjpi*lnpjpi)···]]>式3由式1、式2和式3，可證明 Πj=m+1npjpj/Πj=m+1n(pjpi)pj/pipi=(Πj=m+1npipj)/pipi=piΣj=m+1npj/pipi=pipi/pipi=1]]>亦即式1＝式2+式3。這表明，理論上，先發(fā)送特征數據，再補充數據以保證數據的完整性準確性，與直接把原始數據全部發(fā)送出去相比，所需要的數據帶寬是同樣的。
由式2可證明e(-k*((pi-pm+1)*ln(pi-pm+1)+Σj=1m+1(pj*lnpj))-(-k*(pi*lnPi+Σj=1m(pj*lnpj)))/-k=]]>e(pi-pm+1)ln(pi-pm+1)-pi*lnPi+pm+1*lnpm-1=(pi-pm+1)(pi-pm+1)*pm+1pm-1/pipi=]]>
((pi-pm+1)/pi)(pi-pm+1)*(pm+1/pi)pm+1<1]]>即-k*(pi*lnPi+Σ(pj*lnpj)j=1m)<-k*((pi-pm+1)*ln(pi-pm+1)+Σj=1m+1(pj*lnpj)).]]>這表明，理論上，傳遞狀態(tài)1～狀態(tài)m的特征數據時，任何附加傳遞其它狀態(tài)的努力都會導致本次需要傳輸的數據量的增加。
綜合以上的證明，可以得出結論，理論上，與直接將原始數據全部發(fā)送出去相比，漸進式傳輸不會增加對數據帶寬的需求。在漸進式的傳輸方式中，可首先用最小的數據量將特征數據傳輸出去，接受方可根據特征數據信息，盡快地進入數據處理狀態(tài)，在整個原始數據尚未完全傳輸完時就可以對數據進行處理，同時也可以較早地發(fā)現無效數據的存在，并有效地避免這些無效數據的傳輸，從而節(jié)省數據帶寬和提高傳輸的實時性。
由上述采用的技術方案可看出，本發(fā)明具有但并不限于如下幾個方面的優(yōu)點1、由于本發(fā)明所采用的技術方案，對現有的便攜電子設備中任何功能模塊都無需添加額外的制約因素，因此本發(fā)明所描述的設計可以具有便攜電子設備所能具有的任何功能。
2、由于本發(fā)明所采用的技術方案是依據“功能模塊的輸入數據或輸出數據是否直接與人機交互相關”來進行劃分的分體式結構，使得本發(fā)明所描述的設計可以兼具強大的處理能力、靈活的便攜性、舒適的手持操作性。
3、由于本發(fā)明所采用的技術方案具有明顯的模塊化結構，模塊化所具有的標準化、易生產、易使用、易擴展、低成本和低故障率等優(yōu)勢天然地存在于本發(fā)明中。
4、由于本發(fā)明所采用的技術方案是基于現實可行的高速低功耗的超寬帶技術和隨著能源技術進步可以進入便攜領域的高速窄帶通訊技術，使得本發(fā)明所描述的設計具有了現實可行性和技術拓展性。
5、由于本發(fā)明所采用的技術方案是對信息論在現實環(huán)境下的拓展，使得本發(fā)明所描述的設計具有高度優(yōu)化的數據通信效率，可以兼顧節(jié)省數據帶寬、數據的實時性與準確性等多方面的要求。
具體實施例方式
實施例1對人機交互中的圖像數據，使用本發(fā)明所描述的技術方案進行改造，以實現一個符合本發(fā)明目的的可行設計。
在人機交互中，使用1Mbit/s帶寬的藍牙技術，已經能完成音頻、鼠標、鍵盤等設備的交互，而帶寬達到100Mbit/s的局域網，實現圖像的交互還捉襟見肘。以分辨率800*600的16位色屏幕為例，為了實現圖像的連續(xù)，至少需要15幀，原始數據量就已達到115Mbit/s，并且即使是HDMI下5.5Gbit/s的數據流，離人機交互的最終要求仍很遙遠。有損壓縮的壓縮率雖然高，但是不能提供準確的數據，無損壓縮保證了數據的準確性，又無法有效的降低對帶寬的要求。因此目前尚沒有一種方法可以同時支持遠程桌面和遠程視頻——前者要求數據準確性，后者要求數據實時性。
而依據本發(fā)明所描述的技術方案，可以做出如下的設計1、系統(tǒng)具備感知當前圖像幀與前一圖像幀之間的差別區(qū)域的能力。
2、對每一幀，系統(tǒng)立即將變化區(qū)域的數據進行有損壓縮和傳送。同時將變化區(qū)域合并到需要同步的區(qū)域中去。
3、在每一幀的通訊時隙里，對需要同步的區(qū)域中的部分區(qū)域，采用無損壓縮和傳送。對傳送過的區(qū)域，從需要同步的區(qū)域中刪除。
本設計中，主機即發(fā)送方首先根據接收方需要的是生命周期可能短至1幀即1/30秒的圖像數據的特點，采用有損壓縮發(fā)送圖像的特征數據，即喪失部分細節(jié)的圖像。終端即接收方隨即把圖像呈現給用戶。隨后的反饋可能來自主機也可能來自用戶操作下的終端，比如視頻播放器等對圖像進行了刷新，意味著圖像數據的生命周期的結束，或者用戶對于感興趣的圖像，會暫停操作以調整視線觀察細部，這一短暫的停留表示圖像的生命周期得到了延長。主機依據這一反饋，決定是否需要補充傳送圖像的細節(jié)。
通過計算，可以清晰的理解這一技術方案的優(yōu)勢。對一個分辨率1280*1024，24位色的屏幕，為了達到實時性要求，系統(tǒng)需要每秒30幀的更新速率，帶寬需要就是900Mbit/s。在實施例1所描述的設計下，對于變化區(qū)域，立即以有損壓縮發(fā)送以保證實時性，最壞情況下，每次都是全屏更新，參考現有的壓縮算法，有損壓縮比指定為1∶24，需要的帶寬是37.5Mbit/s；變化區(qū)域中如果存在需要觀察細節(jié)的感興趣區(qū)域，則在正常人調節(jié)視線以觀察細節(jié)所需的時間內，完成無損數據的同步，以無損壓縮比一般為1∶3計算，在12.5Mbit/s的帶寬下，可以不到1秒就傳送一個全屏的數據，最壞情況下，數據為全屏且完全不能壓縮，則需2.4秒。這樣僅需原帶寬需求的1/18，即50Mbit/s的帶寬下，就可以完成數據交互。作為一個實例，對于一個屏幕上既有視頻窗口也有文本窗口的實際應用而言，視頻窗口作為變化區(qū)域，其每一幀圖像都可以被及時地傳送給用戶，對于文本而言，文本窗口出現的同時，用戶已能進行正常的閱讀，當他需要對細節(jié)進行分辨的時候，窗口也已經變得精確同步。就整體效果而言，幾乎不存在能感知的區(qū)別。
通過實施例1，可以看出，采用本發(fā)明所描述的技術方案，可以減少數據通訊中失效數據的傳輸，從而實現一種兼顧節(jié)省數據帶寬、數據的實時性、數據的準確性的數據通訊。
實施例2以OQO公司的OQO Model 2為產品原型，采用市場上已經出現的技術，使用本發(fā)明所描述的技術方案進行改造，以實現一個符合本發(fā)明目的的可行設計。
OQO Model 2的主要技術指標如下控制器VIA C7M ULV 775，工作頻率1.5GHz，最大設計功耗7.5瓦，存儲模塊DDR2533MHz 1GB，60GB 4200rpm磁盤，輸入模塊鍵盤、鼠標、觸摸屏，音頻輸入，輸出模塊5英寸800*480液晶屏幕，音頻輸出，專用模塊VIA V700圖形處理器，接口模塊1920*1200HDMI視頻輸出接口，USB接口，藍牙，802.11系列無線網絡，電源3.6V 4500mAh，工作時間3小時，外形14厘米*8厘米*2.5厘米，454克。
OQO發(fā)揮了強大的設計能力——作為同類產品的Sony VAIO UVGN U8G，控制器、存儲模塊遠低于OQO，重量已達550克，體積更是將近OQO的雙倍，而工作時間僅2.5小時。
但是即使是OQO Model 2，它的重量已經讓雙手握持都覺得沉重，3小時的工作時間甚至不能保證看完一部電影，而5W以上的工作功耗，在手持設備中也會帶來麻煩，它意味著工作一小時，就可以讓一杯咖啡熱上30度，而手持設備的散熱途徑相當有限。
按照本發(fā)明的技術方案對其重新設計后的指標如下主機部分控制器VIAC7MULV 775，工作頻率1.5GHz，最大設計功耗7.5瓦，存儲模塊DDR2533MHz 1GB，60GB 4200rpm磁盤，專用模塊VIA V700圖形處理器，接口模塊1920*1200HDMI視頻輸出接口，USB接口，藍牙，802.11系列無線網絡，數據流處理模塊JPEG2000編碼模塊，以ADI的ADV212芯片為參考，無線通訊模塊超寬帶通訊模塊，以freescale的XS110芯片為參考，電源3.7V 10000mAh，工作時間7.5小時，以Tenergy的7872185型電池為參考，外形(估算數據)14厘米*8厘米*2厘米，480克。
終端部分輸入模塊鍵盤、鼠標、觸摸屏，音頻輸入，輸出模塊5英寸800*480液晶屏幕，音頻輸出，數據流處理模塊JPEG2000解碼模塊，以ADI的ADV212為參考，無線通訊模塊超寬帶通訊模塊，以freescale的XS110為參考，電源(估算數據)3.6V 800mAh，工作時間2.5小時，外形(估算數據)12cm*8cm*1cm，150克。
設計說明主機部分，控制器和存儲模塊、專用模塊、接口模塊，均保持不變，以增強產品的對比性；每秒數據流模塊對顯示數據進行30次有損壓縮和1次無損壓縮，則每秒需要處理12M像素，參照ADV212的規(guī)格，功耗估計為200毫瓦；按照實施例1中的設計，壓縮后的顯示數據加上音頻和鍵盤等數據，無線通訊模塊通訊總量為15Mbps，參照XS110的規(guī)格，功耗估計為100毫瓦；原顯示屏的面積為11平方英寸，參照一般TFT-LCD的規(guī)格，以厚度為0.6厘米，每平方英寸下重量6克、本體耗電15毫瓦、背光耗電65毫瓦來計算，功耗估計為900毫瓦，重量估計為70克。按照一般鋰電池的能量密度為200瓦時每千克推算，增加的20瓦時需增加100克。增加的兩個模塊以芯片為主，重量可忽略。則調整后的主機功耗為5瓦，采用新電源后，工作時間達到7.5小時，重量為480克。作為攜行設備，散熱途徑和散熱手段都有所增加，如果以工作6小時為滿意度指標，那么主機功耗可以提高到7瓦，增加的2瓦可以使控制器的性能得到明顯的提高。并且作為攜行設備，以上的指標仍舊有相當的拓展余地。
終端部分，根據上文的計算，屏幕與電池總重約為100克，加上殼體等，應當在150克以內。在手持設備里，這是一個居中的份量，考慮到這是一個獨立的部分，用戶將能夠根據需要選配不同的配置，得到最滿意的操作舒適度。作為一個輕薄的手持設備，可以選用像素更細膩的屏幕，比如Sony VGN-UX28在4.5英寸的屏幕上已經達到了1024*600的分辨率。此外，使用快速充電技術，可以在1分鐘內通過主機電源給終端補充大部分的電力，從而使終端既輕薄又有持久的動力。
通過實施例2，可以看出，采用本發(fā)明所描述的技術方案，在尚未有貼合本發(fā)明而專門設計的配件的條件下，依據現有技術條件，即可使便攜電子設備兼具強大的處理能力、靈活的攜行性、舒適的手持操作性。
為了說明本發(fā)明的原理，在本文和相關文檔中對實施例作了說明，但是應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種各樣的變更和變化。
權利要求
1，一種分體式便攜電子設備，其特征在于具有可分離的主機與終端，主機與終端通過無線通訊協(xié)同工作。
2，如權利要求1所述的分體式便攜電子設備，其特征在于所述的主機是指其輸入數據和輸出數據都不直接與人機交互相關的功能模塊及必需的輔助功能模塊的集合；其功能模塊包括但不限于(1)主控制器(2)存儲模塊；其輔助功能模塊包括但不限于(3)主機電源(4)無線通訊模塊。
3，如權利要求1所述的分體式便攜電子設備，其特征在于所述的終端是指其輸入數據或輸出數據直接與人機交互相關的功能模塊及必需的輔助功能模塊的集合；其功能模塊包括但不限于(1)輸入模塊(2)輸出模塊；其輔助功能模塊包括但不限于(3)終端電源(4)無線通訊模塊。
4，如權利要求1所述的分體式便攜電子設備，其特征在于所述的無線通訊是指采用但并不限于超寬帶通訊技術或高速窄帶通訊技術。
5，一種用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于依據接收方對數據的需求情況、數據的生命周期、數據之間的遮蔽關系和依賴關系，發(fā)送方對原始數據進行分解、變換、排序，并分批漸進地傳輸給接收方，以減少通訊中的失效數據的通訊方式。
6，如權利要求5所述的用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于所述的接收方對數據的需求情況是指接受方顯式或隱式的給出的對數據是否有意義的判定方法。
7，如權利要求5所述的用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于所述的數據的生命周期是指數據具有意義的時間，超過這一時間，數據就不再有意義。
8，如權利要求5所述的用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于所述的數據之間的遮蔽關系是指某些數據有意義導致另一些數據不再有意義的現象。
9，如權利要求5所述的用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于所述的數據之間的依賴關系是指某些數據有意義導致另一些數據具有意義的現象。
10，如權利要求5所述的用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法，其特征在于所述的漸進傳輸是首先將特征數據傳輸給接受方，接受方可根據特征數據信息，在整個原始數據尚未完全傳輸完時就可以對數據進行處理，并較早地發(fā)現和避免無效數據的傳輸，從而能夠節(jié)省數據帶寬和提高傳輸的實時性。
全文摘要
本發(fā)明公開了分體式便攜電子設備及用漸進式傳輸優(yōu)化數據通訊的方法的設計方案。該方案包括可分離的主機與終端，主機與終端通過無線通訊方式協(xié)同工作，通訊方式包括但不限于對原始數據采用漸進式傳輸以進行優(yōu)化的方式。本發(fā)明適用于以移動電話、個人數字助理、媒體播放器、數碼相機與攝像機、便攜計算機為代表的便攜電子設備。通過使用無線通訊方式分離便攜電子設備的主機與終端，改變便攜電子設備所受到的運動生物學制約環(huán)境，從而使便攜電子設備兼具強大的處理能力、靈活的攜行性、舒適的手持操作性。通過使用漸進式傳輸，可以減少數據通訊中失效數據的傳輸，從而實現一種兼顧節(jié)省數據帶寬、提高數據實時性、保障數據準確性的數據通訊。
文檔編號H04W88/02GK101064887SQ200710039850
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權日2007年4月24日
發(fā)明者蔡強 申請人:蔡強