嵌入式實(shí)時(shí)流媒體傳輸同步控制策略

成冰 李沛霖

摘要

隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)寬帶已經(jīng)獲得了極大程度的改善，這為多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了非常良好的環(huán)境。多媒體不僅信息流量相對(duì)較大，還擁有實(shí)時(shí)性、持續(xù)性、交互性以及同步性的特點(diǎn)。如何保證并提高流媒體的服務(wù)質(zhì)量是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所面臨著的最為主要的問題。

【關(guān)鍵詞】流媒體 嵌入式 網(wǎng)絡(luò)傳輸

多媒體數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)有很大的區(qū)別：首先，多媒體數(shù)據(jù)的容量要比傳統(tǒng)媒體數(shù)據(jù)量更大。多媒體數(shù)據(jù)也擁有自己的時(shí)間連續(xù)性，具體表現(xiàn)在多媒體數(shù)據(jù)播放時(shí)，這就決定了多媒體數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中具有實(shí)時(shí)性;除此之外多媒體數(shù)據(jù)還擁有其特有的交互性，用戶能夠根據(jù)自己的需要對(duì)文件播放的過程來選擇加速或者暫停等操作除此之外，多媒體數(shù)據(jù)還有持續(xù)性的特點(diǎn)，播放時(shí)間長(zhǎng)，這就對(duì)流媒體傳輸?shù)姆€(wěn)定性提出了更高的要求。下面對(duì)實(shí)時(shí)流媒體的傳輸控制進(jìn)行了研究，從而找出一個(gè)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)流媒體的同步控制策略。

1流媒體系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

1.1視頻點(diǎn)播

國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，流媒體技術(shù)進(jìn)入了大眾的視野當(dāng)中，用戶能夠根據(jù)自己的需求來進(jìn)行點(diǎn)播，這就是流媒體技術(shù)最直接的體現(xiàn)。視頻點(diǎn)播主要出現(xiàn)在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及有線電視等，具有非常良好的發(fā)展前途。

1.2遠(yuǎn)程教育

流媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，教育也隨之發(fā)生了變化，那就是遠(yuǎn)程教育。遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越依靠流媒體，并將之作為最核心的教學(xué)方法。在進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)時(shí)，最為基礎(chǔ)的要求，就是把教學(xué)信息從教師端傳輸?shù)綄W(xué)生端，需要輸送的信息多種多樣，比如文本視頻、圖片等。把這些信息從一邊傳送到另一邊去，是遠(yuǎn)程教學(xué)要解決的最為基礎(chǔ)的問題。在網(wǎng)絡(luò)寬帶的限制之下，流媒體傳輸是最合適的選擇。

1.3視頻監(jiān)控

把那些與網(wǎng)絡(luò)有連接的攝像頭，安裝在各自需要的地方，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)。這樣的全新流媒體技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比要更加靈活快速。

2流媒體發(fā)展中需要解決的問題

2.1網(wǎng)絡(luò)帶寬問題

網(wǎng)絡(luò)帶寬是一個(gè)影響流媒體QoS的關(guān)鍵原因，網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)根據(jù)時(shí)間的變化而發(fā)生變化，而流媒體的碼率要和傳統(tǒng)媒體文件的要大，需要給文件提供更加穩(wěn)定的環(huán)境，為了實(shí)現(xiàn)這樣的傳輸環(huán)境，所以流媒體服務(wù)器系統(tǒng)必須要采取相應(yīng)的控制策略來將環(huán)境穩(wěn)定。

2.2分組丟失

由于流媒體自身的實(shí)時(shí)性，其數(shù)據(jù)傳輸一般都使用DUP協(xié)議，但是UDP是一種在無連接條件下盡可能使用的傳輸協(xié)議，所以在網(wǎng)絡(luò)中存在著一個(gè)問題，那就是會(huì)出現(xiàn)分組丟失。尤其是在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)期，這個(gè)時(shí)候路由器無法完整全面的處理好隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，因此造成分組丟失。分組丟失的出現(xiàn)會(huì)造成流媒體的質(zhì)量下降，甚至還會(huì)讓接收端無法解碼。

2.3網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)是當(dāng)前流媒體傳輸技術(shù)所面臨的一個(gè)大問題，子網(wǎng)絡(luò)從最基本的物理層到最高層的應(yīng)用層有很多的特性，這些特性都存在著巨大的差異。所以通常會(huì)使用代理技術(shù)來進(jìn)行流媒體的跨網(wǎng)傳輸。

3流媒體技術(shù)

3.1流媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

數(shù)據(jù)壓縮編碼的基礎(chǔ)是信息論，壓縮是把信息當(dāng)中多余的部分，也就是那些確定下來能夠推算出來的部分，用一種更加接近信息根本的描述來替代原有的多余描述。一般來說信息本身有很多多余的部分，這些部分主要是通過信息之間的相似性以及推導(dǎo)產(chǎn)生的。主要有以下分類：空間冗余，空間冗余經(jīng)常出現(xiàn)在靜態(tài)圖中，相同景物的每一個(gè)像素顏色都具有連貫性，可以發(fā)揮這種連貫性來對(duì)像素點(diǎn)的存儲(chǔ)方式來進(jìn)行改善。第二種是時(shí)間冗余。時(shí)間冗余通常出現(xiàn)在視頻當(dāng)中。視頻是在一個(gè)固定的時(shí)間段內(nèi)由連續(xù)靜態(tài)圖片組成，相鄰幀一般都有相同的背景，只有一些空間位置上的不同，前后幀的數(shù)據(jù)有著大量相似的地方，一般來說，動(dòng)態(tài)圖像一般是每秒25幀，前后幀包含的大量相同信息造成了時(shí)間冗余。

3.2流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

以往的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是從最底層的物理層到中間層的傳輸協(xié)議，到最高層的應(yīng)用方面都難以滿足當(dāng)前流媒體業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)需求。現(xiàn)在流媒體的網(wǎng)絡(luò)傳輸需要更加穩(wěn)定快速的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括了高帶寬、低延遲、支持組播模式、可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展讓網(wǎng)絡(luò)帶寬比以前更加優(yōu)秀，推動(dòng)了流媒體業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展。為了給流媒體業(yè)務(wù)傳輸提供一個(gè)更好的環(huán)境，就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3.3流媒體服務(wù)器

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展讓流媒體成為了全新的技術(shù)，應(yīng)用在各方各面。所以對(duì)流媒體服務(wù)器系統(tǒng)加大關(guān)注力度就顯得非常重要，流媒體服務(wù)器主要有以下幾種：首先是將通用計(jì)算機(jī)作為關(guān)鍵的服務(wù)器，將硬盤作為關(guān)鍵的存儲(chǔ)方式，主要適用于小量的用戶。由于用戶數(shù)量較少，質(zhì)量?jī)?yōu)先，當(dāng)前最需要解決的問題就是網(wǎng)絡(luò)傳輸以及管理。第二種是把工作站作為基礎(chǔ)的服務(wù)器，工作站處理能力較為強(qiáng)力，內(nèi)存以及輸入輸出相互連接，根據(jù)流媒體服務(wù)器的特點(diǎn)能夠?qū)ぷ髡居布M(jìn)行改良，以此來發(fā)揮工作站的優(yōu)秀性能。

4嵌入式實(shí)時(shí)流媒體傳輸同步控制策略

4.1根據(jù)分層碼率調(diào)整算法

流媒體的信息源一般包括了采集端，或者服務(wù)器上的本地流媒體文件。流媒體通信組成的發(fā)送服務(wù)模塊主要包括了以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、發(fā)送控制單元以及分配控制單元。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是由多層次的緩沖隊(duì)列組成的。分配控制單元能夠?qū)Σ煌N類的流媒體信息員的差別進(jìn)行處理。選擇某一層的緩沖隊(duì)列來作為流媒體的發(fā)送去，然后把封裝好的信息插入到隊(duì)列中。然后把控制單元發(fā)送出去，從有效隊(duì)列提取出協(xié)議包進(jìn)行發(fā)送，最后根據(jù)接收終端的反饋對(duì)發(fā)送速率進(jìn)行調(diào)整。接收端使用緩沖隊(duì)列，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t以及波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，降低其造成的影響，并在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估參數(shù)進(jìn)行反饋，這對(duì)服務(wù)器端對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評(píng)估非常有利，并根據(jù)評(píng)估信息對(duì)發(fā)送策略進(jìn)行調(diào)整。

4.2嵌入式實(shí)時(shí)流媒體單組播控制原理

進(jìn)行實(shí)時(shí)組播的時(shí)候，加入同步控制需要按照每一臺(tái)接收終端的數(shù)據(jù)播放速度，還有緩沖區(qū)的占用情況等進(jìn)行控制，那么通信服務(wù)終端就要根據(jù)每一組的數(shù)據(jù)單個(gè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。這樣的將接收端作為基礎(chǔ)的反饋控制的同步策略，發(fā)送端要對(duì)所有的接收端控制信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致媒體文件播放出現(xiàn)不連續(xù)的情況，給播放質(zhì)量造成很不好的影響，所以要對(duì)發(fā)送端進(jìn)行主動(dòng)估算預(yù)測(cè)。采用主動(dòng)控制策略，對(duì)流媒體幀發(fā)送速率進(jìn)行主動(dòng)調(diào)整。防止出現(xiàn)接收端流媒體幀覆蓋的情況，預(yù)測(cè)接收端的緩沖區(qū)出現(xiàn)了空間時(shí)，就可以恢復(fù)正常的發(fā)送速率，以預(yù)防接收端沒有接收到無流媒體幀數(shù)據(jù)，也避免了接收端緩沖區(qū)出現(xiàn)流媒體幀覆蓋。

參考文獻(xiàn)

[1]文遠(yuǎn)保，林建明，嵌入式流媒體客戶端緩沖控制策略的研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，33（10）： 83-85.

[2]于小軍，嵌入式實(shí)時(shí)流媒體服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn)[D]，華中科技大學(xué)，2013.

[3]魏立強(qiáng)，基于嵌入式流媒體播放系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京航空航天大學(xué)，2009.