嵌入式實時流媒體傳輸同步控制策略

成冰 李沛霖

摘要

隨著國內(nèi)計算機網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡寬帶已經(jīng)獲得了極大程度的改善，這為多媒體網(wǎng)絡傳輸提供了非常良好的環(huán)境。多媒體不僅信息流量相對較大，還擁有實時性、持續(xù)性、交互性以及同步性的特點。如何保證并提高流媒體的服務質(zhì)量是當前技術發(fā)展所面臨著的最為主要的問題。

【關鍵詞】流媒體 嵌入式 網(wǎng)絡傳輸

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)也擁有自己的時間連續(xù)性，具體表現(xiàn)在多媒體數(shù)據(jù)播放時，這就決定了多媒體數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中具有實時性;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，播放時間長，這就對流媒體傳輸?shù)姆€(wěn)定性提出了更高的要求。下面對實時流媒體的傳輸控制進行了研究，從而找出一個能夠進行實時流媒體的同步控制策略。

1流媒體系統(tǒng)的應用范圍

1.1視頻點播

國內(nèi)計算機技術的快速發(fā)展，流媒體技術進入了大眾的視野當中，用戶能夠根據(jù)自己的需求來進行點播，這就是流媒體技術最直接的體現(xiàn)。視頻點播主要出現(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遠程教育

流媒體技術的不斷發(fā)展，教育也隨之發(fā)生了變化，那就是遠程教育。遠程教育網(wǎng)絡已經(jīng)越來越依靠流媒體，并將之作為最核心的教學方法。在進行遠程教學時，最為基礎的要求，就是把教學信息從教師端傳輸?shù)綄W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，是遠程教學要解決的最為基礎的問題。在網(wǎng)絡寬帶的限制之下，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)遠程的監(jiān)測。這樣的全新流媒體技術檢測系統(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)絡帶寬問題

網(wǎng)絡帶寬是一個影響流媒體QoS的關鍵原因，網(wǎng)絡帶寬會根據(jù)時間的變化而發(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，為了實現(xiàn)這樣的傳輸環(huán)境，所以流媒體服務器系統(tǒng)必須要采取相應的控制策略來將環(huán)境穩(wěn)定。

2.2分組丟失

由于流媒體自身的實時性，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)絡中存在著一個問題，那就是會出現(xiàn)分組丟失。尤其是在網(wǎng)絡繁忙時期，這個時候路由器無法完整全面的處理好隊列中的數(shù)據(jù)，因此造成分組丟失。分組丟失的出現(xiàn)會造成流媒體的質(zhì)量下降，甚至還會讓接收端無法解碼。

2.3網(wǎng)絡異構(gòu)

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

3流媒體技術

3.1流媒體數(shù)據(jù)壓縮技術

數(shù)據(jù)壓縮編碼的基礎是信息論，壓縮是把信息當中多余的部分，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，相同景物的每一個像素顏色都具有連貫性，可以發(fā)揮這種連貫性來對像素點的存儲方式來進行改善。第二種是時間冗余。時間冗余通常出現(xiàn)在視頻當中。視頻是在一個固定的時間段內(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間冗余。

3.2流媒體網(wǎng)絡傳輸技術

以往的計算機網(wǎng)絡是從最底層的物理層到中間層的傳輸協(xié)議，到最高層的應用方面都難以滿足當前流媒體業(yè)務的基礎需求。現(xiàn)在流媒體的網(wǎng)絡傳輸需要更加穩(wěn)定快速的計算機網(wǎng)絡環(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)絡傳輸性能。網(wǎng)絡與通信技術的發(fā)展讓網(wǎng)絡帶寬比以前更加優(yōu)秀，推動了流媒體業(yè)務的不斷發(fā)展。為了給流媒體業(yè)務傳輸提供一個更好的環(huán)境，就需要創(chuàng)建一個全新的網(wǎng)絡協(xié)議。

3.3流媒體服務器

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

4嵌入式實時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，或者服務器上的本地流媒體文件。流媒體通信組成的發(fā)送服務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行處理。選擇某一層的緩沖隊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列中。然后把控制單元發(fā)送出去，從有效隊列提取出協(xié)議包進行發(fā)送，最后根據(jù)接收終端的反饋對發(fā)送速率進行調(diào)整。接收端使用緩沖隊列，對網(wǎng)絡傳輸?shù)难舆t以及波動進行補償，降低其造成的影響，并在規(guī)定時間間隔內(nèi)對網(wǎng)絡性能評估參數(shù)進行反饋，這對服務器端對網(wǎng)絡性能進行評估非常有利，并根據(jù)評估信息對發(fā)送策略進行調(diào)整。

4.2嵌入式實時流媒體單組播控制原理

進行實時組播的時候，加入同步控制需要按照每一臺接收終端的數(shù)據(jù)播放速度，還有緩沖區(qū)的占用情況等進行控制，那么通信服務終端就要根據(jù)每一組的數(shù)據(jù)單個情況進行統(tǒng)計。這樣的將接收端作為基礎的反饋控制的同步策略，發(fā)送端要對所有的接收端控制信息進行統(tǒng)計，導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，所以要對發(fā)送端進行主動估算預測。采用主動控制策略，對流媒體幀發(fā)送速率進行主動調(diào)整。防止出現(xiàn)接收端流媒體幀覆蓋的情況，預測接收端的緩沖區(qū)出現(xiàn)了空間時，就可以恢復正常的發(fā)送速率，以預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

[1]文遠保，林建明，嵌入式流媒體客戶端緩沖控制策略的研究[J].華中科技大學學報（自然科學版），2005，33（10）： 83-85.

[2]于小軍，嵌入式實時流媒體服務器的研究與實現(xiàn)[D]，華中科技大學，2013.

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