嵌入式实时流媒体传输同步控制策略

成冰 李沛霖

摘要

随着国内计算机网络技术的不断发展，网络宽带已经获得了极大程度的改善，这为多媒体网络传输提供了非常良好的环境。多媒体不仅信息流量相对较大，還拥有实时性、持续性、交互性以及同步性的特点。如何保证并提高流媒体的服务质量是当前技术发展所面临着的最为主要的问题。

【关键词】流媒体 嵌入式 网络传输

多媒体数据与传统数据有很大的区别：首先，多媒体数据的容量要比传统媒体数据量更大。多媒体数据也拥有自己的时间连续性，具体表现在多媒体数据播放时，这就决定了多媒体数据在传输的过程中具有实时性;除此之外多媒体数据还拥有其特有的交互性，用户能够根据自己的需要对文件播放的过程来选择加速或者暂停等操作除此之外，多媒体数据还有持续性的特点，播放时间长，这就对流媒体传输的稳定性提出了更高的要求。下面对实时流媒体的传输控制进行了研究，从而找出一个能够进行实时流媒体的同步控制策略。

1流媒体系统的应用范围

1.1视频点播

国内计算机技术的快速发展，流媒体技术进入了大众的视野当中，用户能够根据自己的需求来进行点播，这就是流媒体技术最直接的体现。视频点播主要出现在局域网、广域网以及有线电视等，具有非常良好的发展前途。

1.2远程教育

流媒体技术的不断发展，教育也随之发生了变化，那就是远程教育。远程教育网络已经越来越依靠流媒体，并将之作为最核心的教学方法。在进行远程教学时，最为基础的要求，就是把教学信息从教师端传输到学生端，需要输送的信息多种多样，比如文本视频、图片等。把这些信息从一边传送到另一边去，是远程教学要解决的最为基础的问题。在网络宽带的限制之下，流媒体传输是最合适的选择。

1.3视频监控

把那些与网络有连接的摄像头，安装在各自需要的地方，这样就能够实现远程的监测。这样的全新流媒体技术检测系统和传统的监控系统相比要更加灵活快速。

2流媒体发展中需要解决的问题

2.1网络带宽问题

网络带宽是一个影响流媒体QoS的关键原因，网络带宽会根据时间的变化而发生变化，而流媒体的码率要和传统媒体文件的要大，需要给文件提供更加稳定的环境，为了实现这样的传输环境，所以流媒体服务器系统必须要采取相应的控制策略来将环境稳定。

2.2分组丢失

由于流媒体自身的实时性，其数据传输一般都使用DUP协议，但是UDP是一种在无连接条件下尽可能使用的传输协议，所以在网络中存在着一个问题，那就是会出现分组丢失。尤其是在网络繁忙时期，这个时候路由器无法完整全面的处理好队列中的数据，因此造成分组丢失。分组丢失的出现会造成流媒体的质量下降，甚至还会让接收端无法解码。

2.3网络异构

网络异构是当前流媒体传输技术所面临的一个大问题，子网络从最基本的物理层到最高层的应用层有很多的特性，这些特性都存在着巨大的差异。所以通常会使用代理技术来进行流媒体的跨网传输。

3流媒体技术

3.1流媒体数据压缩技术

数据压缩编码的基础是信息论，压缩是把信息当中多余的部分，也就是那些确定下来能够推算出来的部分，用一种更加接近信息根本的描述来替代原有的多余描述。一般来说信息本身有很多多余的部分，这些部分主要是通过信息之间的相似性以及推导产生的。主要有以下分类：空间冗余，空间冗余经常出现在静态图中，相同景物的每一个像素颜色都具有连贯性，可以发挥这种连贯性来对像素点的存储方式来进行改善。第二种是时间冗余。时间冗余通常出现在视频当中。视频是在一个固定的时间段内由连续静态图片组成，相邻帧一般都有相同的背景，只有一些空间位置上的不同，前后帧的数据有着大量相似的地方，一般来说，动态图像一般是每秒25帧，前后帧包含的大量相同信息造成了时间冗余。

3.2流媒体网络传输技术

以往的计算机网络是从最底层的物理层到中间层的传输协议，到最高层的应用方面都难以满足当前流媒体业务的基础需求。现在流媒体的网络传输需要更加稳定快速的计算机网络环境，包括了高带宽、低延迟、支持组播模式、可靠稳定的网络传输性能。网络与通信技术的发展让网络带宽比以前更加优秀，推动了流媒体业务的不断发展。为了给流媒体业务传输提供一个更好的环境，就需要创建一个全新的网络协议。

3.3流媒体服务器

计算机网络技术与通信技术的发展让流媒体成为了全新的技术，应用在各方各面。所以对流媒体服务器系统加大关注力度就显得非常重要，流媒体服务器主要有以下几种：首先是将通用计算机作为关键的服务器，将硬盘作为关键的存储方式，主要适用于小量的用户。由于用户数量较少，质量优先，当前最需要解决的问题就是网络传输以及管理。第二种是把工作站作为基础的服务器，工作站处理能力较为强力，内存以及输入输出相互连接，根据流媒体服务器的特点能够对工作站硬件进行改良，以此来发挥工作站的优秀性能。

4嵌入式实时流媒体传输同步控制策略

4.1根据分层码率调整算法

流媒体的信息源一般包括了采集端，或者服务器上的本地流媒体文件。流媒体通信组成的发送服务模块主要包括了以下内容：数据缓冲区、发送控制单元以及分配控制单元。数据缓冲区是由多层次的缓冲队列组成的。分配控制单元能够对不同种类的流媒体信息员的差别进行处理。选择某一层的缓冲队列来作为流媒体的发送去，然后把封装好的信息插入到队列中。然后把控制单元发送出去，从有效队列提取出协议包进行发送，最后根据接收终端的反馈对发送速率进行调整。接收端使用缓冲队列，对网络传输的延迟以及波动进行补偿，降低其造成的影响，并在规定时间间隔内对网络性能评估参数进行反馈，这对服务器端对网络性能进行评估非常有利，并根据评估信息对发送策略进行调整。

4.2嵌入式实时流媒体单组播控制原理

进行实时组播的时候，加入同步控制需要按照每一台接收终端的数据播放速度，还有缓冲区的占用情况等进行控制，那么通信服务终端就要根据每一组的数据单个情况进行统计。这样的将接收端作为基础的反馈控制的同步策略，发送端要对所有的接收端控制信息进行统计，导致媒体文件播放出现不连续的情况，给播放质量造成很不好的影响，所以要对发送端进行主动估算预测。采用主动控制策略，对流媒体帧发送速率进行主动调整。防止出现接收端流媒体帧覆盖的情况，预测接收端的缓冲区出现了空间时，就可以恢复正常的发送速率，以预防接收端没有接收到无流媒体帧数据，也避免了接收端缓冲区出现流媒体帧覆盖。

参考文献

[1]文远保，林建明，嵌入式流媒体客户端缓冲控制策略的研究[J].华中科技大学学报（自然科学版），2005，33（10）： 83-85.

[2]于小军，嵌入式实时流媒体服务器的研究与实现[D]，华中科技大学，2013.

[3]魏立强，基于嵌入式流媒体播放系统的研究与实现[D].南京航空航天大学，2009.