李金龍，練益群

1.浙江大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，杭州 310027 2.浙江傳媒學(xué)院 電子信息學(xué)院，杭州 310018

優(yōu)先隊(duì)列在實(shí)時(shí)混合數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

李金龍1，2，練益群2

1.浙江大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，杭州 310027 2.浙江傳媒學(xué)院 電子信息學(xué)院，杭州 310018

1 引言

隨著自動(dòng)化應(yīng)用水平的提高，發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在廣電部門得到越來越廣泛的應(yīng)用。監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用普及化使得用戶對系統(tǒng)功能的需求越來越高，除了要求系統(tǒng)具有基本的設(shè)備監(jiān)控功能外，還需要系統(tǒng)具有自動(dòng)化、智能化、多接口等更高的需求。這導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸方式從單一的基于C/S或B/S文本字符數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展到面向固定終端、移動(dòng)設(shè)備等的分布式并發(fā)多媒體數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng)文本、音頻、視頻數(shù)據(jù)使用同一數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行傳輸時(shí)，文本字符或二進(jìn)制數(shù)據(jù)一般采用基于UDP分包重組數(shù)據(jù)傳輸方法，以提高數(shù)據(jù)傳輸效率；而視音頻數(shù)據(jù)的傳輸可以通過基于UDP的流媒體技術(shù)[1]，以提高實(shí)時(shí)流的播放效果。在文本、視音頻等數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸時(shí)，為了提高帶寬利用率和保障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的流暢性[2-3]，一般需要根據(jù)數(shù)據(jù)的類別建立傳輸優(yōu)先隊(duì)列和實(shí)時(shí)調(diào)整傳輸碼流，以優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效果。本文根據(jù)發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，提出了一種混合數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，以更好地實(shí)時(shí)利用帶寬，從而提高文本、視音頻等多媒體數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸性能。

2 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程

2.1 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

發(fā)射機(jī)一般位于城區(qū)以內(nèi)或周邊位置較高地點(diǎn)，以增大信號(hào)發(fā)送覆蓋范圍。典型的發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

從圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)、下位機(jī)、監(jiān)控端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及傳輸網(wǎng)絡(luò)等幾部分組成。監(jiān)控端與監(jiān)控存儲(chǔ)中心之間一般使用有線或無線高速網(wǎng)。監(jiān)控端與監(jiān)控存儲(chǔ)中心和下位機(jī)的通信一般采用遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)網(wǎng)。

監(jiān)控存儲(chǔ)中心的主要任務(wù)是存儲(chǔ)采樣信息和向其他監(jiān)控端發(fā)送采樣數(shù)據(jù)報(bào)警、短信報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸鏈路故障報(bào)警等。

監(jiān)控端所有監(jiān)測信息來自于監(jiān)控存儲(chǔ)中心，控制指令直接發(fā)送給下位機(jī)。監(jiān)控端的主要任務(wù)是進(jìn)行報(bào)警處理和采樣數(shù)據(jù)分析。例如：通過聲光報(bào)警提醒相關(guān)人員或設(shè)置短信方式通知指定人員等。

2.2 下位機(jī)工作原理

下位機(jī)可以基于FPGA或嵌入式OS開發(fā)，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送。下位機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 下位機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2采用基于ARM9的S3c2440芯片進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能。對于調(diào)幅發(fā)射機(jī)一般通過RS-485總線采集模擬量、狀態(tài)量或進(jìn)行控制，對于調(diào)頻發(fā)射機(jī)一般采用RS-232采樣RVR參量或進(jìn)行控制。LCD主要用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作信息；另一個(gè)作用是輔助鍵盤完成系統(tǒng)初始化設(shè)置（也可以通過監(jiān)控端完成）。系統(tǒng)初始化信息存儲(chǔ)在Flash卡中，主要包括：監(jiān)控存儲(chǔ)中心地址、采樣周期、各參量報(bào)警和錯(cuò)誤閾值、報(bào)警或錯(cuò)誤重復(fù)采樣次數(shù)等。

系統(tǒng)任務(wù)主要通過維護(hù)文本數(shù)據(jù)采樣、視頻采樣、音頻采樣、控制指令四個(gè)隊(duì)列完成的。采樣隊(duì)列中的任務(wù)通過采樣周期產(chǎn)生，用于處理模擬量、狀態(tài)量、RVR參量、溫濕度等的采集任務(wù)；視頻和音頻隊(duì)列分別用于視音頻的采集任務(wù)，主要由攝像機(jī)和音頻采集器設(shè)備完成；紅外探頭探測到紅外入侵信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向控制指令隊(duì)列插入任務(wù)，用于將入侵信號(hào)優(yōu)先傳輸?shù)奖O(jiān)控存儲(chǔ)中心，并由監(jiān)控存儲(chǔ)中心向監(jiān)控端報(bào)警。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用集中式被動(dòng)管理，即監(jiān)控存儲(chǔ)中心采用被動(dòng)接收方式獲取采樣數(shù)據(jù)。同時(shí)，控制指令采用主動(dòng)發(fā)送方式。下位機(jī)所有傳輸數(shù)據(jù)通過無線3G通道或有線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸給監(jiān)控存儲(chǔ)中心即數(shù)據(jù)采集端。

3 文本、視音頻數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸方法

監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了保障系統(tǒng)的整體工作性能，在混合數(shù)據(jù)（這里主要指參量采集信息It、視頻信息Iv、音頻信息Is、控制指令I(lǐng)c。下位機(jī)獨(dú)立進(jìn)行故障判斷，因此當(dāng)參量采集信息報(bào)警或異常時(shí)，通過Ic隊(duì)列來遠(yuǎn)程報(bào)警或設(shè)備出錯(cuò)提示）使用同一數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程時(shí)，控制指令信息Ic對實(shí)時(shí)性要求最高（交互操作和系統(tǒng)檢測響應(yīng)時(shí)間最?。?，其次是音頻Is、視頻信息Iv，最低的是參量采集信息It。由此可定義這四類數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)為：Ic?Is?Iv?It。

對于上述四類數(shù)據(jù)的傳輸，Ic和It需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是恒定的，而Is和Iv需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可調(diào)節(jié)的，原因是接收方（監(jiān)控點(diǎn)）對視音頻的質(zhì)量要求不高，一般是根據(jù)接收到的畫面和音頻能夠判斷設(shè)備是否工作正常即可。因此，監(jiān)控系統(tǒng)在傳輸視音頻信息時(shí)，可通過對當(dāng)前數(shù)據(jù)通道可傳輸帶寬[4-6]的動(dòng)態(tài)預(yù)估來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)視音頻傳輸碼流（這里傳輸帶寬有雙重含義，即硬件通道支持的帶寬以及當(dāng)前允許視音頻傳輸?shù)膸挘ǚ謺r(shí)隙）），即當(dāng)前預(yù)估的傳輸帶寬較大時(shí)按權(quán)重（對于廣播發(fā)射機(jī)的監(jiān)控，一般取W音頻＞W(wǎng)視頻，實(shí)驗(yàn)中W音頻取0.6,W視頻取0.4）提高視音頻采集碼流，反之按比例降低視音頻采集碼流。

3.1 不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的傳輸任務(wù)

傳輸子系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要維護(hù)四個(gè)傳輸隊(duì)列，分別負(fù)責(zé)Ic，Is，Iv，It的傳輸。

如圖3所示，Ic隊(duì)列的傳輸任務(wù)來自于采樣數(shù)據(jù)報(bào)警或出錯(cuò)、溫濕度報(bào)警、紅外入侵等，該隊(duì)列緩沖當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。Is，Iv隊(duì)列的傳輸任務(wù)分別來自于攝像頭和音頻采集器，用于傳輸現(xiàn)場視頻和音頻監(jiān)聽數(shù)據(jù)（視頻信息主要是現(xiàn)場的設(shè)備面板信息，音頻信息主要是監(jiān)聽發(fā)射機(jī)設(shè)備總體工作效果（發(fā)射機(jī)信號(hào)具有覆蓋范圍的限制），參量信息可具體分析發(fā)射機(jī)設(shè)備的工作狀況）。It隊(duì)列任務(wù)主要有兩種：一種是通過設(shè)定的采樣周期所產(chǎn)生的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送信息，另一種是網(wǎng)絡(luò)通信鏈路斷開時(shí)的緩存采樣數(shù)據(jù)。

圖3 傳輸隊(duì)列數(shù)據(jù)來源

對于It隊(duì)列，緩存采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與存儲(chǔ)卡容量相關(guān)。當(dāng)要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)超出緩存容量時(shí)，覆蓋采用優(yōu)先權(quán)策略，即高優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)可以覆蓋低優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)，反之不行。優(yōu)先權(quán)從高到低分別是：當(dāng)前表明發(fā)射機(jī)參量錯(cuò)誤的采樣數(shù)據(jù)、歷史未發(fā)送的表明發(fā)射機(jī)參量錯(cuò)誤的采樣數(shù)據(jù)、當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)、歷史未發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)。傳輸鏈路恢復(fù)時(shí)，優(yōu)先傳輸即時(shí)數(shù)據(jù)。

3.2 時(shí)隙內(nèi)傳輸延遲分析

設(shè)在一個(gè)時(shí)隙T內(nèi)，分配給參量采集信息、視頻、音頻和控制指令的傳輸時(shí)間分別為tt，tv，ts，tc，相應(yīng)的最大延遲要求分別為Ft，fv，fs，F(xiàn)c（這里Ft，F(xiàn)c是恒定的，即指定數(shù)據(jù)量需要傳輸?shù)臅r(shí)間是一定的，而 fv，fs根據(jù)當(dāng)前可用帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)）。參量采集信息和控制指令的傳輸時(shí)間一般來說是常量，視音頻的傳輸時(shí)間和碼流線性相關(guān)。于是帶寬利用率模型可表示為：

式（1）中，設(shè)信道帶寬為V，則在這個(gè)時(shí)隙內(nèi)，音頻的傳輸速率可表示為vs=V×ts/T。

于是，令Tbuffer為音頻緩沖時(shí)間，則音頻傳輸延遲有：

根據(jù)當(dāng)前混合數(shù)據(jù)傳輸量不同設(shè)定視音頻的不同傳輸碼流，從而在充分利用帶寬的前提下，達(dá)到最佳的視音頻傳輸效果[7]。設(shè)視頻碼流具有Cv1，Cv2，…，Cvm，音頻碼流具有Cs1，Cs2，…，Csn，則式（1），（2）可轉(zhuǎn)化為：

其中，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

在Ft，F(xiàn)c恒定的情況下，很容易預(yù)估出一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的可用帶寬。式（3）表明，當(dāng)前傳輸?shù)囊曇纛l碼流與實(shí)際可用帶寬相近時(shí)，只需根據(jù)權(quán)重計(jì)算視音頻分組，滿足式（2）的最大傳輸延遲，就可以最大化利用帶寬。由于不同時(shí)隙內(nèi)帶寬是動(dòng)態(tài)變化的，因此需要根據(jù)當(dāng)前和歷史時(shí)隙對下一個(gè)時(shí)隙視音頻可用帶寬進(jìn)行預(yù)估，從而根據(jù)視音頻權(quán)重選擇當(dāng)前時(shí)隙合適的采樣碼流。

3.3 各隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)預(yù)估

混合數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于丟包率[8]和一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)隊(duì)列傳輸變化等因素（發(fā)射機(jī)工作環(huán)境場強(qiáng)較高，使用無線傳輸需要考慮網(wǎng)絡(luò)丟包率的影響。報(bào)警信息量瞬時(shí)增大、瞬時(shí)控制信息增多會(huì)影響時(shí)隙T內(nèi)低優(yōu)先隊(duì)列數(shù)據(jù)的發(fā)送）的影響，可以通過歷史各隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)量對下一個(gè)時(shí)隙帶寬進(jìn)行預(yù)估，然后根據(jù)權(quán)重計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)的視音頻采樣碼流，用于下一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸，從而優(yōu)化帶寬利用率。

本文使用圖4流程對Ic隊(duì)列和It在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)估，進(jìn)而選擇當(dāng)前時(shí)隙合適的視音頻采集碼流。

圖4 一個(gè)時(shí)隙內(nèi)各隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)量預(yù)估流程圖

Ic隊(duì)列優(yōu)先級(jí)最高，一個(gè)時(shí)隙內(nèi) Ic隊(duì)列數(shù)據(jù)量增加時(shí)，會(huì)搶占其他隊(duì)列的傳輸用時(shí)。由于Is，Iv優(yōu)先級(jí)較Ic低且具有實(shí)時(shí)性，傳輸子系統(tǒng)將流程忽略Ic隊(duì)列數(shù)據(jù)量增加對Is，Iv發(fā)送數(shù)據(jù)的影響，即如果一個(gè)時(shí)隙內(nèi)Is，Iv隊(duì)列內(nèi)數(shù)據(jù)沒有發(fā)送完將直接丟棄。It隊(duì)列數(shù)據(jù)可以非實(shí)時(shí)傳輸，因此受網(wǎng)絡(luò)丟包率和Ic隊(duì)列數(shù)據(jù)量變化當(dāng)前時(shí)隙未發(fā)送完的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)移到下一個(gè)時(shí)隙繼續(xù)發(fā)送。

由式（4）可知，求解的關(guān)鍵是權(quán)重學(xué)習(xí)，目前主要有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法或基于統(tǒng)計(jì)模型的學(xué)習(xí)方法。由于統(tǒng)計(jì)的方法具有收斂速度快、無需設(shè)置步長和易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法。

在歷史時(shí)隙中，本文方法將上一個(gè)時(shí)隙設(shè)置為較大的權(quán)重1/n＜WL＜1，其余權(quán)重取均值，即(1-WL)/(n-1)。設(shè)0.5＜Ws＜1為It隊(duì)列完成任務(wù)對預(yù)估的影響權(quán)重，顯然預(yù)估發(fā)送未完成任務(wù)的權(quán)重為1-Ws。Pi={0，1}為距離當(dāng)前第i時(shí)隙It隊(duì)列是否完成預(yù)估數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，0表示失敗，1表示成功。權(quán)重可根據(jù)式（5）進(jìn)行計(jì)算：

Ic隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)量的預(yù)估同樣可以采用式（4），但因不受優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)據(jù)量變化的影響，因此令式（5）中的Pi= 1(i=1，2，…，n)，可得：

通過It，Ic在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)量的預(yù)估，再根據(jù)物理通道帶寬及視音頻的權(quán)重，即可獲取合適的當(dāng)前視音頻采集碼流，用于下一個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 混合數(shù)據(jù)傳輸算法

傳輸子系統(tǒng)中混合數(shù)據(jù)傳輸算法工作步驟：

步驟1初始化時(shí)隙T、權(quán)重系數(shù)、視音頻碼流等參數(shù)并預(yù)處理各隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟2預(yù)估Ic隊(duì)列在下一個(gè)時(shí)隙T內(nèi)的發(fā)送數(shù)據(jù)量并計(jì)算傳輸時(shí)間tc。若tc≥T，則停止采集視音頻并處理下一個(gè)時(shí)隙Ic隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)，在處理T內(nèi)各隊(duì)列發(fā)送任務(wù)后重復(fù)本步驟；否則轉(zhuǎn)到下一步。

步驟3根據(jù)約束T-tc及歷史時(shí)隙It隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)量預(yù)估下一個(gè)時(shí)隙的tt（見3.3節(jié)）。

步驟4在約束T-tc-tt下，根據(jù)分組頭部及T+內(nèi)碼流數(shù)據(jù)量（對于實(shí)時(shí)流，T-tc-tt時(shí)間內(nèi)必須發(fā)送T+≥T碼流數(shù)據(jù)量，以保障實(shí)時(shí)性）求解Cvi和Csj最優(yōu)組合（見3.2節(jié)）。若無近似解，則令tt=a×tt(0.5＜a＜1)，重新計(jì)算，Na次運(yùn)算無解則下一個(gè)時(shí)隙停止采集視音頻數(shù)據(jù)（a為T內(nèi)It隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)量下降因子，一般設(shè)置為0.8～0.9。Na重復(fù)求解次數(shù)，一般設(shè)置為2～4）；否則設(shè)定當(dāng)前視音頻采集碼流并求出下一個(gè)時(shí)隙的ts，tv，轉(zhuǎn)到下一步。

步驟5在時(shí)隙T內(nèi)設(shè)當(dāng)前處理數(shù)據(jù)發(fā)送用時(shí)為t。根據(jù)優(yōu)先級(jí)依次檢查Ic，Is，Iv，It隊(duì)列，并處理時(shí)隙T內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。若有搶占任務(wù)則優(yōu)先處理，處理完畢后繼續(xù)處理剩余發(fā)送任務(wù)，直至t≥T。

步驟6刪除Ic，Iv隊(duì)列中超時(shí)數(shù)據(jù)，將T時(shí)間內(nèi)未處理完成的Ic，It轉(zhuǎn)至下一時(shí)隙并根據(jù)tt，tv，ts，tc預(yù)處理下一個(gè)時(shí)隙各隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)至第2步。

時(shí)隙T根據(jù)經(jīng)驗(yàn)被設(shè)為常量。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸丟包率、高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)據(jù)變化情況、實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)傳輸成功率、帶寬預(yù)估等因素，通過學(xué)習(xí)因子動(dòng)態(tài)調(diào)整T，以提高Is，Iv，It隊(duì)列數(shù)據(jù)傳輸成功率。令P表示Is，Iv，It發(fā)送數(shù)據(jù)整體成功率，有：

式（7）中，Wsnd，Wv，Wt分別表示對Is，Iv，It發(fā)送數(shù)據(jù)成功率對整體數(shù)據(jù)傳輸成功率的影響權(quán)重。Ps，Pv，Pt依據(jù)式（5）的方法將每個(gè)隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)成功率分解成上一次的成功率和歷史成功率，并設(shè)定不同比例的影響權(quán)重，從而計(jì)算出P。取閾值PT，當(dāng)P＜PT時(shí)，令T=(1+λ)T，其中0＜λ＜1為時(shí)隙增長因子。

數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間遠(yuǎn)小于傳輸時(shí)間，因此可以采用并行流水線方法，從而忽略緩沖時(shí)間對傳輸延遲的影響。

4 實(shí)驗(yàn)分析

流式傳輸技術(shù)可以較好地應(yīng)用于固定碼率的實(shí)時(shí)流傳輸，但對于混合數(shù)據(jù)和可變碼率的實(shí)時(shí)視音頻流，動(dòng)態(tài)適應(yīng)性較差，其原因是沒能提供混合數(shù)據(jù)中不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)對實(shí)時(shí)性的不同要求，從而不能實(shí)時(shí)調(diào)整各隊(duì)列數(shù)據(jù)的傳輸帶寬。本文以3G網(wǎng)絡(luò)作為測試環(huán)境，采用UDP數(shù)據(jù)包進(jìn)行一系列多優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)收發(fā)，并實(shí)時(shí)測試網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率及混合數(shù)據(jù)傳輸效果。

可伸縮的碼流方法[12-13]可以根據(jù)帶寬變化做出自適應(yīng)調(diào)整的傳輸，但這種方法較適合固定碼流的視音頻實(shí)時(shí)流，而不適用于可變碼流的混合數(shù)據(jù)傳輸。如圖5所示，通過調(diào)整Ic隊(duì)列數(shù)據(jù)傳輸量，可以觀察到其他隊(duì)列數(shù)據(jù)的傳輸做出了很好的自適應(yīng)調(diào)整，并且?guī)挼目偫寐室草^高。實(shí)驗(yàn)中，以實(shí)時(shí)流的播放流暢度為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過記錄視音頻播放緩沖等待時(shí)間觀察客戶端實(shí)時(shí)流的播放流暢度。如圖6所示，在測試時(shí)并行增加了高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的數(shù)據(jù)和仿真增加網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟包，實(shí)時(shí)流出現(xiàn)了多次延遲。文獻(xiàn)[9-10]等方法，雖然是能夠提高帶寬利用率的方法，但由于未區(qū)分實(shí)時(shí)流和非實(shí)時(shí)流，并且沒有提供對不同隊(duì)列數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行預(yù)估而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)碼流的機(jī)制，因而當(dāng)其他隊(duì)列數(shù)據(jù)變化時(shí)，實(shí)時(shí)流的流暢性能就會(huì)下降。文獻(xiàn)[11]區(qū)分了實(shí)時(shí)流和非時(shí)流，并通過提高吞吐量來提高實(shí)時(shí)流的傳輸效果，但沒有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)碼流機(jī)制，所以不能改變混合數(shù)據(jù)的整體傳輸性能。本文方法加入了動(dòng)態(tài)預(yù)估機(jī)制，并能夠根據(jù)權(quán)重實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)采集碼流的步驟，因此具有動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性，表現(xiàn)出實(shí)時(shí)流的整體流暢度較好。

圖5 各隊(duì)列帶寬占用率

圖6 實(shí)時(shí)流播放效果

5 結(jié)語

為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)變化，視音頻實(shí)時(shí)流傳輸主要通過可伸縮的視音頻編碼方法[12-13]的流媒體傳輸技術(shù)和相應(yīng)傳輸優(yōu)化方法（提高帶寬利用率、吞吐量、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)傳輸?shù)龋﹣韺?shí)現(xiàn)。本文通過定義不同數(shù)據(jù)的傳輸優(yōu)先級(jí)和對當(dāng)前帶寬的預(yù)估從而動(dòng)態(tài)調(diào)整視音頻采集碼流的方法來優(yōu)化發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的混合數(shù)據(jù)傳輸性能。本文方法的主要優(yōu)點(diǎn)：一是能在不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中數(shù)據(jù)瞬時(shí)變化的情況下，通過對時(shí)延及帶寬的預(yù)估，動(dòng)態(tài)調(diào)整視音頻的采集碼流，從而優(yōu)化了帶寬利用率；二是通過對帶寬的實(shí)時(shí)預(yù)估，尤其是使用無線通道進(jìn)行混合數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)傳輸，從而在充分利用帶寬的前提下優(yōu)化監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)流的播放效果。

[1]熊永華，吳敏，賈維嘉.實(shí)時(shí)流媒體傳輸技術(shù)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26（10）：3615-3620.

[2]寧永海，沈森，阮文輝，等.無線數(shù)據(jù)傳輸在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2010，43（1）：102-104.

[3]王養(yǎng)廷，王長利.在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2010，18（8）：1862-1864.

[4]裴玉歡，竇文華.面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的可用帶寬自適應(yīng)測量方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008，25（8）：2509-2511.

[5]粱靚，黃玉清，江虹.可用帶寬自適應(yīng)判定算法的研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2009，35（2）：103-108.

[6]周輝，李丹，王永吉.可用帶寬度量系統(tǒng)中的若干基本問題[J].軟件學(xué)報(bào)，2008，19（5）：1234-1255.

[7]韓志軍，劉文怡，王浩，等.基于DSP的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無損壓縮實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008，34（11）：45-47.

[8]陳飛龍，舒勤，蘇靜.一種改進(jìn)的擁塞控制算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，30（5）：1188-1190.

[9]孫學(xué)軍，孫巖，何丕糜，等.語音與數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)膸捓寐蔥J].計(jì)算機(jī)工程，2003，29（16）：41-42.

[10]李周志，王曉東，王真之，等.基于多優(yōu)先級(jí)緩存隊(duì)列的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程，2010，36（18）：105-108.

[11]劉仙靈，張勇，戴超，等.基于預(yù)測和優(yōu)先級(jí)的時(shí)隙調(diào)度策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2009，27（1）：12-15.

[12]Schwarz H，Marpe D，Wiegand T.Overview of the scalable video coding extension of H.264/AVC[J].IEEE Trans on Circuits Syst Video Technol，2007，17（9）：1103-1120.

[13]Hansen H，Strahl S，Mertins A.A fine-grain scalable audio coding based on envelope restoration and the SPIHT algorithm[C]//16th International Conference on Digital Signal Processing.Piscataway，NJ，USA：IEEE Press，2009.

LI Jinlong1，2,LIAN Yiqun2

1.College of Computer Science and Technology,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China
2.Institute of Electronic Information,Zhejiang University of Communications and Media,Hangzhou 310018,China

By defining data transmission priority the real-time flow transmission performance can be improved when both the real-time and the non-real-time flow data use the same data channel to transmit concurrently.When the non-real-time control information varies greatly in a short time,due to the high priority non-real-time data or packet loss probability increase,the realtime flow data with fixed stream is also affected greatly.A new method of mixed data transmission is proposed through the study on bandwidth estimation,packet loss probability,and the occasion transmission data increase greatly in different priority queues in a short time.The experimental results show that the proposed method is adaptive,and presents good performance for both bandwidth utilization and real-time flow transmission effect.

real-time stream;mixed data;packet loss probability;bandwidth utilization;adaptive transmission

使用同一數(shù)據(jù)通道對實(shí)時(shí)流和非實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)傳輸時(shí)，通過定義數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級(jí)可以提高實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)的傳輸性能。當(dāng)非實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)變化較大時(shí)，固定碼流的實(shí)時(shí)流受當(dāng)前優(yōu)先級(jí)較高的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸流量和丟包率影響會(huì)較大。為了解決這一問題，在分析了數(shù)據(jù)傳輸過程中優(yōu)先級(jí)隊(duì)列傳輸信息瞬時(shí)變化、網(wǎng)絡(luò)丟包率、帶寬預(yù)估等因素的基礎(chǔ)上提出了一種混合數(shù)據(jù)傳輸方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明方法具有自適應(yīng)性，且在提高帶寬利用率的同時(shí)還可以提高實(shí)時(shí)流的傳輸效果。

實(shí)時(shí)流；混合數(shù)據(jù)；丟包率；帶寬利用率；自適應(yīng)傳輸

A

TP393

10.3778/j.issn.1002-8331.1107-0145

LI Jinlong,LIAN Yiqun.Application of priority queue in real-time mixed data transmission.Computer Engineering and Applications,2013,49（5）：111-115.

李金龍（1976—），男，博士生，講師，主要研究領(lǐng)域?yàn)橐曇纛l處理、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫；練益群（1955—），女，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)閺V播電視技術(shù)、數(shù)據(jù)通信、多媒體技術(shù)。E-mail：zj_education_ljl@163.com

2011-07-08

2011-10-14

1002-8331（2013）05-0111-05

CNKI出版日期：2011-11-14 http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20111114.0951.094.html

◎數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)◎