蘭長(zhǎng)明，汪瀅，梅毅

（南昌大學(xué) 科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330029）

多媒體系統(tǒng)中的防信息碰撞技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蘭長(zhǎng)明，汪瀅，梅毅

（南昌大學(xué) 科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330029）

為了使多媒體文件播放更加流暢，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種多媒體系統(tǒng)中的防信息碰撞技術(shù)，分析了多媒體信息系統(tǒng)總體的工作流程和數(shù)據(jù)流產(chǎn)生碰撞的原因，將ADM5120芯片作為核心，通過該控制模塊對(duì)多媒體系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的各部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的發(fā)送。利用編/解碼模塊將數(shù)據(jù)流解碼成電信號(hào)，通過合理存儲(chǔ)模塊對(duì)多媒體系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)程序、內(nèi)核和相關(guān)文件進(jìn)行順序存儲(chǔ)，避免數(shù)據(jù)流的沖突。軟件設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)ALOHA防信息碰撞算法避免多媒體系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)給出防信息碰撞的程序代碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新的方法具有很高的可行性和實(shí)用性。

多媒體；防信息碰撞；數(shù)據(jù)流；編解碼模塊

0 引言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信息時(shí)代到來，人們的生活和工作都朝著數(shù)值化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化的方向發(fā)展[1?3]。而多媒體系統(tǒng)也逐漸趨于復(fù)雜，多媒體數(shù)據(jù)也變得數(shù)量大、種類多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)流信息之間容易發(fā)生碰撞，造成信息丟失[4?6]。因此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種多媒體系統(tǒng)中防信息碰撞技術(shù)具有重要意義，成為相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)課題，受到了越來越廣泛的關(guān)注[7?10]。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多媒體系統(tǒng)中防信息碰撞方法，為多媒體系統(tǒng)中文件的流暢播放提供有效依據(jù)。

1 多媒體信息系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

具備防數(shù)據(jù)流信息碰撞技術(shù)的新一代多媒體信息系統(tǒng)中主要包括控制模塊、編解碼模塊、存儲(chǔ)模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和防信息碰撞模塊，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多媒體信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單元

2 硬件設(shè)計(jì)防止多媒體信息碰撞

2.1 數(shù)據(jù)流信息合理控制模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)流信息控制模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)多媒體系統(tǒng)各部

分?jǐn)?shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)度，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的發(fā)送等。其主要由主控芯片ADM5120、TLB（Translation Looka?side Buffer）、總線接口、Cache控制器、系統(tǒng)協(xié)處理器等構(gòu)成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)用圖2進(jìn)行描述。

圖2 控制模塊的邏輯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

多媒體系統(tǒng)通常需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)流調(diào)度功能，因此，選擇一款基于MIPS32 4Kc內(nèi)核的Infineon ADM5120網(wǎng)絡(luò)處理器，該處理器是一款具有五級(jí)流水線、32 B的MIPS指令集嵌入式處理器，是一種典型的寄存器型微處理器?？刂颇K通過TLB方式達(dá)到數(shù)據(jù)流合理化管理的目的，結(jié)合外圍部件共同實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流控制，避免數(shù)據(jù)流信息的存儲(chǔ)碰撞。

2.2 編/解碼過程的防碰撞模塊

數(shù)據(jù)流編碼和解碼的過程容易發(fā)生沖突，因此設(shè)計(jì)編/解碼模塊主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)流解碼成合理電信號(hào)避免出現(xiàn)相似信號(hào)干擾碰撞，模塊的核心為編解碼芯片VW2010（VW2010芯片采用VWEB公司開發(fā)的實(shí)時(shí)MPEG?1，MPEG?2和MPEG?4音視頻系統(tǒng)編解碼芯片，具有信息分流功能）。編/解碼模塊主要由D/A轉(zhuǎn)換器和SDRAM構(gòu)成外圍電路，詳細(xì)結(jié)構(gòu)用圖3進(jìn)行描述。

圖3 編/解碼防碰撞控制模塊硬件結(jié)構(gòu)

為了防止多媒體系統(tǒng)數(shù)據(jù)流出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，編/解碼模塊采用Alliance Memory公司生產(chǎn)的SDRAM對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖，從而使編碼過程正常運(yùn)行。通過數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)變成模擬電視圖像信號(hào)與聲音信號(hào)，音頻視頻信號(hào)由VW2010實(shí)現(xiàn)合理的控制，不在由不具備分流功能的其他芯片控制，大大避免了數(shù)據(jù)流發(fā)生控制的可能。

2.3 存儲(chǔ)模塊的防碰撞控制

數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)過程最容易發(fā)生沖突，為了降低這種概率，存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)必須在存儲(chǔ)多媒體信息中考慮防碰撞性。一般的存儲(chǔ)模塊由啟動(dòng)引導(dǎo)程序、內(nèi)核和相關(guān)文件組成，其主要由FLASH，SDRAM，SD卡，USB接口等，但是，卻沒有核心處理芯片完成存儲(chǔ)調(diào)度過程，存儲(chǔ)過程極為混亂，容易發(fā)生碰撞，新一代的核心存儲(chǔ)模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 存儲(chǔ)模塊硬件結(jié)構(gòu)

將三星公司生產(chǎn)的64MBFLASH芯片K9F5608U0C作為存儲(chǔ)模塊的核心，將Samsungsemi公司生產(chǎn)的64 MB的芯片HY57V51620BT作為SDRAM存儲(chǔ)，同時(shí)將SD卡和USB接口作為備用內(nèi)存，核心處理芯片可以很好地識(shí)別數(shù)據(jù)流的沖突過程，為內(nèi)存調(diào)度提供有效的方法。

3 系統(tǒng)軟件的防沖突設(shè)計(jì)

3.1 基于ALOHA算法的防信息碰撞技術(shù)

ALOHA算法是較為常見的數(shù)據(jù)調(diào)度方法，非常適用于多媒體的數(shù)據(jù)流防沖突調(diào)度，因?yàn)槎嗝襟w中所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相對(duì)來說并不復(fù)雜，只是數(shù)據(jù)規(guī)模較大，算法通過循環(huán)重復(fù)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。因?yàn)閿?shù)據(jù)不復(fù)雜，其傳輸時(shí)間僅占循環(huán)的少部分，所以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)間間隙，解決信息碰撞問題。

ALOHA算法的總體流程用圖5進(jìn)行描述。如果信息出現(xiàn)在讀寫器的有效范圍，其將主動(dòng)地將自身信息傳輸至讀寫器。在多媒體系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行傳輸時(shí)，如果有其他模塊也在傳輸信息，則將造成信息碰撞。讀寫器接收信號(hào)后，判斷是否出現(xiàn)碰撞情況，如果出現(xiàn)碰撞情況，則中斷信息傳輸過程，延遲一段隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間后再繼續(xù)傳輸該信息，從而達(dá)到防止信息碰撞的目的。

3.2 代碼設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的多媒體系統(tǒng)的軟件，是在Windows 2000環(huán)境下，通過Visual C++6.0來實(shí)現(xiàn)，并采用Visual C++對(duì)圖像進(jìn)行處理，詳細(xì)代碼如下：

圖5 總體流程圖

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的多媒體系統(tǒng)中防信息碰撞技術(shù)的有效性，需要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)將基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)作為對(duì)比，從多媒體文件播放的流暢程度對(duì)兩種系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。本實(shí)驗(yàn)用節(jié)點(diǎn)吞吐量和控制消息數(shù)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)多媒體文件播放的流暢程度進(jìn)行衡量。

4.1 節(jié)點(diǎn)吞吐量分析

節(jié)點(diǎn)吞吐量主要反映了單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)有效接收數(shù)據(jù)的程度，隨著吞吐量值的逐漸升高，多媒體文件播放將越來越流暢。本實(shí)驗(yàn)在節(jié)點(diǎn)數(shù)量逐漸增加的情況下，分別統(tǒng)計(jì)本文系統(tǒng)和基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)平均吞吐量，得到的結(jié)果如圖6所示。

圖6 節(jié)點(diǎn)吞吐量比較結(jié)果

分析圖6可知，通過本文系統(tǒng)獲取的節(jié)點(diǎn)吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)，這主要是由于基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)容易造成請(qǐng)求擁塞，使多媒體數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間大大增加，同時(shí)浪費(fèi)了帶寬資源，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，導(dǎo)致基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)接收節(jié)點(diǎn)的吞吐率無法達(dá)到很高的水平，造成多媒體文件播放不流暢。而本文系統(tǒng)能夠充分利用系統(tǒng)資源，大大提高了帶寬利用率以及節(jié)點(diǎn)吞吐量，使多媒體文件播放流暢。

4.2 控制消息數(shù)分析

對(duì)消息進(jìn)行控制的目的是使用戶節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)得到多媒體數(shù)據(jù)，如果控制消息的數(shù)量過多，則會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)資源，所以應(yīng)盡可能地減少控制消息的個(gè)數(shù)。

圖7描述的是隨著系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，采用本文系統(tǒng)和基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)獲取的每個(gè)播放段的平均控制消息數(shù)。

圖7 兩種方法控制消息數(shù)量比較結(jié)果

分析圖7可以看出，采用本文系統(tǒng)所需控制的消息數(shù)量低于基于GStreamer的多媒體系統(tǒng)，說明本文系統(tǒng)對(duì)所浪費(fèi)的資源相對(duì)較少，能夠有效減少能耗，使得多媒體文件播放更加流暢。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種多媒體系統(tǒng)中的防信息碰撞技術(shù)，分析了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，將ADM5120芯片作為核心，通過該控制模塊對(duì)多媒體系統(tǒng)各部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的發(fā)送。利用編/解碼模塊將數(shù)據(jù)流解碼成電視信號(hào)，通過存儲(chǔ)模塊對(duì)多媒體系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)程序、內(nèi)核和相關(guān)文件進(jìn)行存儲(chǔ)，利用D/A轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電視圖像信號(hào)與聲音信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)過程中，利用ALOHA防信息碰撞算法避免多媒體系統(tǒng)中信息碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，并進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)給出防信息碰撞的程序代碼。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有很高的可行性和實(shí)用性。

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Design and implementation of anti?collision technology for multimedia system

LANG Changming，WANG Ying，MEI Yi
（College of Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330029，China）

In order to make the multimedia files play more smoothly，the anti?collision technology for multimedia system was designed and implemented，the work procedure and the cause of data flow collision of the multimedia information system were analyzed，and the ADM5120 chip was used as the core.The whole data flow of the multimedia system is monitored and controlled by the control module to realize data flow transmission.The data stream is decoded into an electric signal by the CO?DEC module.The sequencial storage of start bootstrap program，kernel and relevant document of multimedia system is conducted by the reasonable storage module to avoid the conflict of the data stream.In the design process of software，the design of ALO?HA anti?collision algorithm avoids the occurrence of the collision among the data flows in the multimedia system.The procedure code of the information collision prevention is given.The experimental results show that the new method has high feasibility and practicability.

multimedia；collision prevention of information；data stream；encoding?decoding module

TN911.2?34；TP302.1

A

1004?373X（2015）24?0100?04

10.16652/j.issn.1004?373x.2015.24.029

蘭長(zhǎng)明（1976—），男，湖北武穴人，碩士，講師。主要研究方向?yàn)槎嗝襟w技術(shù)、電子商務(wù)和軟件工程。

2015?06?25

江西省教育廳課題獨(dú)立學(xué)院實(shí)踐教學(xué)模式研究（08JY71）；南昌大學(xué)科技學(xué)院精品課程項(xiàng)目（2013JPKC020）；南昌大學(xué)科技學(xué)院基金項(xiàng)目（2014?JG?04）