[发明专利]一种平滑IP媒体流突发帧率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及IP网络流媒体服务质量的保障，特别涉及在分时多任务操作系统下，对路由器的网卡在IP路由任务过程中可能出现的间歇突发性的帧率进行平滑的方法。

背景技术

在当今流媒体服务日益成为IP网络增值业务重心的形势下，增强流媒体服务质量成为该业务能否正常运营的关键所在，因此服务的质量(QOS，Quality Of Service)是下一代互联网建设中需要考虑的核心问题之一。对于流式传输媒体而言，其质量主要通过带宽、抖动、时延和分组丢失率来衡量。同一业务流中不同分组所呈现的时延不同称为时延变化，高频率的时延变化即称为抖动。抖动如果限制在一定范围内，不会对业务质量造成影响，但当抖动现象较为严重时则可能引起图像停顿、声音断续等问题。

典型的IP报文路由处理过程是：当一个流媒体IP报文到达路由器的一个网卡时，首先由网卡控制芯片从链路上接收该帧至网卡物理缓存，而后网卡通过中断通知操作系统，操作系统在中断处理中进行DMA控制，DMA过程完成IP报文从网卡缓存至系统内存的拷贝过程。该过程完成后将再次发出中断，通知操作系统已收到一个IP报文，以便操作系统作进一步处理。操作系统通过将该IP报文与路由规则集相比较，若匹配某一条规则，该报文将按照规则指定的方向被送往另一块网卡，即通过DMA将该帧从系统内存传送至网卡物理缓存，然后在网卡芯片的控制下将该帧传送到物理链路上从而完成路由过程。

由上可以看出，在理想情况下，输出的码率将与输入的码率在宏观时间和微观时间尺度上都将保持一致。但由于该路由过程中，IP报文在系统内存中的操作需要由系统CPU进行处理，而对于一个分时多任务系统(常见的如windows，linux均不是实时操作系统)而言，当网卡上的流量比较大并且系统中同时运行多个任务时，系统并不能保证每次的路由过程都能够及时地得到响应，这将会导致流式IP包在系统缓存中堆积。一旦路由任务获得CPU时间片，在该时间片内将会对堆积的多个IP报文进行转发，在较短时间内以网卡的最大码率发送多个IP报文，直至系统缓存中堆积的IP报文均被处理为止。在微观上，该过程会导致包输入速率为匀速的码流在路由输出后成为间歇有一个较大峰值速率(类似于毛刺)的非匀速码流，从而降低了码流的质量。当该现象较为严重时，其主要不良影响有：当下级路由器遇到多个上级路由器的峰值同时出现时，可能会导致下级路由器丢包的行为发生；当接收端为性能较低的嵌入式终端时，以网卡的全速率发送也会导致终端因不及处理而导致的丢包现象。此二种现象都会对流媒体的播放质量造成严重影响，从而导致画面停顿等现象的发生。

发明内容

本发明的目的在于克服分时多任务系统作为流媒体的路由传输设备时，由于操作系统的多任务分时性导致帧输出速率在微观上出现大的波动，影响流媒体服务质量的缺陷，从而提供一种平滑流媒体帧输出速率的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种平滑IP媒体流突发帧率的方法，包含以下步骤：

1)、从计算机的系统内存中取出一IP媒体帧，准备发送；

2)、计算当前帧的预计发送时间与上一帧的实际发送时间的时间间隔，将该时间间隔记为发送时间间隔，将计算得到的发送时间间隔与用户设定的两帧间最小时间间隔进行比较，若发送时间间隔大于或等于两帧间最小时间间隔，则当前帧的帧发送速率没有超出限制，执行步骤4)，若发送时间间隔小于两帧间最小时间间隔，则当前帧的帧发送速率超出限制，执行下一步；

3)、将当前帧送入发送缓存队列的尾部延迟发送，跳转到步骤8)；

4)、判断发送缓存队列是否为空，若该队列不为空，则执行下一步，否则，执行步骤7)；

5)、在发送缓存队列中有历史遗留帧，将当前帧送入发送缓存队列的尾部；

6)、在每个CPU时间片，从发送缓存队列的队列头中取出M个帧发送到物理链路上，然后跳转到步骤8)；

7)、将当前帧直接发送到物理链路上，然后执行下一步；

8)、通知系统当前帧已被处理，退出处理过程。

上述技术方案中，在所述的步骤2)中，所述的当前帧的预计发送时间为发送当前帧前的时间。

上述技术方案中，在所述的步骤6)中，所述的M是一个用户设定的正整数，可根据需要调整大小，以适应不同的帧率限制需求。

本发明的优点在于：

1、本发明不仅可以将因分时多任务系统流媒体路由器本身原因引起的突发帧速率限制在指定的速率之下，而且对上级路由器输入的媒体流中已有的突发帧率也有同样的平滑作用。