CN102088395B - 一种调整媒体数据缓存的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调整媒体数据缓存的方法和装置，通过对媒体缓存队列的占用率进行检测，根据检测到的状况动态调整媒体缓存队列对共享缓存的占用情况，使得媒体流并发引起媒体数据较多时，能够及时增加媒体缓存队列对共享缓存的占用，避免被其它业务占用使得缓存耗尽导致媒体数据被丢失。

Description

一种调整媒体数据缓存的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术，特别涉及一种调整媒体数据缓存的方法和装置。

背景技术

视频编码的图像是由帧组成的，包括帧内图（I帧）、预测图（P帧）以及双向图（B帧）。在视频编码体系中，图像序列由画面组（GOP）组成，每个GOP以I帧为起始，其中还可能包含P帧和B帧，GOP的长度是I帧之间的间隔。根据人眼视觉，通常的图像为每秒25帧或30帧，通常I帧每秒产生一个或多个。由于I帧、P帧和B帧的特点及内容不同，大小也各不相同，其中，I帧最大，P帧次之，B帧最小。

在传输视频流的网络设备中，每个端口都存在一个队列，其中一个或多个队列用于缓存视频流，称为视频队列，其它队列用于其它业务。由于网络设备整体缓存是有限的，因此，需要对各队列的长度进行限制，即为每个端口分配设定的缓存作为队列，剩余缓存作为全局的共享缓存，当某业务的队列已满，则占用共享缓存。一旦网络设备的共享缓存耗尽，则对新接收到的数据进行尾部丢弃或随机丢弃。

对于媒体流而言，为了保证显示端图像没有较大的抖动，将视频流的每帧数据进行匀速发送或尽力线速发送。由于I帧较大，在I帧产生时可能会产生突发现象而超出设定的平均带宽，特别在多个媒体流源端并发发送视频流时，突发现象更加突出。在这种情况下，网络设备对媒体数据的缓存需求增大，由于在媒体缓存队列满时才能够占用共享缓存，因此，如果共享缓存被其它业务占用而使得缓存耗尽，则可能导致媒体数据被丢弃。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种调整媒体数据缓存的方法和装置，以便于避免网络设备的缓存限制造成媒体数据被丢弃。

一种调整媒体数据缓存的方法，该方法应用于至少包含媒体缓存队列和共享缓存的网络设备，其中，媒体缓存队列用于缓存网络设备接收到的媒体数据，共享缓存用于供媒体缓存队列或其它业务缓存队列已满时进行共享；其特征在于，该方法包括：

A、对媒体缓存队列的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值，则执行步骤B；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值，则执行步骤C；

B、将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列，转至步骤A；

C、判断当前媒体缓存队列的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，则转至步骤A，否则，将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存，转至步骤A；

其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，ΔC1和ΔC2为预设的值，Cq为最少保持媒体缓存队列的长度。

一种调整媒体数据缓存的装置，该装置包括：用于缓存接收到的媒体数据的媒体缓存队列，以及用于供媒体缓存队列或其它业务队列已满时进行共享的共享缓存；该装置还包括：第一队列检测单元、队列控制单元、第三队列检测单元；

所述第一队列检测单元，用于对媒体缓存队列的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值，则向所述队列控制单元发送第一调整通知；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值，则向所述队列控制单元发送第二调整通知；

所述队列控制单元，用于接收到第一调整通知时，将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列；接收到第二调整通知时，将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存；

第三队列检测单元，用于接收所述第一队列检测单元向所述队列控制单元发送的第二调整通知，并判断当前媒体缓存队列的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，不向队列控制单元转发所述第二调整通知；否则，向队列控制单元转发所述第二调整通知；

其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，ΔC1和ΔC2为预设的值，Cq为最少保持媒体缓存队列的长度。

由以上技术方案可以看出，本发明通过对媒体缓存队列的占用率进行检测，根据检测到的状况动态调整媒体缓存队列对共享缓存的占用情况，使得在媒体数据较多，例如媒体流并发时，能够及时增加媒体缓存队列对共享缓存的占用，避免被其它业务占用使得缓存耗尽导致媒体数据被丢失。

附图说明

图1为本发明提供的主要方法流程图；

图2为本发明实施例提供的详细方法流程图；

图3为采用滑窗方式对媒体数据进行解析的示意图；

图4为本发明实施例提供的装置结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明所提供方法的核心思想主要为：对网络设备中媒体缓存队列的占用率进行检测，根据媒体缓存队列的占用率状况实时调整媒体缓存队列的长度。主要步骤可以如图1所示，包括：

步骤101：对媒体缓存队列的占用率进行检测；如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值Rmax，则执行步骤102；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值Rmin，则执行步骤103。

步骤102：将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列，转至步骤101。

步骤103：将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存，转至步骤101。

上述流程中，Rmax大于Rmin，ΔC1和ΔC2为预先设定的值，两者可以相等也可以不等。

下面结合具体实施例对本发明提供的上述方法进行详细描述。图2为本发明实施例提供的详细方法流程图，在本实施例中，可以假设媒体缓存队列的初始值与其它业务缓存队列的初始值一样都为Cq；该媒体缓存队列的长度可以按照本发明提供的方法进行调整，即将共享缓存中的缓存增加到媒体缓存队列，可以预先设置媒体缓存队列可调整到的最大限度值为Cs。如图2所示，该方法可以具体包括以下步骤：

步骤201：对媒体缓存队列的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值Rmax，则执行步骤202；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值Rmin，则执行步骤205。

本步骤中，可以采用对实时性、周期性等方式对媒体缓存队列的占用率进行检测。

其中，第一阈值Rmax大于第二阈值Rmin。

步骤202：判断当前媒体缓存队列是否达到最大限度值Cs，如果否，转至步骤203；如果是，执行步骤204。

本步骤中，如果当前媒体缓存队列的长度已经达到最大限度值Cs，则表明当前的媒体数据突发状况已经达到十分严重的程度，需要触发媒体流源端对媒体数据的发送进行调整，通知其暂缓媒体数据的发送，即执行步骤204。如果当前媒体缓存队列的长度尚未达到最大限度值Cs，则表明当前的媒体数据突发状况尚在可接受范围内，则采用增加媒体缓存队列占用的共享缓存的方式，对媒体数据的缓存进行调整。

步骤203：将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列，转至步骤201。

假设Rmax为80%，如果媒体缓存队列的占用率达到80%，则表明当前媒体缓存队列将不能够满足媒体数据的需求，可以增加媒体缓存队列对共享缓存的占用，即将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列。

步骤204：对媒体缓存队列中的媒体数据进行解析，确定造成媒体数据并发的媒体流源端，并向确定的媒体流源端发送并发碰撞通知，转至步骤201。

当媒体缓存队列达到最大限度值Cs时，启动媒体数据解析，从而确定造成媒体数据并发的媒体流源端。

确定造成媒体数据并发的媒体流源端的具体方法可以包括：对媒体缓存队列中的媒体数据进行镜像采样；确定采样到的媒体数据中，对应最多数量媒体流源端的时间段，将该时间段内媒体数据对应的媒体流源端确定为造成媒体数据并发的媒体流源端。

假设所有媒体流都采用H.264编码方式，以实时传送协议（RTP）进行传输，每秒包含25帧，且都采用相同的GOP，此时，可以采用80ms的采样时间，即从媒体缓存队列中镜像采样80ms的媒体数据，并且，将采样到的媒体数据加上时间戳。对采样到的媒体数据进行解析，确定对应最多数量媒体流源端的时间段，该过程可以采用滑窗的方式实现：在预设时间长度的滑窗进行步进的过程中，统计每个步进位置滑窗所包含的媒体数据的源IP地址，确定包含媒体数据的源IP地址数量最多的滑窗所在的时间段为所述对应最多数量媒体流源端的时间段。

以滑窗长度为40ms为例，如图3所示，每个媒体数据报文都有时间戳并按时间戳在时间轴上分布，使用一个40ms的滑窗进行报文的源IP地址进行统计，统计该滑窗内报文的源IP地址，形成一张源IP地址表；滑窗以10ms为步进做5次统计，分别得到5张源IP地址表，比较5张表的源IP地址数量，选择源IP地址数量最大一张表作为并发的媒体流源端IP地址表，该表中的各源IP地址对应的媒体流源端是对媒体数据并发影响最大的源端，即造成媒体数据并发的媒体流源端。

确定出造成媒体数据并发的媒体流源端后，网络设备向该媒体流源端发送并发碰撞通知，接收到并发碰撞通知的媒体流源端暂缓媒体数据的发送，例如将媒体数据的发送向后调整一个随机时间，该随机时间通常在滑窗的时间长度范围内。

步骤205：将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存，转至步骤201。

假设Rmin为60%，如果媒体缓存队列的占用率减少到60%，则表明当前网络设备接收到的媒体数据状况较好，能够很好的满足媒体数据的需求，则可以减少缓存队列对共享缓存的占用。

在本实施例中，可以设定最少保持媒体缓存队列的长度为初始值Cq，即当媒体缓存队列的长度减少到Cq后，即便媒体缓存队列的占用率小于或等于Rmin，也不再减少媒体缓存队列占用的缓存。即在步骤205之前还可以包括：判断当前媒体缓存队列的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，则直接转至步骤201；否则，继续执行所述步骤205。

以上是对本发明所提供的方法进行的详细描述，下面对本发明所提供的装置进行详细描述。图4为本发明实施例提供的装置结构图，该装置可以设置在转发媒体数据的网络设备中，如图4所示，该装置可以包括：媒体缓存队列401、共享缓存402、第一队列检测单元403和队列控制单元404。

其中，媒体缓存队列401和共享缓存402是网络设备中已有的单元。媒体缓存单元401用于缓存网络设备接收到的媒体数据的媒体缓存队列，共享缓存用于供媒体缓存队列或其它业务队列已满时进行共享。

第一队列检测单元403，用于对媒体缓存队列401的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列401的占用率大于或等于预设的第一阈值Rmax，则向队列控制单元404发送第一调整通知；如果检测到媒体缓存队列401的占用率小于或等于预设的第二阈值Rmin，则向队列控制单元404发送第二调整通知。

队列控制单元404，用于接收到第一调整通知时，将共享缓存402中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列401；接收到第二调整通知时，将媒体缓存队列401的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存402。

其中，第一阈值Rmax大于第二阈值Rmin，ΔC1和ΔC2为预设的值。

该第一队列检测单元403能够实时性地或者周期性地检测媒体缓存队列的占用率，根据检测的占用情况来知会队列控制单元404对共享缓存的占用进行调整。

更进一步地，该装置还可以包括：第二队列检测单元405和媒体解析单元406。

第二队列检测单元405，用于接收第一队列检测单元403发送给队列控制单元404的第一调整通知，并检测当前媒体缓存队列401的缓存长度是否达到预设的最大限度值Cs，如果是，向媒体解析单元406发送解析通知，且不向队列控制单元404转发第一调整通知；否则向队列控制单元404转发第一调整通知。

媒体解析单元406，用于接收到解析通知时，对媒体缓存队列401中的媒体数据进行解析，确定造成媒体数据并发的媒体流源端，并向确定的媒体流源端发送并发碰撞通知，以通知确定的媒体流源端暂缓发送媒体数据。

第二队列检测单元405确定媒体缓存队列401的缓存长度达到最大限度值Cs时，触发媒体解析单元406的解析过程，通过解析找出造成并发的媒体流源端，通知这些媒体流源端调整发送策略。

其中，媒体解析单元406可以具体包括：镜像采样子单元4061、并发确定子单元4062和通知发送子单元4063。

镜像采样子单元4061，用于对媒体缓存队列401中的媒体数据进行镜像采样。

并发确定子单元4062，用于确定镜像采样子单元4061采样到的媒体数据中对应最多数量媒体流源端的时间段，将该时间段内媒体数据对应的媒体流源端确定为造成媒体数据并发的媒体流源端。

通知发送子单元4063，用于向并发确定子单元4062确定的媒体流源端发送并发碰撞通知。

具体地，并发确定子单元4062可以将采样到的媒体数据分别加上时间戳，按照时间戳的顺序排列采样到的媒体数据；在预设时间长度的滑窗进行步进的过程中，统计每个步进位置滑窗所包含的媒体数据的源IP地址，确定包含媒体数据的源IP地址数量最多的滑窗所在的时间段为对应最多数量媒体流源端的时间段。

更优地，如果设定最少保持媒体缓存队列的长度为初始值Cq，当媒体缓存队列的长度减少到Cq后，即便媒体缓存队列的占用率小于或等于Rmin，也不再减少媒体缓存队列占用的缓存。即该装置还可以进一步包括：第三队列检测单元407，用于接收第一队列检测单元403向队列控制单元404发送的第二调整通知，并判断当前媒体缓存队列401的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，不向队列控制单元404转发第二调整通知；否则，向队列控制单元404转发第二调整通知。

上述第一队列检测单元403、第二队列检测单元405和第三队列检测单元407可以设置在同一个队列检测单元中实现。

由以上描述可以看出，本发明提供的方法和装置具备以下优点：

1）本发明通过对媒体缓存队列的占用率进行检测，根据检测到的状况动态调整媒体缓存队列对共享缓存的占用情况，使得在媒体数据较多，例如媒体流并发时，能够及时增加媒体缓存队列对共享缓存的占用，避免被其它业务占用使得缓存耗尽导致媒体数据被丢失。

2）在媒体缓存队列的长度达到预设的最大限度值时，说明媒体数据并发情况严重，本发明能够进一步通过对媒体缓存队列中媒体数据的解析确定造成并发状况的媒体流源端，通知这些媒体流源端暂缓发送媒体数据，以缓解媒体数据的并发现象，避免媒体数据并发状况严重来不及缓存造成被丢弃的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种调整媒体数据缓存的方法，其特征在于，该方法应用于至少包含媒体缓存队列和共享缓存的网络设备，其中，媒体缓存队列用于缓存网络设备接收到的媒体数据，共享缓存用于供媒体缓存队列或其它业务缓存队列已满时进行共享；其特征在于，该方法包括：

A、对媒体缓存队列的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值，则执行步骤B；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值，则执行步骤C；

B、将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列，转至步骤A；

C、判断当前媒体缓存队列的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，则转至步骤A，否则，将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存，转至步骤A；

其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，ΔC1和ΔC2为预设的值，Cq为最少保持媒体缓存队列的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B之前还包括：判断当前媒体缓存队列的缓存长度是否达到预设的最大限度值，如果是，执行步骤D；否则，继续执行所述步骤B；

D、对媒体缓存队列中的媒体数据进行解析，确定造成媒体数据并发的媒体流源端，并通知确定的媒体流源端暂缓发送媒体数据，转至步骤A。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤D中对媒体缓存队列中的媒体数据进行解析，确定造成媒体数据并发的媒体流源端具体包括：

D1、对媒体缓存队列中的媒体数据进行镜像采样；

D2、确定采样到的媒体数据中对应最多数量媒体流源端的时间段，将该时间段内媒体数据对应的媒体流源端确定为造成媒体数据并发的媒体流源端。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤D2中所述确定采样到的媒体数据中对应最多数量媒体流源端的时间段具体包括：

将所述采样到的媒体数据分别加上时间戳，按照时间戳的顺序排列采样到的媒体数据；

在预设时间长度的滑窗进行步进的过程中，统计每个步进位置滑窗所包含的媒体数据的源IP地址，确定包含媒体数据的源IP地址数量最多的滑窗所在的时间段为所述对应最多数量媒体流源端的时间段。

5.一种调整媒体数据缓存的装置，该装置包括：用于缓存接收到的媒体数据的媒体缓存队列，以及用于供媒体缓存队列或其它业务队列已满时进行共享的共享缓存；其特征在于，该装置还包括：第一队列检测单元、队列控制单元、第三队列检测单元；

所述第一队列检测单元，用于对媒体缓存队列的占用率进行检测，如果检测到媒体缓存队列的占用率大于或等于预设的第一阈值，则向所述队列控制单元发送第一调整通知；如果检测到媒体缓存队列的占用率小于或等于预设的第二阈值，则向所述队列控制单元发送第二调整通知；

所述队列控制单元，用于接收到第一调整通知时，将共享缓存中大小为ΔC1的缓存增加为媒体缓存队列；接收到第二调整通知时，将媒体缓存队列的缓存减少ΔC2，减少的缓存作为共享缓存；

第三队列检测单元，用于接收所述第一队列检测单元向所述队列控制单元发送的第二调整通知，并判断当前媒体缓存队列的缓存减少ΔC2后的长度是否小于预设的初始值Cq，如果是，不向队列控制单元转发所述第二调整通知；否则，向队列控制单元转发所述第二调整通知；

其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，ΔC1和ΔC2为预设的值，Cq为最少保持媒体缓存队列的长度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括：第二队列检测单元和媒体解析单元；

所述第二队列检测单元，用于接收所述第一队列检测单元发送给所述队列控制单元的第一调整通知，并检测当前媒体缓存队列的缓存长度是否达到预设的最大限度值，如果是，向所述媒体解析单元发送解析通知，且不向队列控制单元转发所述第一调整通知；否则，向队列控制单元转发所述第一调整通知；

所述媒体解析单元，用于接收到解析通知时，对媒体缓存队列中的媒体数据进行解析，确定造成媒体数据并发的媒体流源端，并向确定的媒体流源端发送并发碰撞通知，以通知所述确定的媒体流源端暂缓发送媒体数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述媒体解析单元具体包括：镜像采样子单元、并发确定子单元和通知发送子单元；

所述镜像采样子单元，用于对媒体缓存队列中的媒体数据进行镜像采样；

所述并发确定子单元，用于确定所述镜像采样子单元采样到的媒体数据中对应最多数量媒体流源端的时间段，将该时间段内媒体数据对应的媒体流源端确定为造成媒体数据并发的媒体流源端；

所述通知发送子单元，用于向所述并发确定子单元确定的媒体流源端发送并发碰撞通知。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述并发确定子单元将所述采样到的媒体数据分别加上时间戳，按照时间戳的顺序排列采样到的媒体数据；在预设时间长度的滑窗进行步进的过程中，统计每个步进位置滑窗所包含的媒体数据的源IP地址，确定包含媒体数据的源IP地址数量最多的滑窗所在的时间段为所述对应最多数量媒体流源端的时间段。

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