多媒体系统中的防信息碰撞技术的设计与实现

兰长明，汪滢，梅毅

（南昌大学 科学技术学院，江西 南昌 330029）

多媒体系统中的防信息碰撞技术的设计与实现

兰长明，汪滢，梅毅

（南昌大学 科学技术学院，江西 南昌 330029）

为了使多媒体文件播放更加流畅，设计与实现了一种多媒体系统中的防信息碰撞技术，分析了多媒体信息系统总体的工作流程和数据流产生碰撞的原因，将ADM5120芯片作为核心，通过该控制模块对多媒体系统数据流的各部分进行监测和控制，实现数据流的发送。利用编/解码模块将数据流解码成电信号，通过合理存储模块对多媒体系统的启动引导程序、内核和相关文件进行顺序存储，避免数据流的冲突。软件设计过程中，设计ALOHA防信息碰撞算法避免多媒体系统中数据流碰撞现象的发生，同时给出防信息碰撞的程序代码。实验结果表明，新的方法具有很高的可行性和实用性。

多媒体；防信息碰撞；数据流；编解码模块

0 引言

近年来，随着计算机的不断发展和广泛应用，信息时代到来，人们的生活和工作都朝着数值化、网络化及智能化的方向发展[1⁃3]。而多媒体系统也逐渐趋于复杂，多媒体数据也变得数量大、种类多，导致数据流信息之间容易发生碰撞，造成信息丢失[4⁃6]。因此，设计并实现一种多媒体系统中防信息碰撞技术具有重要意义，成为相关学者研究的重点课题，受到了越来越广泛的关注[7⁃10]。设计并实现了一种多媒体系统中防信息碰撞方法，为多媒体系统中文件的流畅播放提供有效依据。

1 多媒体信息系统的整体优化设计思路

具备防数据流信息碰撞技术的新一代多媒体信息系统中主要包括控制模块、编解码模块、存储模块、D/A转换模块和防信息碰撞模块，详细结构如图1所示。

图1 多媒体信息系统的结构单元

2 硬件设计防止多媒体信息碰撞

2.1 数据流信息合理控制模块的设计

数据流信息控制模块主要负责对多媒体系统各部

分数据流进行监测和调度，以及实现数据流的发送等。其主要由主控芯片ADM5120、TLB（Translation Looka⁃side Buffer）、总线接口、Cache控制器、系统协处理器等构成，详细结构用图2进行描述。

图2 控制模块的逻辑设计结构

多媒体系统通常需要有强大的数据流调度功能，因此，选择一款基于MIPS32 4Kc内核的Infineon ADM5120网络处理器，该处理器是一款具有五级流水线、32 B的MIPS指令集嵌入式处理器，是一种典型的寄存器型微处理器。控制模块通过TLB方式达到数据流合理化管理的目的，结合外围部件共同实现对整个系统的数据流控制，避免数据流信息的存储碰撞。

2.2 编/解码过程的防碰撞模块

数据流编码和解码的过程容易发生冲突，因此设计编/解码模块主要负责将数据流解码成合理电信号避免出现相似信号干扰碰撞，模块的核心为编解码芯片VW2010（VW2010芯片采用VWEB公司开发的实时MPEG⁃1，MPEG⁃2和MPEG⁃4音视频系统编解码芯片，具有信息分流功能）。编/解码模块主要由D/A转换器和SDRAM构成外围电路，详细结构用图3进行描述。

图3 编/解码防碰撞控制模块硬件结构

为了防止多媒体系统数据流出现不稳定的问题，编/解码模块采用Alliance Memory公司生产的SDRAM对数据流进行缓冲，从而使编码过程正常运行。通过数模（D/A）转换器将数据变成模拟电视图像信号与声音信号，音频视频信号由VW2010实现合理的控制，不在由不具备分流功能的其他芯片控制，大大避免了数据流发生控制的可能。

2.3 存储模块的防碰撞控制

数据流存储过程最容易发生冲突，为了降低这种概率，存储模块设计必须在存储多媒体信息中考虑防碰撞性。一般的存储模块由启动引导程序、内核和相关文件组成，其主要由FLASH，SDRAM，SD卡，USB接口等，但是，却没有核心处理芯片完成存储调度过程，存储过程极为混乱，容易发生碰撞，新一代的核心存储模块的详细结构如图4所示。

图4 存储模块硬件结构

将三星公司生产的64MBFLASH芯片K9F5608U0C作为存储模块的核心，将Samsungsemi公司生产的64 MB的芯片HY57V51620BT作为SDRAM存储，同时将SD卡和USB接口作为备用内存，核心处理芯片可以很好地识别数据流的冲突过程，为内存调度提供有效的方法。

3 系统软件的防冲突设计

3.1 基于ALOHA算法的防信息碰撞技术

ALOHA算法是较为常见的数据调度方法，非常适用于多媒体的数据流防冲突调度，因为多媒体中所需传输的数据相对来说并不复杂，只是数据规模较大，算法通过循环重复即可实现数据的传输。因为数据不复杂，其传输时间仅占循环的少部分，所以对数据进行传输的过程中会产生较大的时间间隙，解决信息碰撞问题。

ALOHA算法的总体流程用图5进行描述。如果信息出现在读写器的有效范围，其将主动地将自身信息传输至读写器。在多媒体系统对信息进行传输时，如果有其他模块也在传输信息，则将造成信息碰撞。读写器接收信号后，判断是否出现碰撞情况，如果出现碰撞情况，则中断信息传输过程，延迟一段随机长的时间后再继续传输该信息，从而达到防止信息碰撞的目的。

3.2 代码设计

本文设计的多媒体系统的软件，是在Windows 2000环境下，通过Visual C++6.0来实现，并采用Visual C++对图像进行处理，详细代码如下：

图5 总体流程图

4 实验分析

为了验证本文设计的多媒体系统中防信息碰撞技术的有效性，需要进行相关的实验分析。实验将基于GStreamer的多媒体系统作为对比，从多媒体文件播放的流畅程度对两种系统的性能进行比较。本实验用节点吞吐量和控制消息数两个指标对多媒体文件播放的流畅程度进行衡量。

4.1 节点吞吐量分析

节点吞吐量主要反映了单位时间内系统有效接收数据的程度，随着吞吐量值的逐渐升高，多媒体文件播放将越来越流畅。本实验在节点数量逐渐增加的情况下，分别统计本文系统和基于GStreamer的多媒体系统的节点平均吞吐量，得到的结果如图6所示。

图6 节点吞吐量比较结果

分析图6可知，通过本文系统获取的节点吞吐量远远高于基于GStreamer的多媒体系统，这主要是由于基于GStreamer的多媒体系统容易造成请求拥塞，使多媒体数据传输所需的时间大大增加，同时浪费了带宽资源，降低了系统的运行效率，导致基于GStreamer的多媒体系统接收节点的吞吐率无法达到很高的水平，造成多媒体文件播放不流畅。而本文系统能够充分利用系统资源，大大提高了带宽利用率以及节点吞吐量，使多媒体文件播放流畅。

4.2 控制消息数分析

对消息进行控制的目的是使用户节点能够及时得到多媒体数据，如果控制消息的数量过多，则会造成整个系统的负担，浪费资源，所以应尽可能地减少控制消息的个数。

图7描述的是随着系统节点数量的增加，采用本文系统和基于GStreamer的多媒体系统获取的每个播放段的平均控制消息数。

图7 两种方法控制消息数量比较结果

分析图7可以看出，采用本文系统所需控制的消息数量低于基于GStreamer的多媒体系统，说明本文系统对所浪费的资源相对较少，能够有效减少能耗，使得多媒体文件播放更加流畅。

5 结语

本文设计与实现了一种多媒体系统中的防信息碰撞技术，分析了系统总体结构，将ADM5120芯片作为核心，通过该控制模块对多媒体系统各部分进行监测和控制，实现数据流的发送。利用编/解码模块将数据流解码成电视信号，通过存储模块对多媒体系统的启动引导程序、内核和相关文件进行存储，利用D/A转换模块将数据转换为模拟电视图像信号与声音信号。软件设计过程中，利用ALOHA防信息碰撞算法避免多媒体系统中信息碰撞现象的发生，并进行了详细分析，同时给出防信息碰撞的程序代码。仿真实验结果表明，本文设计系统具有很高的可行性和实用性。

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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

兰长明（1976—），男，湖北武穴人，硕士，讲师。主要研究方向为多媒体技术、电子商务和软件工程。

2015⁃06⁃25

江西省教育厅课题独立学院实践教学模式研究（08JY71）；南昌大学科技学院精品课程项目（2013JPKC020）；南昌大学科技学院基金项目（2014⁃JG⁃04）