RU205444U1 - Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь - Google Patents
Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь Download PDFInfo
- Publication number
- RU205444U1 RU205444U1 RU2021109838U RU2021109838U RU205444U1 RU 205444 U1 RU205444 U1 RU 205444U1 RU 2021109838 U RU2021109838 U RU 2021109838U RU 2021109838 U RU2021109838 U RU 2021109838U RU 205444 U1 RU205444 U1 RU 205444U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- input
- output
- block
- multiplication
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L47/00—Traffic control in data switching networks
- H04L47/10—Flow control; Congestion control
- H04L47/36—Flow control; Congestion control by determining packet size, e.g. maximum transfer unit [MTU]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L47/00—Traffic control in data switching networks
- H04L47/10—Flow control; Congestion control
- H04L47/36—Flow control; Congestion control by determining packet size, e.g. maximum transfer unit [MTU]
- H04L47/365—Dynamic adaptation of the packet size
Abstract
Полезная модель относится к области техники передачи цифровой информации с определением оптимального размера пакета. Технический результат заключается в создании устройства вычисления оптимального размера пакета для различных параметров используемого канала связи и передаваемого трафика цифрового сжатого потока изображений по критерию минимальной задержки воспроизведения при условии оптимального сглаживания без потерь. Поставленная цель достигается тем, что данное устройство за счет применения: блока ввода значения размера служебной части пакета; блока ввода значения максимального размера сжатого кадра; блока ввода значения частоты следования кадров; блока ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блока ввода значения скорости работы передатчика; блока ввода значения скорости работы приемника; восьми блоков умножения; блока вычисления минимума; шести блоков деления; двух блоков вычисления обратной величины; блока вычисления квадратного корня; блока округления до ближайшего целого вверх; блока округления до ближайшего целого вниз; пяти блоков сложения; блока сравнения; блока инверсии; блока отображения результата и организации связей между ними позволяет реализовать вычисление оптимального значения размера пакета, при котором обеспечивается минимум задержки воспроизведения в условиях оптимального сглаживания без потерь потока цифровых сжатых изображений. Использование предлагаемого устройства позволяет вычислять такой оптимальный размер пакета, при котором обеспечивается минимальная задержка воспроизведения, способствующая оптимальному сглаживанию без потерь потока цифровых сжатых изображений. Для конструктивного выполнения устройства вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь, используется FPGA Xilinx серий Kintex-7. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к области техники передачи цифровой информации с определением оптимального размера пакета и может быть использована для вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения в условиях оптимального сглаживания без потерь в системах передачи цифровых сжатых изображений.
Известны устройства [1, 2], близкие по предназначению предлагаемого устройства. Входящие в состав устройств [1, 2] элементы в основном нацелены на оптимизацию параметров сети связи за счет изменения маршрута или пропускной способности, при этом процесс пакетирования зачастую не описан.
В устройстве [1] производят преобразование транспортного потока MPEG в IP-пакеты для широковещания в WLAN, причем данное устройство содержит в своем составе пакетировщик, но состав устройства пакетирования не раскрывается, а лишь оговорено, что формирование пакетов осуществляется в соответствии с некими межсетевыми протоколами и специфической для программ информации. Формирование пакетов, таким образом, не позволяет обеспечить минимальную задержку воспроизведения с учетом оптимального сглаживания без потерь.
Устройство [2], которое реализует подход изменяемых длин пакета для передач с высокой скоростью передачи пакетных данных в сети доступа (AN), содержит узел управления скоростью передачи данных (DRC) для приема запросов скорости передачи данных от терминалов доступа, причем каждый запрос скорости передачи данных указывает, по меньшей мере, одну скорость передачи, которую терминал доступа запрашивает у устройства сети доступа для передачи данных терминалу доступа; узел выработки пакета физического уровня (PL), выполненный с возможностью приема запросов скорости передачи данных от DRC-узла на основании запросов скорости передачи, выбора, по меньшей мере, двух терминалов доступа для получения данных из многопользовательского PL-пакета, выбора длины из набора длин для многопользовательского PL-пакета, выбора скорости передачи из набора скоростей передачи для передачи многопользовательского PL-пакета и выработки многопользовательского PL-пакета выбранной длины; и передатчик для передачи многопользовательского PL-пакета терминалам доступа.
Недостатком данного технического решения является выбор размера пакета исходя из запрошенной скорости передачи, причем набор возможных размеров пакета соответствующий конкретной скорости передачи заранее определен, к тому же не обеспечивается оптимальное сглаживание без потерь в условиях пульсирующего информационного потока.
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является устройство [3], которое производит вычисление оптимального размера пакета по критерию минимума общего времени передачи сообщения.
Технический результат устройства-аналога [3] обеспечивается за счет применения блока ввода значения размера сообщения, блока ввода значения скорости потока, блока ввода значения минимального объема наполненности буфера, блока ввода значения пакетной скорости передачи, четырех блоков умножения, пяти блоков деления, блока вычисления квадратного корня, блока округления до ближайшего целого вверх, блока округления до ближайшего целого вниз, трех блоков сложения, блока вычисления минимума, блока ввода значения размера служебной части пакета, блока отображения результата, причем выход 1 блока 1 ввода значения размера сообщения соединен с входом 1 блока 5 умножения, выход 2 блока 1 ввода значения размера сообщения соединен с входом 1 блока 9 деления, выход 1 блока 2 ввода значения скорости потока соединен с входом 2 блока 5 умножения, выход 2 блока 2 ввода значения скорости потока соединен с входом 2 блока 10 деления, выход 1 блока 3 ввода значения минимального объема наполненности буфера соединен с входом 1 блока 6 умножения, выход 2 блока 3 ввода значения минимального объема наполненности буфера соединен с входом 1 блока 10 деления, выход 1 блока 4 ввода значения пакетной скорости передачи соединен с входом 2 блока 6 умножения и входом 2 блока 9 деления, выход 1 блока 5 умножения соединен с входом 1 блока 7 деления, выход 1 блока 6 умножения соединен с входом 2 блока 7 деления, выход 1 блока 7 деления соединен с входом 1 блока 8 вычисления квадратного корня, выход 1 блока 8 вычисления квадратного корня соединен с входом 1 блока 11 округления до ближайшего целого вверх, выход 2 блока 8 вычисления квадратного корня соединен с входом 1 блока 12 округления до ближайшего целого вниз, выход 1 блока 9 деления соединен с входом 2 блока 14 деления и входом 1 блока 15 деления, выход 1 блока 11 округления до ближайшего целого вверх соединен с входом 2 блока 13 умножения, выход 2 блока 11 округления до ближайшего целого вверх соединен с входом 1 блока 14 деления, выход 1 блока 12 округления до ближайшего целого вниз соединен с входом 2 блока 15 деления, выход 2 блока 12 округления до ближайшего целого вниз соединен с входом 1 блока 16 умножения, выход 1 блока 10 деления соединен с входом 2 блока 16 умножения и входом 1 блока 13 умножения, выход 1 блока 13 умножения соединен с входом 1 блока 17 сложения, выход 1 блока 14 деления соединен с входом 2 блока 17 сложения, выход 1 блока 15 деления соединен с входом 1 блока 18 сложения, выход 1 блока 16 умножения соединен с входом 2 блока 18 сложения, выход 1 блока 17 сложения соединен с входом 1 блока 19 вычисления минимума, выход 1 блока 18 сложения соединен с входом 2 блока 19 вычисления минимума, выход 1 блока 19 вычисления минимума соединен с входом 1 блока 21 сложения, выход блока 20 ввода значения размера служебной части пакета соединен с входом 2 блока 21 сложения, выход 1 блока 21 сложения соединен с входом блока 22 отображения результата.
Устройство-аналог [3] обладает следующими основными недостатками:
1. Не проводят оптимизацию процесса сглаживания, при котором обеспечивается отсутствие моментов переполнения и опустошения буфера воспроизведения.
2. Производят оптимизацию размера пакета только для одного передаваемого сообщения (файла).
3. Не учитывают при вычислении оптимального размера пакета пульсирующий характер трафика, обусловленный различными степенями компрессии видеопотока цифровых изображений.
В предлагаемой полезной модели устраняются отмеченные недостатки.
Цель (технический результат) полезной модели - создание устройства вычисления оптимального размера пакета для различных параметров используемого канала связи и передаваемого трафика цифрового сжатого потока изображений по критерию минимальной задержки воспроизведения при условии оптимального сглаживания без потерь.
Поставленная цель достигается тем, что данное устройство за счет применения блока ввода значения размера служебной части пакета; блока ввода значения максимального размера сжатого кадра; блока ввода значения частоты следования кадров; блока ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блока ввода значения скорости работы передатчика; блока ввода значения скорости работы приемника; восьми блоков умножения; блока вычисления минимума; шести блоков деления; двух блоков вычисления обратной величины; блока вычисления квадратного корня; блока округления до ближайшего целого вверх; блока округления до ближайшего целого вниз; пяти блоков сложения; блока сравнения; блока инверсии; блока отображения результата, причем: выход 1 блока 1 ввода значения размера служебной части пакета, соединен с входом 1 блока 7 умножения, с входом 1 блока 22 умножения и с входом 2 блока 33 сложения; выход 1 блока 2 ввода значения максимального размера сжатого кадра, соединен с входом 2 блока 7 умножения, входом 1 блока 8 умножения, с входом 1 блока 10 деления и с входом 1 блока 25 деления; выход 1 блока 3 ввода частоты следования кадров, соединен с входом 2 блока 8 умножения; выход 1 блока 4 ввода значения скорости работы устройства декомпрессии, соединен с входом 2 блока 25 деления и с входом 2 блока 9 вычисления минимума; выход 1 блока 5 ввода значения скорости передатчика, соединен с входом 3 блока 9 вычисления минимума и с входом 1 блока 12 вычисления обратной величины; выход 1 блока 6 ввода значения скорости приемника, соединен с входом 4 блока 9 вычисления минимума и с входом 1 блока 11 вычисления обратной величины; выход 1 блока 7 умножения, соединен с входом 1 блока 13 деления и с входом 1 блока 16 деления; выход 1 блока 8 умножения, соединен с входом 1 блока 9 вычисления минимума; выход 1 блока 9 вычисления минимума, соединен с входом 2 блока 10 деления, с входом 2 блока 13 деления и с входом 2 блока 15 умножения; выход 1 блока 10 деления, соединен с входом 3 блока 26 сложения и с входом 2 блока 27 сложения; выход 1 блока 11 вычисления обратной величины, соединен с входом 1 блока 14 сложения; выход 1 блока 12 вычисления обратной величины, соединен с входом 2 блока 14 сложения; выход 1 блока 13 деления, соединен с входом 1 блока 19 деления и с входом 1 блока 21 деления; выход 1 блока 14 сложения, соединен с входом 1 блока 15 умножения, с входом 2 блока 24 умножения, с входом 2 блока 23 умножения и с входом 2 блока 22 умножения; выход 1 блока 15 умножения, соединен с входом 2 блока 16 деления; выход 1 блока 16 деления, соединен с входом 1 блока 17 вычисления квадратного корня; выход 1 блока 17 вычисления квадратного корня, соединен с входом 1 блока 20 округления вниз и с входом 1 блока 18 округления вверх; выход 1 блока 18 округления вверх, соединен с входом 2 блока 19 деления, с входом 1 блока 23 умножения и с входом 1 блока 29 умножения; выход 1 блока 19 деления, соединен с входом 5 блока 26 сложения; выход 1 блока 20 округления вниз, соединен с входом 2 блока 21 деления, с входом 1 блока 24 умножения и с входом 2 блока 31 умножения; выход 1 блока 21 деления, соединен с входом 4 блока 27 сложения; выход 1 блока 22 умножения, соединен с входом 2 блока 26 сложения и с входом 3 блока 27 сложения; выход 1 блока 23 умножения, соединен с входом 4 блока 26 сложения; выход 1 блока 24 умножения, соединен с входом 5 блока 27 сложения; выход 1 блока 25 деления, соединен с входом 1 блока 26 сложения и с входом 1 блока 27 сложения; выход 1 блока 26 сложения, соединен с входом 1 блока 28 сравнения; выход 1 блока 27 сложения, соединен с входом 2 блока 28 сравнения; выход 1 блока 28 сравнения, соединен с входом 2 блока 29 умножения и с входом 1 блока 30 инверсии; выход 1 блока 29 умножения, соединен с входом 2 блока 32 сложения; выход 1 блока 30 инверсии, соединен с входом 1 блока 31 умножения; выход 1 блока 31 умножения, соединен с входом 1 блока 32 сложения; выход 1 блока 32 сложения, соединен с входом 1 блока 33 сложения; выход 1 блока 33 сложения, соединен с входом 1 блока 34 отображения результата.
Благодаря новой совокупности признаков за счет дополнительного введения: блока ввода значения максимального размера сжатого кадра; блока ввода значения частоты следования кадров; блока ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блока ввода значения скорости работы передатчика; блока ввода значения скорости работы приемника; четырех блоков умножения; одного блока деления; двух блоков сложения; одного блока сравнения; двух блоков вычисления обратного значения; одного блока инверсии, за счет удаления: блока ввода значения размера сообщения; блока ввода значения скорости потока; блока ввода значения минимального уровня наполненности буфера; блока ввода значения пакетной скорости передачи и организации связей между ними, производят вычисление оптимального значения размера пакета, при котором обеспечивается минимум задержки воспроизведения в условиях оптимального сглаживания без потерь потока цифровых сжатых изображений.
Полезная модель может найти широкое применение в системах связи использующих механизмы синхронизации при шифровании или помехоустойчивом кодировании, а также при организации потоковой передачи данных с использованием сглаживающих буферов.
Использование предлагаемого устройства позволяет вычислять такой оптимальный размер пакета, при котором обеспечивается минимальная задержка воспроизведения, способствующая оптимальному сглаживанию без потерь потока цифровых сжатых изображений.
Устройство реализует следующие теоретические положения.
Рассмотрим решения [4], полученные в общем виде для случая оптимального сглаживания мультимедийного потока.
Принятая в [4] для оптимизации сглаживания простейшая схема передачи данных предполагает, что сеть связи не оказывает никакого влияния на передаваемый трафик. Тем не менее, реальная сеть связи, несомненно, будет существенным образом влиять на показатели качества обслуживания.
На первом этапе оптимизации размера IP-пакета в условиях оптимального сглаживания, необходимо обозначить каким образом переменная, по которой происходит оптимизация, влияет на величину задержки воспроизведения.
С этой целью:
Во-первых. Будем рассматривать в качестве входного потока покадровое сжатое видео.
Во-вторых. По условию задачи при передаче данных по каналу связи необходимо проведение пакетирования, а, следовательно, необходимо учесть возникающие при этом задержки.
В-третьих. Без потери общности будем рассматривать случай однократного добавления служебной части, но на практике, каждый из протоколов уровней модели OSI непременно добавляет свой заголовок.
Входной поток системы передачи представляет собой пакетный вывод с кодера, осуществляющего покадровое сжатие цифровых изображений. Следовательно, функция входного потока будет ступенчатой, как представлено на фигуре 1.
Для распространения результатов, полученных в [4] для побитового потока, на пакетные системы может быть применен алгоритм базовой скорости ячеек (GCRA). Величины Т и τ, определенные в качестве его параметров для оптимизируемой сети передачи данных, будут иметь следующий физический смысл:
Т - это периодичность следования изображений;
τ - это возможное дрожание потока изображений.
Периодичность следования кадров может быть легко связана с частотой кадров fps и определяется из выражения вида
Без потери общности к более сложным сетям, будем считать, что дрожание τ в покадровом потоке отсутствует, и изображения поступают на вход сети строго через установленные интервалы времени Т.
Таким образом, в соответствии с [4], для потока с пакетами постоянного размера 8, формируемого по алгоритму 
справедлива аффинная кривая поступления
где b - берстность (максимальный всплеск), а r - скорость потока.
При использовании формирователя трафика по алгоритму GCRA, кадры, которые не соответствуют максимальному профилю, отбрасываются. В результате на вход устройства сглаживания поступают кадры с частотой, которая не приводит к превышению установленной скорости видео потока.
С учетом (1) выражение (2) примет вид:
где Lизобр_max - это максимальный размер сжатого (или несжатого) изображения, который в каждом конкретном случае может быть связан с параметрами алгоритма сжатия.
В случае алгоритма JPEG или алгоритмов сжатия видео потока типов MPEG, Н.264, Н.265 и т.д. в качестве коэффициента сжатия необходимо выбрать его минимальный размер, который, в общем случае, может быть определен экспериментально. Такой выбор позволит при аппроксимации ступенчатой функции поступления (фигура 1) использовать аффинную кривую поступления вида (2), которая будет обеспечивать выполнение гарантий даже при поступлении кадра сжатого с наименьшим коэффициентом, и, следовательно, имеющего наибольший для текущих параметров алгоритма сжатия размер.
С учетом того, что по принятым допущениям задачи τ=0, то выражение (3) упроститься до вида
Как известно из [4], максимальная кривая обслуживания пакетировщика может быть смоделирована кривой типа «скорость-задержка», в результате кривые обслуживания пакетировщиков передатчика, приемника и устройства декомпрессии, соответственно, примут вид:
Для учета увеличения объема данных за счет добавления служебной части пакета при условии разбиения большого фрагмента на малые, воспользуемся функцией типа «всплеск-задержка» вида
Таким образом, кривая поступления пакетированного потока после разбиения на более мелкие пакеты примет вид
С учетом правила конкатенации обслуживающих устройств выражение (5.29) из [4] для оптимальной задержки воспроизведения примет вид
где Dmin - минимальная задержка воспроизведения; h(⋅) - максимальное горизонтальное расстояние между двумя функциями.
Дальнейшим шагом получения целевой функции является, вычисление общей кривой обслуживания, которую может предоставить сеть. В соответствии с [4] общая кривая обслуживания, предлагаемая сетью, примет вид
Так как устройство сглаживания может быть представлено сервером с нулевой задержкой и с учетом выражения (8), выражение (10) примет вид
В соответствии с [4], выражение для минимальной задержки воспроизведения в явном виде примет вид
Анализ графика функции 
представленной на фигуре 2 позволяет сделать вывод, что оптимальное решение существует.
На фигуре 2 представлен вид зависимости (13) при передаче цифрового сжатого покадрового видео в соответствии с параметрами, представленными в таблице 1.
Для подтверждения существования экстремума функции 
найдем первую производную целевой функции (13) по переменной 
:
Существование первой производной позволяет сделать вывод о дифференцируемости функции (13), а, следовательно, о ее непрерывности. Таким образом, может существовать экстремум.
Для определения вида экстремума найдем вторую производную целевой функции (13)
Анализ выражения (16) и ограничений l сл, Lизобр_max, l пл, R1, R2 ,R3, fps>0, позволяет сделать вывод, что вторая производная существует и является положительной. Следовательно, имеет место минимум функции (13) в точке перегиба.
Для нахождения значения минимума найдем точку, в которой первая производная (15) меняет свой знак, через решение уравнения
После элементарных преобразований решение примет вид
Так как по физическому смыслу задачи размер пакета всегда больше 0, то одно решение можно исключить, в результате получим
С учетом (19) явный вид решения сформулированной оптимизационной задачи примет вид
Для исходных данных, представленных в таблице 1 оптимальный размер пакета равен
Для уменьшения вычислительной избыточности проведем эквивалентные элементарные преобразования выражения 14, в результате получим выражение вида
Устройство, реализующее указанные теоретические положения, представлено на фигуре 3.
Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь содержит: блок 1 ввода значения размера служебной части пакета; блок 2 ввода значения максимального размера сжатого кадра; блок 3 ввода значения частоты следования кадров; блок 4 ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блок 5 ввода значения скорости работы передатчика; блок 6 ввода значения скорости работы приемника; блоки 7, 8, 15, 22, 23, 24, 29, 31 умножения; блок 9 вычисления минимума; блоки 10, 13, 16,19, 21, 25 деления; блоки 11, 12 вычисления обратной величины; блок 17 вычисления квадратного корня; блок 18 округления до ближайшего целого вверх; блок 20 округления до ближайшего целого вниз; блоки 14, 26, 27, 32, 33 сложения; блок 28 сравнения; блок 30 инверсии; блок 34 отображения результата.
Функционирование устройства осуществляется следующим образом.
В блок 1 вводят сигнал эквивалентный значению размера служебной части пакета.
В блок 2 вводят сигнал эквивалентный значению максимального размера кадра.
В блок 3 вводят сигнал эквивалентный значению частоты следования кадров.
В блок 4 вводят сигнал эквивалентный скорости работы декомпрессора.
В блок 5 вводят сигнал эквивалентный скорости работы передатчика.
В блок 6 вводят сигнал эквивалентный скорости работы приемника.
На вход 1 блока 7 умножения с выхода 1 блока 1 ввода значения размера служебной части пакета и на вход 2 блока 7 умножения с выхода 1 блока 2 ввода значения максимального размера кадра, подают сигналы эквивалентные 
и Lизобр_max соответственно, и на выходе 1 блока 7 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 8 умножения с выхода 1 блока 2 ввода значения максимального размера кадра и на вход 2 блока 8 умножения с выхода 1 блока 3 ввода значения частоты следования кадров, подают сигналы эквивалентные Lизобр_max и fps соответственно, и на выходе 1 блока 8 умножения, формируется сигнал эквивалентный Lизобр_max ⋅ fps.
На вход 1 блока 9 вычисления минимума с выхода 1 блока 8 умножения, на вход 2 блока 9 вычисления минимума с выхода 1 блока 4 ввода значения скорости работы устройства декомпрессии, на вход 3 блока 9 вычисления минимума с выхода 1 блока 5 ввода значения скорости работы передатчика и на вход 4 блока 9 вычисления минимума с выхода 1 блока 6 ввода значения скорости работы приемника, подают сигналы эквивалентные Lизобр_max ⋅ fps, R3, R1 и R2 соответственно, и на выходе 1 блока 9 вычисления минимума, формируется сигнал эквивалентный min(R1, R2, R3, Lизобр_max ⋅ ⋅fps).
На вход 1 блока 10 деления с выхода 1 блока 2 ввода значения максимального размера кадра и на вход 2 блока 10 деления с выхода 1 блока 9 вычисления минимума, подают сигналы эквивалентные Lизобр_max и min(R1, R2, R3, Lизобр_max ⋅ fps) соответственно, и на выходе 1 блока 10 деления, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 11 вычисления обратной величины, с выхода 1 блока 6 ввода значения скорости работы приемника, подают сигнал эквивалентный R2 и на выходе 1 блока 11 вычисления обратной величины, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 12 вычисления обратной величины, с выхода 1 блока 5 ввода значения скорости работы передатчика, подают сигнал эквивалентный R1 и на выходе 1 блока 12 вычисления обратной величины, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 13 деления с выхода 1 блока 7 умножения и на вход 2 блока 13 деления с выхода 1 блока 9 вычисления минимума, подают сигналы эквивалентные Lизобр_max и min(R1, R2, R3, Lизобр_max ⋅ fps) соответственно, и на выходе 1 блока 13 деления, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 14 суммирования с выхода 1 блока 11 вычисления обратной величины и на вход 2 блока 14 суммирования с выхода 1 блока 12 вычисления обратной величины, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 14 суммирования, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 15 умножения с выхода 1 блока 14 суммирования и на вход 2 блока 15 умножения с выхода 1 блока 9 вычисления минимума, подают сигналы эквивалентные 
соответственно, и на выходе 1 блока 15 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 16 деления с выхода 1 блока 7 умножения и на вход 2 блока 16 деления с выхода 1 блока 15 умножения, подают сигналы эквивалентные 
соответственно, и на выходе 1 блока 10 деления, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 17 вычисления квадратного корня, с выхода 1 блока 16 деления, подают сигнал эквивалентный 
и на выходе 1 блока 17 вычисления квадратного корня, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 18 округления вверх, с выхода 1 блока 17 вычисления квадратного корня, подают сигнал эквивалентный 
и на выходе 1 блока 18 округления вверх, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 19 деления с выхода 1 блока 13 деления и на вход 2 блока 19 деления с выхода 1 блока 18 округления вверх, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 19 деления, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 20 округления вниз, с выхода 1 блока 17 вычисления квадратного корня, подают сигнал эквивалентный 
и на выходе 1 блока 20 округления вниз, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 21 деления с выхода 1 блока 13 деления и на вход 2 блока 21 деления с выхода 1 блока 20 округления вниз, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 21 деления, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 22 умножения с выхода 1 блока 1 ввода значения размера служебной части пакета и на вход 2 блока 22 умножения с выхода 1 блока 14 суммирования, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 22 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 23 умножения с выхода 1 блока 18 округления вверх и на вход 2 блока 23 умножения с выхода 1 блока 14 суммирования, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 23 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 24 умножения с выхода 1 блока 20 округления вниз и на вход 2 блока 24 умножения с выхода 1 блока 14 суммирования, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 24 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 25 деления с выхода 1 блока 2 ввода значения максимального размера кадра и на вход 2 блока 25 деления с выхода 1 блока 4 ввода значения скорости устройства декомпрессии, подают сигналы эквивалентные Lизобр_max и R3 соответственно, и на выходе 1 блока 25 деления, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 26 суммирования с выхода 1 блока 25 деления, на вход 2 блока 26 суммирования с выхода 1 блока 22 умножения, на вход 3 блока 26 суммирования с выхода 1 блока 10 деления, на вход 4 блока 26 суммирования с выхода 1 блока 23 умножения и на вход 5 блока 26 суммирования с выхода 1 блока 19 деления, подают сигналы эквивалентные 
соответственно, и на выходе 1 блока 26 суммирования, формируется сигнал эквивалентный
На вход 1 блока 27 суммирования с выхода 1 блока 25 деления, на вход 2 блока 27 суммирования с выхода 1 блока 10 деления, на вход 3 блока 27 суммирования с выхода 1 блока 22 умножения, на вход 4 блока 27 суммирования с выхода 1 блока 21 деления и на вход 5 блока 27 суммирования с выхода 1 блока 24 умножения, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 27 суммирования, формируется сигнал эквивалентный
На вход 1 блока 28 сравнения с выхода 1 блока 26 суммирования и на вход 2 блока 28 сравнения с выхода 1 блока 27 суммирования, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 28 сравнения, формируется сигнал эквивалентный
На вход 1 блока 29 умножения с выхода 1 блока 18 округления вверх и на вход 2 блока 29 умножения с выхода 1 блока 28 сравнения, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 29 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 30 инверсии с выхода 1 блока 28 сравнения, подают сигнал эквивалентный 
и на выходе 1 блока 30 инверсии, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 31 умножения с выхода 1 блока 20 округления вниз и на вход 2 блока 31 умножения с выхода 1 блока 30 инверсии, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 29 умножения, формируется сигнал эквивалентный 
.
На вход 1 блока 32 сложения с выхода 1 блока 31 умножения и на вход 2 блока 32 сложения с выхода 1 блока 29 умножения, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 32 сложения, формируется сигнал эквивалентный
На вход 1 блока 33 сложения с выхода 1 блока 32 сложения и на вход 2 блока 33 сложения с выхода 1 блока 1 ввода значения размера служебной части пакета, подают сигналы эквивалентные 
и 
соответственно, и на выходе 1 блока 33 сложения, формируется сигнал эквивалентный 
На вход 1 блока 34 отображения результата с выхода 1 блока 33 сложения подается сигнал эквивалентный 
и производится его отображение на экране оператора.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит вычислять такой оптимальный размер пакета, при котором обеспечивается минимальная задержка воспроизведения в условиях оптимального сглаживания без потерь. Это может быть полезно как при проектировании новых систем связи, так и при оптимизации параметров функционирования уже существующих систем.
При этом устраняются недостатки, присутствующие в прототипе [3], а именно:
1. Проводят оптимизацию процесса сглаживания, при котором обеспечивается отсутствие моментов переполнения и опустошения буфера воспроизведения.
2. Производят оптимизацию размера пакета для всего передаваемого потока цифровых сжатых изображений.
3. Учитывают при вычислении оптимального размера пакета пульсирующий характер трафика, обусловленный различными степенями компрессии видеопотока цифровых изображений.
В описании полезной модели представлена функциональная схема устройства, которое содержит: блок ввода значения размера служебной части пакета; блок ввода значения максимального размера сжатого кадра; блок ввода значения частоты следования кадров; блок ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блок ввода значения скорости работы передатчика; блок ввода значения скорости работы приемника; восемь блоков умножения; блок вычисления минимума; шесть блоков деления; два блока вычисления обратной величины; блок вычисления квадратного корня; блок округления до ближайшего целого вверх; блок округления до ближайшего целого вниз; пять блоков сложения; блок сравнения; блок инверсии; блок отображения результата с организацией связей между ними.
Каждый из этих блоков выполнен конструктивно в составе FPGA (Field-Programmable Gate Array, Программируемая Пользователем Вентильная Матрица, ППВМ). Как известно FPGA - это устройство, изначально содержащее в своем составе множество логических или арифметических блоков с возможностью гибкой коммутации, при этом изменение коммутации в соответствии с фигурой 3 приводит к формированию нового устройства, которое используется для достижения технического результата, который состоит в вычислении оптимального размера пакета для различных параметров используемого канала связи и передаваемого трафика цифрового сжатого потока изображений по критерию минимальной задержки воспроизведения при условии оптимального сглаживания без потерь.
Для конструктивного выполнения устройства вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь, используется FPGA Xilinx серий Kintex-7. Формирование заявленного устройства осуществляется с использованием среды проектирования Quartus II, где создается графическая схема устройства в полном соответствии с фигурой 3. При этом каждый из используемых в устройстве блоков реализуется соответственно делителем, умножителем, вычитателем, сумматором, компаратором, инвертором и т.д. Все входящие в состав заявленного устройства функциональные блоки имеют реализацию в среде Quartus II, в виде элементарных арифметико-логических устройств, которые размещаются при проектировании на рабочей форме с организацией связей между ними в соответствии с фигурой 3.
После прошивки FPGA Kintex-7 получается новое устройство, в котором, каждый из входящих в его состав блоков (фигура 3) выполнен конструктивно в составе вентильной матрицы.
Ввод исходных данных осуществляется посредством передачи сигнала соответствующего десятичному представлению значения входного параметра, а отображение результата работы устройства производится в десятичном формате на TFT дисплее, подключенном к плате Kintex-7.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU 2370907, 2004.
2. RU 2341903, 2004.
3. RU 202244 U1.2021.
4. Jean-Yves Le Boudec and Patrick Thiran. Network Calculus: A Theory of Deterministic Queuing Systems for the Internet. Online Version, December 13, 2019.
Авторы:
1. Профессор кафедры ВА РВСН им. Петра Великого Мартьянов Анатолий Николаевич, адрес: 105264, г. Москва, ул. Верхняя Первомайская, д. 6, к. 3, кв. 79.
2. Докторант ВА РВСН им. Петра Великого Белов Павел Юрьевич, адрес: 143900, г. Балашиха, мкр. Авиаторов, ул. Летная, д. 8/7, кв. 455.
3. Адъюнкт ВА РВСН им. Петра Великого Рыбас Сергей Сергеевич, адрес: 143913, г. Балашиха, мкр. Гагарина д. 31, кв. 311.
Claims (1)
- Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь, содержащее блок ввода значения размера служебной части пакета; блок ввода значения максимального размера сжатого кадра; блок ввода значения частоты следования кадров; блок ввода значения скорости работы устройства декомпрессии; блок ввода значения скорости работы передатчика; блок ввода значения скорости работы приемника; восемь блоков умножения; блок вычисления минимума; шесть блоков деления; два блока вычисления обратной величины; блок вычисления квадратного корня; блок округления до ближайшего целого вверх; блок округления до ближайшего целого вниз; пять блоков сложения; блок сравнения; блок инверсии; блок отображения результата, причем: выход 1 блока 1 ввода значения размера служебной части пакета, соединен с входом 1 блока 7 умножения, с входом 1 блока 22 умножения и с входом 2 блока 33 сложения; выход 1 блока 2 ввода значения максимального размера сжатого кадра, соединен с входом 2 блока 7 умножения, входом 1 блока 8 умножения, с входом 1 блока 10 деления и с входом 1 блока 25 деления; выход 1 блока 3 ввода частоты следования кадров, соединен с входом 2 блока 8 умножения; выход 1 блока 4 ввода значения скорости работы устройства декомпрессии, соединен с входом 2 блока 25 деления и с входом 2 блока 9 вычисления минимума; выход 1 блока 5 ввода значения скорости передатчика, соединен с входом 3 блока 9 вычисления минимума и с входом 1 блока 12 вычисления обратной величины; выход 1 блока 6 ввода значения скорости приемника, соединен с входом 4 блока 9 вычисления минимума и с входом 1 блока 11 вычисления обратной величины; выход 1 блока 7 умножения, соединен с входом 1 блока 13 деления и с входом 1 блока 16 деления; выход 1 блока 8 умножения, соединен с входом 1 блока 9 вычисления минимума; выход 1 блока 9 вычисления минимума, соединен с входом 2 блока 10 деления, с входом 2 блока 13 деления и с входом 2 блока 15 умножения; выход 1 блока 10 деления, соединен с входом 3 блока 26 сложения и с входом 2 блока 27 сложения; выход 1 блока 11 вычисления обратной величины, соединен с входом 1 блока 14 сложения; выход 1 блока 12 вычисления обратной величины, соединен с входом 2 блока 14 сложения; выход 1 блока 13 деления, соединен с входом 1 блока 19 деления и с входом 1 блока 21 деления; выход 1 блока 14 сложения, соединен с входом 1 блока 15 умножения, с входом 2 блока 24 умножения, с входом 2 блока 23 умножения и с входом 2 блока 22 умножения; выход 1 блока 15 умножения, соединен с входом 2 блока 16 деления; выход 1 блока 16 деления, соединен с входом 1 блока 17 вычисления квадратного корня; выход 1 блока 17 вычисления квадратного корня, соединен с входом 1 блока 20 округления вниз и с входом 1 блока 18 округления вверх; выход 1 блока 18 округления вверх, соединен с входом 2 блока 19 деления, с входом 1 блока 23 умножения и с входом 1 блока 29 умножения; выход 1 блока 19 деления, соединен с входом 5 блока 26 сложения; выход 1 блока 20 округления вниз, соединен с входом 2 блока 21 деления, с входом 1 блока 24 умножения и с входом 2 блока 31 умножения; выход 1 блока 21 деления, соединен с входом 4 блока 27 сложения; выход 1 блока 22 умножения, соединен с входом 2 блока 26 сложения и с входом 3 блока 27 сложения; выход 1 блока 23 умножения, соединен с входом 4 блока 26 сложения; выход 1 блока 24 умножения, соединен с входом 5 блока 27 сложения; выход 1 блока 25 деления, соединен с входом 1 блока 26 сложения и с входом 1 блока 27 сложения; выход 1 блока 26 сложения, соединен с входом 1 блока 28 сравнения; выход 1 блока 27 сложения, соединен с входом 2 блока 28 сравнения; выход 1 блока 28 сравнения, соединен с входом 2 блока 29 умножения и с входом 1 блока 30 инверсии; выход 1 блока 29 умножения, соединен с входом 2 блока 32 сложения; выход 1 блока 30 инверсии, соединен с входом 1 блока 31 умножения; выход 1 блока 31 умножения, соединен с входом 1 блока 32 сложения; выход 1 блока 32 сложения, соединен с входом 1 блока 33 сложения; выход 1 блока 33 сложения, соединен с входом 1 блока 34 отображения результата.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021109838U RU205444U1 (ru) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021109838U RU205444U1 (ru) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU205444U1 true RU205444U1 (ru) | 2021-07-14 |
Family
ID=77020144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021109838U RU205444U1 (ru) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU205444U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210691U1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-04-27 | Анатолий Николаевич Мартьянов | Устройство вычисления оптимальных параметров сглаживания фрактального трафика по критерию максимального соответствия средней скорости и наибольшему всплеску входного агрегированного потока при условии отсутствия потерь пакетов из-за переполнения буфера |
| RU218141U1 (ru) * | 2023-03-06 | 2023-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Экспертно-аналитический центр" | Устройство вычисления скорости работы модема с гарантией максимальной задержки для потока переменной битовой скорости |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7280562B2 (en) * | 2003-02-18 | 2007-10-09 | Qualcomm Incorporated | Variable packet lengths for high packet data rate communications |
| US7675901B2 (en) * | 2003-01-09 | 2010-03-09 | Thomson Licensing | Method and an apparatus for mapping an MPEG transport stream into IP packets for WLAN broadcast |
| RU2604416C2 (ru) * | 2011-09-26 | 2016-12-10 | Томсон Лайсенсинг | Способ управления полосой пропускания и соответсвующее устройство |
| US9584239B2 (en) * | 2003-12-30 | 2017-02-28 | Intel Corporation | Filling the space-time channels in SDMA |
| RU2677373C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2019-01-16 | Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Способ повышения качества передачи фрактального телекоммуникационного трафика |
| RU2680764C1 (ru) * | 2018-03-06 | 2019-02-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации | Способ, устройство и система для оптимизации транспортной сети связи |
| RU202244U1 (ru) * | 2020-09-22 | 2021-02-09 | Анатолий Николаевич Мартьянов | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума общего времени передачи сообщения |
-
2021
- 2021-04-09 RU RU2021109838U patent/RU205444U1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7675901B2 (en) * | 2003-01-09 | 2010-03-09 | Thomson Licensing | Method and an apparatus for mapping an MPEG transport stream into IP packets for WLAN broadcast |
| US7280562B2 (en) * | 2003-02-18 | 2007-10-09 | Qualcomm Incorporated | Variable packet lengths for high packet data rate communications |
| US9584239B2 (en) * | 2003-12-30 | 2017-02-28 | Intel Corporation | Filling the space-time channels in SDMA |
| RU2604416C2 (ru) * | 2011-09-26 | 2016-12-10 | Томсон Лайсенсинг | Способ управления полосой пропускания и соответсвующее устройство |
| RU2677373C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2019-01-16 | Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Способ повышения качества передачи фрактального телекоммуникационного трафика |
| RU2680764C1 (ru) * | 2018-03-06 | 2019-02-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации | Способ, устройство и система для оптимизации транспортной сети связи |
| RU202244U1 (ru) * | 2020-09-22 | 2021-02-09 | Анатолий Николаевич Мартьянов | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума общего времени передачи сообщения |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210691U1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-04-27 | Анатолий Николаевич Мартьянов | Устройство вычисления оптимальных параметров сглаживания фрактального трафика по критерию максимального соответствия средней скорости и наибольшему всплеску входного агрегированного потока при условии отсутствия потерь пакетов из-за переполнения буфера |
| RU218141U1 (ru) * | 2023-03-06 | 2023-05-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Экспертно-аналитический центр" | Устройство вычисления скорости работы модема с гарантией максимальной задержки для потока переменной битовой скорости |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100318976B1 (ko) | 네트워크를 통해 전송되는 저우선순위 비디오 프레임 패킷을 감소시키기 위한 속도 감쇠 시스템과 그 방법 | |
| RU202244U1 (ru) | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума общего времени передачи сообщения | |
| EP2254337A2 (en) | Adaptive bandwidth system and method for video transmission | |
| CN100473045C (zh) | 在一帧中传输多个分组 | |
| JP2008035543A5 (ru) | ||
| RU205444U1 (ru) | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума задержки воспроизведения цифровых сжатых изображений в условиях оптимального сглаживания без потерь | |
| WO2017214510A1 (en) | Transcoding using time stamps | |
| KR101921015B1 (ko) | 데이터 통신 시스템 내에서의 데이터 패킷들의 전달 방법 | |
| WO2023071605A1 (zh) | 投屏数据传输方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| US20120151537A1 (en) | Method and system for asynchronous and isochronous data transmission in a high speed video network | |
| KR20210112363A (ko) | 미디어 타이틀의 버퍼-제약 버전을 생성할 때의 인코딩 동작들의 최적화 | |
| CN103763633A (zh) | 基于OpenFlow的3D视频传输方法 | |
| CN113891132A (zh) | 一种音视频同步监控方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN108259993B (zh) | 基于网络组合视频流桌面上墙投大屏方法及其显示系统 | |
| CN113473185B (zh) | 基于视频流关键帧突发特性的可用带宽探测方法及装置 | |
| JP2004522325A (ja) | ネットワークへのデータ出力レートを制御するためのシステム | |
| JP5854247B2 (ja) | 画像情報伝送方法及びパケット通信システム | |
| RU205442U1 (ru) | Устройство минимизации очереди заявок в системах массового обслуживания с пульсирующим входным потоком | |
| Gobatto et al. | Improving content-aware video streaming in congested networks with in-network computing | |
| CN105323578B (zh) | 统计复用方法及装置 | |
| CN112995716B (zh) | 多速率网口分布式节点的混合组网系统及方法 | |
| RU210691U1 (ru) | Устройство вычисления оптимальных параметров сглаживания фрактального трафика по критерию максимального соответствия средней скорости и наибольшему всплеску входного агрегированного потока при условии отсутствия потерь пакетов из-за переполнения буфера | |
| RU203223U1 (ru) | Устройство вычисления оптимального размера пакета по критерию минимума разности задержки и времени передачи сообщения | |
| RU2764784C1 (ru) | Способ минимизации задержки при гарантированной передаче пакетированного сглаженного потока цифровых сжатых изображений | |
| Sentala et al. | Performance evaluation and compression of IP packets in a wireless local area network (WLAN) |