流媒体性能参数测试与分析

目前，现有网上的流媒体业务大都采用CDN网络架构以提高质量，但随着流媒体点播用户数量的迅猛增长，用户端在使用流媒体服务时，尤其是在忙时段，黑屏、马赛克、图像停格、缓冲等现象仍然时有发生，大大影响了流媒体的服务质量。

本文从客户端、服务器以及网络参数等方面对流媒体系统进行了实验室测试和探索，以对现有网络开展流媒体业务提供技术参考。

一、流媒体简介

流媒体即Streaming Media，是指视频、声音和数据以实时传输协议作为连续实时流从源端同时向目的地传输，在目的地接收到一定缓存数据后就可以立即播放出来的多媒体应用。

流媒体有以下特点：

1． 体在分组网络上传输，传输和播放可以同时进行，所以“流媒体”又叫做Continuous Media；

2． 于时间的，在同步、最小延时、等时性方面有严格要求，所以又叫做Time-based Media；

3． 对于网络和处理器资源有伸缩性：编码分层、平滑降速等；

所以流媒体系统对用户的客户端系统、传输网络和服务器均提出了较高要求，本文即从这三个角度对流媒体业务做一些测试。

二、测试环境和内容

实验室流媒体系统由服务器、网络（交换机）和客户端三部分组成，本文中采用了微软Media Server作为流媒体服务器，整个测试环境配置如下所示：

1.流媒体服务器，配置是

l 处理器：2*XEON 1.8G ，512K二级缓存；

l 内存： 256M*8DDR，266MHz；

l 磁盘：10000转 SCSI；36G*9 做RAID0l

网络：外插INTEL PRO1000千兆网卡

2.网络损伤仪：

IPWAVE，

两块网卡，

机器配置是PIII1.6GHz的CPU，

256M内存、16M显存，

系统是Win98。

3.挂接在损伤仪上的客户端2；直接挂接在交换机上的客户端1、3、4；

4.测试内容

(1)机器配置测试：网络损伤仪不开启，更换客户端1、3、4机器，查看所有客户端点播是否正常，并记录相应的点播效果、点播数据统计数据。

(2)服务器压力测试：网络损伤仪不开启，增加高性能客户端，启动模拟客户端测试软件测试服务器，并记录相应的点播效果、点播数据统计数据。

(3)流媒体网络参数测试：网络损伤仪开启后，设置不同损伤方式，查看所有客户端点播是否正常，并记录相应的点播效果、点播数据统计数据。

四、测试结果

1.机器配置测试结果经过测试，我们发现同样的片源、同样的网络效果，不同性能的机器点播效果有所不同，根据表1中对750K片源（448*336,25帧）的测试结果，我们得出机器的最低配置为：CPU: PII233, 内存：32M,操作系统:WIN98,WINME,WIN2K。

另外，我们发现在客户端配置比较高的情况下，正常屏幕和全屏的图像质量差别不大，但是在其机器配置不高的情况下，全屏的图像质量会出现图像不流畅但声音流畅的现象。而笔记本电脑的处理能力和图

像解析能力较弱，不适合做测试终端。

表1 机器配置测试表格机器配置 操作系统 WIN98 WINMECPU: P166, 内存：32M Media payer7.1, IE5.0,显示为800*600,16位，显卡：S3 64V2/2M 有停顿 稍有停顿，可接受CPU: PII233, 内存：32M Media payer7.1,IE5.0,显示为800*600,24位，显卡：SIS6326 4M 流畅 流畅CPU:PII400, 内存：32MMedia payer7.1,IE5.0,显示为800*600,24位，显卡：SIS6326 4M 流畅 流畅注：配置较低的客户端自动会选择TCP连接，配置较高的客户端自动会选择UDP的连接。

2.服务器端压力测试服务器测试需要具有相当数量的客户端对测试服务器施加压力，才能获得服务器的实际性能，因此以下是我们参照了一些服务器测试报告中测试结果和测试资料得到的结论，以供参考。

服务器压力测试的目标是测试服务器在大并发流情况下的性能状况。为了使有限的物理客户端能支持更多的并发流，测试程序采用WINDOWS Media Load Simulator来模拟客户端，只是从服务器收数据而不播放，这样在测试时，每台机器都是连上40-50模拟测试程序客户端后，再用真实的播放器检察播放效果。在服务器高负荷情况下有图像出现马赛克、影像的重叠、播放不连续、黑屏（即不能连接上服务器）等现象。

根据服务器压力测试数据，得出以下结论。

(1)磁盘子系统瓶颈就服务器的配置，可以负载495个300Kps的用户并发访问不同的文件。此时设定内存每次从磁盘读取256K的数据。可以负载430个300Kps的用户并发访问不同的文件。此时设定内存每次从磁盘读取512K的数据，此时因为内存与磁盘之间进行频繁的数据交换，使磁盘子系统成为系统瓶颈。结论：内存每次从磁盘读取数据的大小（256K\512K\1M）与要传输的数据大小（300K）越接近越好，这样不仅可以节约内存值，也可以减轻磁盘的负载。

(2)内存瓶颈就服务器的配置，可以负载350个534Kps的并发用户访问不同的文件，此时设定内存每次从磁盘读取512K的数据，图像依然保持连续，服务器资源中内存被消耗光，成为系统瓶颈。当用户数为354时，图像开始不连续。

(3)网卡瓶颈当将网卡换成100M网卡时，发现服务器网络带宽长期保存在85%~90%时，流媒体会产生丢帧和缓冲的现象；

(4)处理器CPU瓶颈在本服务器的情况下，当处理器占用70%以上时图像仍然连续播放，没有影响。但现网上CDN平台采用的是Cache设备，其CPU处理能力仍然可能成为瓶颈。

3.流媒体网络QoS参数测试

经测试发现网络丢包率和时延与片源的码率有密切关系，不同码率的片源出现的现象是不同的，所以我们分低速率和高速率的片源分别做一描述；另外，设置网络抖动的参数后，视频点播软件的统计数据会显示出丢包率的上升。客户端设置的缓冲区（Buffer）也会对测试结果产生影响，一般的，客户端设置5～15秒的Buffer以起到减轻抖动的影响、通过重传进行错误恢复、容错以及对吞吐量发生波动时起平滑的作用等等，但是设置缓冲区也增加了初始延迟。

表2 丢包率测试表格丢包率\现象 低码率的场景、电影和球赛的片源 高码率的场景、电影和球赛的片源丢包率为10%时的现象 声音的停顿、图像的停格、马塞克：点播1M以下的片源可以播放，但出现了图像停止，声音流畅的现象；其中对400M-350M-160M智能流的点播也出现声音的停顿、图像的停格，马塞克等现象。

另外一点，当把缓冲加到60S时，效果有所改观，但仍不理想。 “缓冲”：点播1.2M、1.5M、2M的片源均无法播放，服务器已经连接，但一直停留在“缓冲”状态；图像声音不流畅；丢包率为5%时的现象 偶尔有瞬间的停顿：点播400k-350k-160k智能流、700k-350k智能流、350K视频片源的点播效果比较好，只是偶尔有瞬间的停顿现象，声音一直很流畅，整体效果可以接受； 马塞克、停顿、声音时断：700K、750K以及1M以上的片源均出现马塞克、停顿、声音时断等现象，点播效果不可接受。丢包率为3%时的现象 效果很好：点播400k-350k-160k智能流、700k-350k智能流、350K、700K、750K视频片源的点播效果比较好； 可以接受：1.2M、1.5M及2M的视频片源均出现不同程度的马塞克、停顿、声音时断等现象，点播效果可以接受丢包率为1%时的现象 网络损伤仪设置的丢包率为1%的时侯，2M及以下所有片源的点播效果都很好。

结论：l 10％的网络丢包率对VOD来讲是不可接受的；l 网络丢包率在5％时，较适合点播500K以下的片源；l 网络的丢包率在3％时，较适合点播1M以下的片源；l 网络的整体丢包率在1%以下时，点播2M以内的片源没有任何问题。总体来说，流媒体可以接受的网络的丢包率为1%~3％。

表3 时延测试表格时延\现象 低码率的场景、电影和球赛的片源 高码率的场景、电影和球赛的片源500ms 缓冲、图像声音不流畅：点播300k的片源出现了图像不流畅，声音流畅的现象；其中对700k的片源出现了缓冲、图像声音均不流畅的现象 “缓冲”：点播1.2M、1.5M、2M的片源均无法播放，服务器已经连接，但一直停留在“缓冲”状态；图像声音静止等现象；50ms 效果很好：点播300k、350K视频片源的点播效果比较好，图像声音流畅； 缓冲、图像不流畅：点播700k视频片源的点播出现了图像停顿、声音流畅的现象；点播1M视频片源的点播效果很好；点播1.5M视频片源的点播出现了缓冲、图像停顿但声音流畅的现象，但可以接受。10ms 网络时延<50ms的时侯，2M及以下所有片源的点播效果都很好。

结论：l 流媒体应用是非交互式的，对实时性的要求不是很高，可以通过在客户端软件设置1S甚至更长的缓存空间来降低对时延的敏感度，一定程度的时间延迟是可以接受的，用户也不会有明显的感觉。

l 随着网络时延的不断增大，首先影响的是高码率的流媒体；

l 本文中的流媒体是选用微软media server，其他厂家的产品如real 对时延的敏感更低，500ms内几乎没有影响；只是当延时超过100ms时，点播速度会稍慢一些；

l 总体来说，流媒体可以接受的网络的时延为50ms~100ms。

四、结论

根据已有的一些调研和测试，对一些常见故障的原因分析总结如下：

1.黑屏现象的原因分析，黑屏现象：即播放器连接上服务器后，经过缓冲阶段进入“准备就绪”状态后停止，播放器出现了黑屏。可能的原因：

(1)服务器处于高负荷状态，使用户连接不上服务器：可能的服务器高负荷瓶颈可参考服务器压力测试。

(2)多个服务器间的流量瓶颈：如当采用CDN平台时，Cache设备到片源点之间网络带宽瓶颈。

(3)点播的PC机没有安装高版本的DirectX，一般需要8.0以上版本。

(4)客户端的PC机显卡性能较低，点播1M以上高质量片源时显卡处理不过来。

2.马塞克现象的原因分析

(1)流媒体点播端到端的丢包率超过了一定限度。例如端到端的丢包率超过3％时，点播所有的流媒体都会出现不同程度的马塞克。

(2)流媒体服务器负载过大，无法正常、流畅的发送数据流（服务器压力测试）；

(3)客户端的PC机显卡性能较低，点播1M以上高质量片源或者有激烈运动、搏斗场景时显卡处理不过来。而点播1M以下和场面较为舒缓的片源，质量会有明显的改善。

(4)流媒体片源压缩时已经产生的问题，压缩后供点播的片源本身就有马塞克，这会导致所有的点播都出现马塞克现象。

3.停格和跳帧现象的原因分析

(1)网络拥塞，网络带宽或网络QoS质量在一定的时间内不能很好的保证，导致画面停顿，有时只能听到比较流畅的声音，有时连声音也停住；

(2)流媒体服务器负载过大，无法正常、流畅的发送数据流；

(3)客户端的PC机显卡性能较低，片源中有激烈运动、搏斗场景时显卡处理不过来；

(4)微软media server由于使用了B Frame 和智能流技术，在客户端播放器上出现明显的跳帧和不连续；

4.缓冲现象的原因分析网络丢包率达到了10%或时延超过500ms，流媒体点播的网络QoS质量在一定的时间内不能保证，导致播放器一直处于与服务器连接的缓冲状态.

 

第二篇：汽车点火线圈测试条件及性能参数的物理意义分析

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汽车点火线圈测试条件及性能参数的物理意义分析

目前，在汽车点火线圈的测试标准及测试方法中，对测试条件及需要测量的性能参数的实际物理

意义尚没有完整而详细的论述。针对这种状况，本文基于点火线圈实际工作过程，通过分析点火线圈的性能参数与测试条件的实际物理意义及其影响因素，为制定合适的测试方法提供了理论指导。

哈尔滨工业大学自动化测试与控制系 安 权 王启松 赵永平 李木天

随着汽车电子点火系统的产生和普遍应用，对作为重要部件的电感储能式点火线圈的性能及其测试方法提出了更高的要求，ISO国际标准化组织也制定了新的标准进行测试，同时基于新的标准也提出了各种新的测试方法。但是，对于所需的测试条件及所测的性能参数的实际物理意义却没有详细而完整的分析。实际上，点火线圈需要测量的性能参数及其测试条件都有着实际的物理意义，与发动机的实际工作状况有着很密切的联系。

点火线圈基于电磁感应原理工作，在单个点火周期内其工作过程可分为3个阶段：达林顿管导通，初级电流按照指数规律增长，磁路中产生一个很强的磁场；达林顿管截止，磁场迅速衰减，次级绕组产生高压；次级电压击穿火花塞，点燃燃烧室内油气混合物。

2 测试条件物理意义

在对点火线圈的性能参数进行测试时，必须对其提供一定的测试条件，包括点火电源电压、点火信号和测试负载。这些测试条件都是用来模拟汽车实际工作过程中的具体情况，具有实际的物理意义。2.1 点火电源电压

点火电源电压用来模拟汽车用电源，包括蓄电池、交流发电机及其调节器。两者并联工作，发电机是主电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器，

其主要作用是在发电机转速增高时，自动调节发电机的电压使之保持稳定。汽油机普遍采用12 V电系，在发动机起动时，蓄电池向起动机和点火系统供电；在发动机怠速运转时，发电机向除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。在点火线圈性能参数的测试中，所提供的电源电压分别为6 V、14 V、20 V，其物理意义

1 点火线圈工作过程

在汽车发动机点火系统中，点火线圈是点燃发动机气缸内空气和燃油混合物从而提供点火能量的执行部件。本文以RUV4点火线圈为例介绍其工作过程，其结构如图1。

图1 电子点火系统结构分别如下。

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（1）6 V是一种极限情况，适用于发动机冷起动状况。发动机起动时，蓄电池向点火系统供电。在寒冷天，由于润滑油粘度增高，曲轴转动阻力增大，加上蓄电池在低温时电解液粘度增加，引起内电阻增大，造成蓄电池端电压下降，使起动机的输出功率减小，火花塞跳火能量变弱，再加上进气管和气缸等温度下降，所以燃油气化不良，发动机起动困难。

（2）14 V适用于发动机正常工作状况。在发动机怠速运转时，交流发电机向点火系统供电。当发动机转速及负载在很大范围内变化时，均可引起发电机的输出电压发生较大变化，因而不能满足用电设备的工作要求。基于上述原因，为了保证用电设备正常工作，防止蓄电池过充电，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压保持稳定。电压调节器将交流发电机输出电压固定在某一值附近，对于12 V电系，该电压值为13.5~14.8 V。

（3）20 V是极限电压。蓄电池相当于一个容量很大的电容器，在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电网电压的相对稳定，同时，还可以吸收电网中随时出现的瞬时过电压，以保护用电设备尤其是电子元器件不被损坏。但当调节器失调或因故障（如触点粘结或电子调节器中功率三极管击穿）而使发电机磁场电流失控时，即使接有蓄电池，端电压也会升至17 V以上，又如蓄电池因某种原因而脱开时，端电压还将更高甚至达到80~100 V以上。这将造成全车用电设备大量损坏，蓄电池也将因过充电而过早报废。因此，必须设置保护装置以避免这种现象的发生。2.2 点火信号

点火信号由点火信号发生器在发动机工作时产生，其频率和占空比可以确定达林顿管的导通和截止时间。达林顿管的导通时间决定初级线圈的电流，从而决定点火能量的大小。为保证火花塞在恰当的时刻点火，点火信号与活塞在气缸中所处的位置、凸轮轴位置等信息密切相关。2.3 测试负载

测试负载主要包括标准负载（1 MΩ/50 pF并联

负载，100 kΩ/50 pF并联负载，50 pF电容负载等）和齐纳二极管放电负载。

高压负载电阻是模拟使用中火花塞不同程度的积碳、积铅等污染情况而设置的。发动机工作时，若润滑油过多，在火花塞绝缘体上会造成积碳，碳层是具有一定电阻的导体，因此相当于在火花塞电极间并联了一个分路电阻，使次级电路形成闭合回路。当达林顿管截止、次级电压增长时，在次级电路内会产生泄漏电流，消耗了一部分电磁能，从而使次级电压最大值降低。当积碳严重时，由于泄漏严重，会使次级电压最大值低于火花塞跳火电压，迫使发动机停止工作。

测试负载总电容是模拟点火系在汽车发动机上工作时(实际使用) 所用电缆和火花塞等电容(包括分布电容) 总和。

在负载为模拟负载的情况下，如果点火能量一定，对点火线圈来说，次级电压最大值越高，火花持续时间越短，因此将使用模拟负载时所测得的火花持续时间作为检验参数标准无实际意义。由于每个产品的次级电压最大值不同，要建立产品在该参数上的检验标准，使测得的火花持续时间具有可比性，就必须将次级电压钳位在一定的值。因此在测量点火线圈火花持续时间时，不能像次级电压常规测量那样使用同样的标准模拟负载，而应该使用专用的钳位负载（齐纳二极管放电负载）。

3 性能参数物理意义

点火系统在各种工况和使用条件下，能够在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使汽油发动机实现做功。为了实现此点火特性，点火系统应满足如下基本要求：能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压、电火花应具有足够的点火能量以及点火时刻应与发动机的工作状况相适应。

因此，需要测量的性能参数主要有初级断电电流、初级线圈电流上升时间、次级线圈电压最大值、次级线圈电压上升率、霍尔延迟时间、点火持续时

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间、点火电流和点火能量。其物理意义分析如下。3.1 初级线圈电流

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图2看出，如果闭合角保持不变，则低转速时初级电路接通时间较长，高转速时初级电路接通时间较短，导通时间tb与分电器转速成反比。而在电源电压一定时，由于初级电流从0上升到限流值的时间t1是个定值，它不随转速变化，因而必然形成低转速时限流时间t2长，高转速时t2短，甚至在高转速时达不到限流值会出现断火现象。

为了保证点火系有足够的点火能量和次级电压，若满足高转速时初级电流能上升到限流值并能稳定一定时间，则会出现低转速时限流时间t2过长的现象，将使点火线圈迅速发热，同时由于限流期间点火电子组件大功率达林顿管在未饱和区工作，承受着较高的管压降，将产生较大的功率损耗，使限流期间大功率达林顿管发热量很大，造成点火电子组件加速损坏并浪费电能，为此必须设置闭合角控制电路。

闭合角控制实质上是导通时间(初级电路接通时间)的控制，控制其导通时间在一定范围内基本保持不变，以确保高转速时有足够的能量和次级电压，不致发生断火，又能防止低转速时点火线圈和点火电子组件达林顿管过热而损坏。3.2 次级线圈电压

作用在火花塞间隙的电压（即次级线圈电压）只有达到一定值时，才能击穿火花塞两电极间隙而点火，从而使发动机在各种工况下均能可靠地点火。一

般而言，次级电压的最大值与初级断电电流成正比，且当蓄电池电压和点火线圈一定时，又与达林顿管的导通时间有关。

次级电压的最大值将随发动机转速的升高而降低。这是因为初级电流是按指数规律增长的，当转速升高时，由于达林顿管导通时间缩短，初级电流来不及上升到较大数值，而使初级断电电流减小，次级电压最大值降低。图3为次级线圈最大电压随发动机转速而改变的曲线图。

次级电压随转速升高而降低的现象，

初级断电电流与次级电压峰值成正比关系，它表征了线圈的储能能力。而初级线圈电流的上升时间，则表征了线圈充电速度的快慢。为了增大初级电流值，保证发动机在任何工况下都能实现稳定的高能点火，专用点火线圈初级绕组电阻值较小，一般多为0.65 Ω。

初级绕组持续通过大电流，如不适当加以控制，特别是在低转速时长时间通过大电流，不但浪费电能，更重要的是会使点火线圈以及点火电子组件过热而烧坏，为此在点火电子组件内设置点火线圈限流控制保护电路，其目的是将初级电流限制在某一值并保持恒定不变。

初级绕组的限流值也称为峰值电流。在满足发动机使用要求的前提下，保持峰值电流不变，即可保持次级电压和点火能量恒定不变，这是一种比较理想的工作状况。限流值大小的确定应以满足发动机的使用要求为前提，不能太大，也不能太小。过小达不到高能点火的目的，过大会增加点火线圈的功耗，浪费电能。通常取6~8 A，桑塔纳轿车取7.5 A。

在电子点火系统中，闭合角是指点火电子组件末级大功率开关管导通期间分电器轴转过的角度。图2为装与未装闭合角控制电路时的初级电流波形图。由

图2 装与未装闭合角控制电路时的初级电流波形图

是发动机高速时容易断火的原因。如果在

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图3中做一条相当于发动机最不利情况下所需击穿电压的水平虚线，则此水平虚线与特性曲线的交点即为发动机的极限转速，超过此转速将不能保证可靠点火。

到点火时刻。

电子点火模块传输延迟时间一般为十几微秒至几十微秒之间。当发动机在低转速时，由于发动机频率低，点火周期时间长，使得模块的传输延迟时间对点火时间精度影响不大。但随着发动机转速增加，点火周期缩短，又使得模块的传输延迟时间对点火时间精度影响较大，表现为点火滞后。例如，六缸发动机分火角为60°，当点火频率为20 Hz时，点火周期为50 ms对应的角度为60°，每度对应的时间为830 μs，若模块传输滞后假定为40 μs，则由于模块传输延迟而引起的附加点火滞后仅为0.048°，可忽略不计。但当点火频率为200 Hz时，点火周期为5 ms，每度对应的时间为83 μs，由模块传输延迟而引起的附加

图3 次级线圈最大电压随发动机转速改变的曲线图

点火滞后为0.5°，其影响不可忽略。这就要求模块本身的传输延迟时间尽量短，应提高模块的开关速度，同时还要求模块传输延迟时间一致性要好，否则会影响其与分电器配合后离心提前特性的精度。3.5 点火能量

点火能量指发动机火花塞电极之间高压放电的能量，是系统次级高压放电时作用在火花塞电极之间随时间变化的电压与电流的乘积对时间的积分。点火能量是发动机对点火系统性能要求的一个重要指标，点火系统必须保证提供给发动机足够的能量以点燃不同工况下发动机燃烧室内的可燃混合气。点火能量过低，发动机的功率、扭矩下降，油耗上升，排放变坏；点火能量过高会产生不必要的能量浪费，同时降低点火系统的寿命。

火花能量值是火花电压值与火花电流值的乘积在火花持续时间内的积分，由此可知火花电压、火花电流以及火花持续时间是计算火花能量时必要的参数。在测试点火能量时，应采用齐纳二极管作为钳位负载。

火花持续时间测试结果在一定的范围内表明了在临界燃油条件下的火花点火能力，还可以表明火花塞电极将被电腐蚀的程度。

另外，火花塞积碳会在次级电路内产生泄漏电流，消耗了一部分电磁能，从而使次级电压最大值降低；次级电压的最大值会随着初级电容和次级电容的增大而减小；使用中当点火线圈过热时，由于初级绕组的电阻增大，使初级断电电流减小，也会使次级电压降低。

3.3 次级线圈电压上升率

次级电压的上升时间对火花塞的能量泄漏有很大的影响。次级电压上升时间越短，则火花塞积碳引起能量的泄漏越少，损失越小，用于点火的能量就越多，故对点火系点火性能的影响越小。次级电压上升率受初级电流断开速度、初次级线圈匝数比以及次级线圈的电感和电容值的影响。点火线圈耦合系数在简化等效电路及据此得出的表达式中，被假定为1，即在无损耗情况下得出。但事实上，耦合系数远小于1，因此如能设法提高转换效率，无疑会使次级电压上升速度提高。3.4 霍尔延迟时间

霍尔延迟时间是点火模块的性能指标，对点火时间精度有影响。如果要想使发动机获得最佳的动力性和经济性等性能，点火时刻至关重要，需要点火正时，达到最佳点火提前角。而霍尔延迟时间将会影响

基金项目：黑龙江省自然科学基金支持项目，基金编号F200813。