Попробуйте взять плату видеозахвата и поработать с библиотекой DirectShow. Там диспетчер памяти кадров работает автоматически. Да и оцифровка проходит сама собой.

Да похоже вы видите классическое качание регулятора. А посмотрите : нельзя ли по простому позиционный регулятор сделать.  Точнее трехпозиционный.  В числе непереотправленных кадров выбирается два значения.  Одно выше какого-то фиксированно заданного и второе меньше фиксированно заданного.  Для отправки используется три фиксированных скорости.  Они подобраны так что вторая равна среднему темпу поступления.  А первая и тратяя выбираются исходя из крайних значений скорости поступления. Если число поступивших и неотправленных кадров постепенно растет и превышает верхнюю уставку,  то скорость отправки скачкообразно переключается на большуу и остается там до тех пор , пока число непереотправленных кадров не будет меньше верхней уставки минус выбранный гистерезис.  Тогда скорость переотправки станет равной второй.  В том случае если число непереотправленных кадров уменьшается и становится меньше нижней уставки - скорость переотправки уменьшится  до миниммальной величины и останется такой пока число непереотправленных кадров не станет более нижней уставки плюс гистерезис.  Конечно размер очереди будет колебаться.

Если вы хотите Организовать управление по Пропорционально Интегральному закону, то сначала попределитесь что будет являться регулируемым параметром а что управляющим.  Мне кажется что регулируемым параметром будет какое то число неппереотправленных кадров.  Вы выбираете это число и оно будет уставкой регулятора.  Регулятор будет стремиться поддержать это число неизменным.  А управлять регулятор будет через время переотправки.

Регулятор надо настроить правильно иначе он будет или заметно качаться или убегать в насыщени или туду или туда.

В вашем случает можно определить коэффициент пропорциональности и коэффициент в интегральном слагаемом размышляя. На практике отключите интегральное слагаемое и проведите серию экспериментов меняя последовательно коэффициент пропрциональности и определите ту группу значений когда качание имеет не очень большую амплитуду .  Вот тогда можно подключать интегральное слагаемое и тоже ставить серию экспериментов меняя киэффициент в иетегральном слагаемом.  Скорее всего вам удастся снизить размах колебания размеров очереди раз в 8 по сравнению с двухпозиционным регулированием . Но это будет в установившемся режиме.  При выходе на режим  надо будет просто при малой очереди жестко задавать такую скорость переотправки при которой очередь растет. Вы в выгодном положении - в тепловых процессах особо не поэкспериментируешь - вседлиться часами , а у вас долями секунд так что тут экспериментами по подбору коэффициентов вы добъетесь лучших результатов чем по импирическим методикам настройки регуляторов.  

Можно попробовать в зависимости от усредненной скорости поступления кадров переключать коэффициент в интегральном слагаемом.  Это надо с гистерезисами делать.  И пороги переключения подальше друг от друга сделать - а то может получиться что в рабочем режиме будем напарываться на границу переключения - вполне возможно раскачается регулятор еще сильнее. Это надо аккуратно делать - так чтобы менялась скорость списания или прибавления интеграла а в самом интеграле скачка в момент переключения не было. 

Переключать коэффициент в пропорциональном слагаемом не получится - будет щелчек в выходном значении.

Тут возможно и отследим изменение объекта.  А так человечество борется борется линеаризовать объект регулирования.  Когда мы это делаем - появляеся соблазн его погнуть и попереключать уже по нашему.

Типичнейший случай  астатического объекта регулирования :)

Есть бочка(буфер), в которую неравномерным потоком наливается вода (поток информации). И есть регулирующий орган, изменяющий скорость переотправки этой информации (скорость величина обратная времени ;))

Если основным критерием качества работы регулятора является равномерность потока отправки (тоесть постоянство скорости), значит самым подходящим типом регулятора будет П (пропорциональный), возможно (в самом крайнем случае) с небольшой интегральной составляющей.

Об этом свидетельствует вся теория и практика регулирования уровней в бочках, начиная с самого первого регулятора уровня в паровом котле.

Обратите внимание, что физический смысл имеет не время между отправками пакетов, а скорость отправки пакетов, т.е. обратная величина. Тогда всё совпадает с бочками!

Два соображения. Если у вас следящая система, то это её жизнь - следить за медленными перемещениями. Считаем, что система "не знает", эти перемещения носят периодический характер или нет.

Если же вы хотите подавить какую-нибудь частоту (например, часто в электронные устройства проникает 50 ГЦ помеха от сети и её давят) или полосу частот, то применяйте цифровые фильтры.