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浅论影音储存管理串流媒体技术
专为数位录影产品而设计

【作者: Hitachi GST】2007年07月24日 星期二

浏览人次:【3256】

最新的有线及卫星数位录影功能机上盒(STBs)可录电视节目,亦可从网页下载及串流数位媒体,让客户即使坐在家中亦可享用各种娱乐资讯。不过要同时录影及播放多个串流项目,就必须对硬碟机(HDD),以及大部分数位录影机使用的个人电脑档案系统有极高需求。


许多被广泛采用的档案系统,例如ext3及FAT32,都未继承分辨串流应用程式,例如播放电影,或最佳任务调度,例如检视照片的功能。在串流应用程式中,录影画面或音频资料都必须在可预测及不受阻的情况下传输至萤幕、硬碟机或喇叭。因此当传统档案系统应用于大量负载串流环境时,可能未必达到以时间为关键的串流工作的严格要求,因而未能带来稳定表现,导致画质下降、硬碟机负荷过重,操作温度上升及服务品质(Qos)降低。如情况持续,档案系统将逐渐老化,严重档案分裂的硬碟会导致性能慢性下降,有时甚至会出现硬碟机故障。许多一般由硬碟机引致的品质及可靠性问题,其实都可透过不同的串流档案管理方法来缓和。本文接着将介绍AVSM串流档案管理技术及其具备的优势。


串流档案管理之特色

提升机上盒(STB)/数位录影机(DVR)系统可靠性

  • 可缩短硬碟机工作周期及降低操作温度;


  • 能减低因硬碟错误而导致的资料系统损毁;


  • 能降低使用故障率及支援成本。



提升终端消费者检视经验

  • 提升服务质量至14 HD影像串流;


  • 高预知性的多房间共享型HD串流表现;


  • 消除档案系统分裂及相关表现下降问题。



简易整合以协助降低设计及生产成本

  • POSIX API连结影音串流的延展以简化整合串流及最佳应用程式的配置;


  • 支援多家厂商的硬碟机;


  • 弹性配合硬碟机性能的变化;


  • 最小的系统配置空间,无须配备额外硬体资源。



应用领域

  • 机上盒及含数位录影机的IP机上盒;


  • 含数位录影机的家庭媒体伺服器;


  • 多频道录影监视数位录影机。



《图一 AVSM应用区块图》
《图一 AVSM应用区块图》

改良可靠性及系统性能表现

AVSM技术子系统备有一个串流媒体档案系统,以及一个专为机上盒等数位录影应用程式中的硬碟管理而设的IO调节器,可处理串流及最佳档案操作,同时可提供良好的QoS服务及可预测性能表现,并不会随时间或使用量增加而影响表现。相较传统档案系统,AVSM技术可令硬碟机工作周期减少60%(接近3倍),同时改善硬碟机的可靠性及降低数位录影系统的故障率。


简而言之,AVSM技术可使硬碟机提供更优异表现,妥善处理多重HD串流,即使面对多房间共享型设定,亦可透过分辨时效性和最佳档案操作处理资料,并透过最佳化的任务调度来发挥硬碟机的最佳表现。进阶的限期调节演算系统可确保在不中断影音串流下能使串流工作在限期前完成,同时最佳任务调度能尽快获得处理。


《图二 相较FAT32文件系统在处理HDTV串流的情况下,AVSM技术可有效减少60%的工作周期》
《图二 相较FAT32文件系统在处理HDTV串流的情况下,AVSM技术可有效减少60%的工作周期》

应用可靠性

AVSM技术可透过降低工作周期,操作温度及档案系统故障,来增加系统可靠性及减低支援成本。


在串流影音系统下,常常要在硬碟机的工作周期及服务品质之间取得妥协,例如在低串流负载情况下,任何过多的硬碟机频宽,都可配合读取缓冲器(或空的录写缓冲器),或增加硬碟机闲置时间比率以改善服务品质。 AVSM技术可由系统设​​计的特定系统服务品质来使工作周期最佳化。而AVSM技术的IO调节器则可将硬碟机工作周期缩至最短,并符合服务品质的目的。此功能可稳定地降低硬碟机在低串流负载(最常见的操作模式)情况下的工作周期,从而改善硬碟机可靠性。


AVSM技术改良了后资料(metadata)及冗位的处理,可改善由硬体错误或间歇性问题,例如震动情况(数位录影机操作时受到震动),所导致的档案系统故障的稳定性,由此便可减低故障率及降低支援成本。


《图三 相较ext3文件系统,AVSM技术可有效降低操作温度。》
《图三 相较ext3文件系统,AVSM技术可有效降低操作温度。》

可预测服务品质(QoS)

AVSM软体技术可大幅改善及支援串流及最佳应用程式的可预测表现。


标准个人电脑档案系统的表现往往随时间增加而减低,尤其在硬碟机的容量将要用完时情况更甚。工作周期经常由于硬碟档案破碎分裂而增加,导致即使在低影音串流负载的情况下,硬碟机的故障率依然上升。 AVSM技术专为可以应付管理储存及存取数位媒体档案而设计。它可协助免除服因档案破碎相关的服务品质问题,让系统表现不会随时间而下降。


AVSM技术可协助数位录影机处理高达14项同步ATSC高画质电视串流,而不会引致服务品质下降。它更可从单一SD串流至多房间、多重串流,及高画质功能系统。


(表一) AVSM技术规格

系统频宽

在19.39Mbps速度下的ATSC HD串流

高达14读取单位
高达4录写+8读取单位
高达4录写+4读取单位连结高达15fps的FF & FR窍门模式

驱动器需求

硬碟机

ATA标准3.5英吋7200转速桌上型硬碟机

主机中央处理器

200 MHz MIPS中央处理器/1Ghz Intel中央处理器

记忆体

4 MB缓冲记忆体/每次串流

操作系统

Linux 2.6.12


简易设计及整合

AVSM技术可简易整合到现有的应用。在Linux VFS介面下运作,并配备一个可简易伸延至处理串流影音指令的标准POSIX API。


AVSM技术通讯运输混合器可确保为其他应用程式而设的影音串流及最佳表现输出的服务品质可正常运作,同时避免两者互相影响,即使原创设计已经完成,软体设计师仍然可轻易配置新的最佳应用程式,更毋须担心它们无意中影响限期驱动的串流运输。


指令反应时间及硬碟机表现可能因硬碟机的品牌或型号而异。 AVSM技术可适应每个硬碟机的表现及反应时间,以符合服务品质目标。


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