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淺論影音儲存管理串流媒體技術
專為數位錄影產品而設計

【作者: Hitachi GST】   2007年07月24日 星期二

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最新的有線及衛星數位錄影功能機上盒(STBs)可錄電視節目,亦可從網頁下載及串流數位媒體,讓客戶即使坐在家中亦可享用各種娛樂資訊。不過要同時錄影及播放多個串流項目,就必須對硬碟機(HDD),以及大部分數位錄影機使用的個人電腦檔案系統有極高需求。


許多被廣泛採用的檔案系統,例如ext3及FAT32,都未繼承分辨串流應用程式,例如播放電影,或最佳任務調度,例如檢視照片的功能。在串流應用程式中,錄影畫面或音頻資料都必須在可預測及不受阻的情況下傳輸至螢幕、硬碟機或喇叭。因此當傳統檔案系統應用於大量負載串流環境時,可能未必達到以時間為關鍵的串流工作的嚴格要求,因而未能帶來穩定表現,導致畫質下降、硬碟機負荷過重,操作溫度上升及服務品質(Qos)降低。如情況持續,檔案系統將逐漸老化,嚴重檔案分裂的硬碟會導致性能慢性下降,有時甚至會出現硬碟機故障。許多一般由硬碟機引致的品質及可靠性問題,其實都可透過不同的串流檔案管理方法來緩和。本文接著將介紹AVSM串流檔案管理技術及其具備的優勢。


串流檔案管理之特色

提升機上盒(STB)/數位錄影機(DVR)系統可靠性

  • 可縮短硬碟機工作週期及降低操作溫度;


  • 能減低因硬碟錯誤而導致的資料系統損毀;


  • 能降低使用故障率及支援成本。



提升終端消費者檢視經驗

  • 提升服務質量至14 HD影像串流;


  • 高預知性的多房間共享型HD串流表現;


  • 消除檔案系統分裂及相關表現下降問題。



簡易整合以協助降低設計及生產成本

  • POSIX API連結影音串流的延展以簡化整合串流及最佳應用程式的配置;


  • 支援多家廠商的硬碟機;


  • 彈性配合硬碟機性能的變化;


  • 最小的系統配置空間,毋須配備額外硬體資源。



應用領域

  • 機上盒及含數位錄影機的IP機上盒;


  • 含數位錄影機的家庭媒體伺服器;


  • 多頻道錄影監視數位錄影機。



《圖一 AVSM應用區塊圖》
《圖一 AVSM應用區塊圖》

改良可靠性及系統性能表現

AVSM技術子系統備有一個串流媒體檔案系統,以及一個專為機上盒等數位錄影應用程式中的硬碟管理而設的IO調節器,可處理串流及最佳檔案操作,同時可提供良好的QoS服務及可預測性能表現,並不會隨時間或使用量增加而影響表現。相較傳統檔案系統,AVSM技術可令硬碟機工作週期減少60%(接近3倍),同時改善硬碟機的可靠性及降低數位錄影系統的故障率。


簡而言之,AVSM技術可使硬碟機提供更優異表現,妥善處理多重HD串流,即使面對多房間共享型設定,亦可透過分辨時效性和最佳檔案操作處理資料,並透過最佳化的任務調度來發揮硬碟機的最佳表現。進階的限期調節演算系統可確保在不中斷影音串流下能使串流工作在限期前完成,同時最佳任務調度能盡快獲得處理。


《圖二 相較FAT32檔案系統在處理HDTV串流的情況下,AVSM技術可有效減少60%的工作週期》
《圖二 相較FAT32檔案系統在處理HDTV串流的情況下,AVSM技術可有效減少60%的工作週期》

應用可靠性

AVSM技術可透過降低工作週期,操作溫度及檔案系統故障,來增加系統可靠性及減低支援成本。


在串流影音系統下,常常要在硬碟機的工作週期及服務品質之間取得妥協,例如在低串流負載情況下,任何過多的硬碟機頻寬,都可配合讀取緩衝器(或空的錄寫緩衝器),或增加硬碟機閒置時間比率以改善服務品質。AVSM技術可由系統設計的特定系統服務品質來使工作週期最佳化。而AVSM技術的IO調節器則可將硬碟機工作週期縮至最短,並符合服務品質的目的。此功能可穩定地降低硬碟機在低串流負載(最常見的操作模式)情況下的工作週期,從而改善硬碟機可靠性。


AVSM技術改良了後資料(metadata)及冗位的處理,可改善由硬體錯誤或間歇性問題,例如震動情況(數位錄影機操作時受到震動),所導致的檔案系統故障的穩定性,由此便可減低故障率及降低支援成本。


《圖三 相較ext3檔案系統,AVSM技術可有效降低操作溫度。》
《圖三 相較ext3檔案系統,AVSM技術可有效降低操作溫度。》

可預測服務品質(QoS)

AVSM軟體技術可大幅改善及支援串流及最佳應用程式的可預測表現。


標準個人電腦檔案系統的表現往往隨時間增加而減低,尤其在硬碟機的容量將要用完時情況更甚。工作週期經常由於硬碟檔案破碎分裂而增加,導致即使在低影音串流負載的情況下,硬碟機的故障率依然上升。AVSM技術專為可以應付管理儲存及存取數位媒體檔案而設計。它可協助免除服因檔案破碎相關的服務品質問題,讓系統表現不會隨時間而下降。


AVSM技術可協助數位錄影機處理高達14項同步ATSC高畫質電視串流,而不會引致服務品質下降。它更可從單一SD串流至多房間、多重串流,及高畫質功能系統。


(表一) AVSM技術規格

系統頻寬

在19.39Mbps速度下的ATSC HD串流

高達14讀取單位
高達4錄寫+8讀取單位
高達4錄寫+4讀取單位連結高達15fps的FF & FR竅門模式

驅動器需求

硬碟機

ATA標準3.5英吋7200轉速桌上型硬碟機

主機中央處理器

200 MHz MIPS中央處理器/1Ghz Intel中央處理器

記憶體

4 MB緩衝記憶體/每次串流

操作系統

Linux 2.6.12


簡易設計及整合

AVSM技術可簡易整合到現有的應用。在Linux VFS介面下運作,並配備一個可簡易伸延至處理串流影音指令的標準POSIX API。


AVSM技術通訊運輸混合器可確保為其他應用程式而設的影音串流及最佳表現輸出的服務品質可正常運作,同時避免兩者互相影響,即使原創設計已經完成,軟體設計師仍然可輕易配置新的最佳應用程式,更毋須擔心它們無意中影響限期驅動的串流運輸。


指令反應時間及硬碟機表現可能因硬碟機的品牌或型號而異。AVSM技術可適應每個硬碟機的表現及反應時間,以符合服務品質目標。


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