CN100449535C - 利用文件分段来保存关键数据的完整性的视频和音频记录 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种在将关键数据写入一个存储媒体(图1A，32)时使此数据丢失最小化的方法和系统。将关键数字数据以小块或小段的方式写入一个数字存储媒体(图1A，20)。当此段转移到存储媒体时，更新文件分配表格并关闭文件(图1A，24)。通过将文件分段，为较小文件段降低了因系统故障或功率损失所引起的关键数据丢失量。在回放期间动态组合文件段，从而允许以连续方式回放数字数据。
Description
计算机附录
本申请案包括一种计算机列表附录于光盘上，其以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于将关键数字数据记录在一个存储媒体上的系统和方法，且更特定地说，本发明涉及一种系统和方法，其中在将关键数据写入一个存储媒体和一个实时回放文件段的回放系统时，以分段方式将该关键数据写入该存储媒体以降低因系统故障所引起的关键数据丢失。
背景技术
人们已知用于将数据写入各种类型存储媒体的各种系统。如在共同拥有的美国专利案第6,385,006号中所揭示的，一种示范类型的存储媒体是磁盘驱动器。用以将数字数据写入此等存储媒体的系统实例揭示于美国专利案第6,366,980号、第6,341,318号、第6,356,901号和第6,384,997号中。已知此类系统用于以各种格式记录包括数字数据流(streaming digital data)的数字数据，该等各种格式诸如运动图像专家组(Moving Picture ExpertsGroup)(MPEG)格式，其为一种用于视频和音频压缩的流行标准。
当将数据转移至存储媒体或从该存储媒体转移数据时，已知计算机操作系统打开一个文件或多个文件，并更新这些文件。更具体地说，已知操作系统利用一个随每一文件修改时间而被更新的文件分配表格(FAT)。当完成数据转移时关闭文件。如果系统故障或功率损失发生在关闭文件之前，那么与该文件相关联的数据通常会丢失。因此，当将如视频和/或音频数据的关键数据写入一个存储媒体时，会将其丢失。因此，当将关键数据写入一个存储媒体时，需要一种用于降低因系统故障所引起的此关键数据丢失的系统。
发明内容
本发明涉及一种用于当将关键数据写入一存储媒体时降低因系统故障所引起的该关键数字数据丢失的方法和系统。特定地说，根据本发明的一个重要方面，以小块或小段的方式将关键数字数据写入一个数字存储媒体。当每一数据段转移至存储媒体时，更新文件分配表格并关闭该文件。通过将文件分段成较小的文件段降低了因系统故障或功率损失所引起的关键数据丢失量。在回放期间，动态组合该等文件段以允许以一连续方式回放数字数据。
附图说明
参考以下说明书和附加图式，将不难了解本发明的这些和其它优点，其中：
图1A是形成本发明的一部分的记录子系统的方块图。
图1B是根据本发明的回放子系统的方块图。
图2是根据本发明而使用的默认顶级目录结构的实例。
图3是根据本发明的用户定义顶级目录结构的实例。
图4是与根据本发明的示范性多记录会话一起展示的一级子目录的实例
图5是根据本发明的一个示范性分段文件结构。
图6是根据本发明的记录子系统的软件流程图。
图7是形成本发明的一部分的数据捕获滤波器的软件流程图。
图8A至8D是根据本发明的回放子系统的软件流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于当将关键数字数据写入一个如磁盘驱动器的存储媒体时降低因系统故障或功率损失所引起的此关键数字数据(例如，如MPEG视频数据流的音频和视频数据)的丢失的风险的方法和系统，例如，如共同拥有的美国专利案第6,385,006号中所揭示的，其揭示内容以引用的方式并入本文中。本发明的原理可应用于各种其它类型的数字数据，诸如脉冲编码调制(PCM)数据形式的数字数据，以及各种其它格式的数字数据，该等其它格式诸如MIL-STD-1553格式和实际上可记录在任务数据记录器(例如由TEAC所制造的MDR-80任务数据记录器)上的任何数据格式。
根据本发明的一个重要方面，关键数字数据是以分段方式记录并实时回放的，且其包括一个记录子系统和一个回放子系统。该记录子系统包括一个建立分段文件的数据捕获滤波器。在一个实施例中的回放系统包括一个接受一文件清单并将其视为单个连续文件的回放解码器。
记录子系统
图1A说明了记录子系统的高级方块图，且将其整体以参考数字20加以标识。如图中所示，记录子系统20包括展示于方框22内的一个基于个人计算机(PC)的硬件系统，和一个整体以参考数字24标识的软件系统。PC硬件系统22仅为示范性的，且其包括一中央处理器(CPU)26、一PCI总线28、一IDE总线30，和一如磁盘驱动器的存储媒体，例如，如共同拥有的美国专利案第6,385,006号中所详细描述的磁盘，其描述内容以引用的方式并入本文中。在所示的示范性系统中，将关键数字数据应用至一个或多个整体以参考数字34标识的MPEG编码器，以将该数字数据编码成MPEG格式。此等MPEG编码器通过PCI总线28而连接至该系统。
通常MPEG编码器是该项技术中所熟知的。一示范性MPEG编码器揭示于美国专利第6,240,137号中，其揭示内容以引用方式并入本文中。如以下将更详细讨论的，提供多个MPEG编码器34以与用户可选通道数相一致。
通过记录子系统20建立了一顶级目录。该顶级目录中的子目录数对应于装置的用户可选通道数。一默认顶级目录说明于图2中，且其整体以参考数字36标识。一用户定义顶级目录38说明于图3中。通道数和通道名称为用户可选的并将其存储于(例如)一初始化文件42(图1A)中。顶级目录中的子目录用来识别每一记录通道。举例来说，如果没有定义用户定义通道名称，那么默认顶级目录36会识别默认文件名，例如通道01、通道02、通道03和通道_n。
可将顶级目录(TLD)存储在主存储媒体32上的任何地方。顶级目录无需位于由操作系统所定义的根目录中。如以下将更加详细讨论的，一回放应用基于顶级目录而自动地检测并回放。
于任何特定通道上的记录可在任何特定时间开始和停止。为适应视频记录的不可预测的性质而分离视频记录会话。详细地说，提供一个一级子目录，其提供一列经时间戳记(time stamped)的记录会话，该等记录会话允许系统在回放期间成功组合文件段。图4中说明了用于示范性数量的多记录会话的一示范性一级子目录。如图4中所示，其展示了一个示范性四通道记录器，每一记录器具有多个独立记录会话。在此实例中，顶级目录由以下子目录名来标识：″Elbow Camera-A″、″Elbow Camera-B″、″HUD″和″MFD″。在这些子目录的每一个子目录的下面是表示用于每一文件的多记录会话的一列文件。如下所述，通过一个形成记录应用的部分的数据捕获滤波器来将每一记录会话文件进行时间戳记。如图4中所示，时间戳记“02_011_17_21_32_097”表示“Elbow Camera-A”记录会话开始于2002年的第11天的1700时(军用时间)21分32.097秒。
图5中说明了记录和回放应用所使用的分段文件结构。详细地说，每一段使用一文件名，其包括：一时间戳记序号以及一指示基于系统时钟何时最后修改文件的时间戳记。时间戳记有利于将文件段组合成数据文件。图5定义了基本段策略及其个别组成部分。如图5中所示，一用于多功能显示器(HUD)的分段文件记录会话开始于2002年第12天的11:17:54.798。在此实例中，段的大小以时间为基础。实际时间可(例如)以与记录比特率和所需时间有关的数学方程式为基础。
记录应用
如图1A中所标识的应用46的记录应用在启动时读取初始化文件42或系统注册表44。根据本发明的一个重要方面，记录段的大小适用于由用户按时间或大小来定义并存储于如初始化文件42中。可将该时间或大小设定为零，在此情况下，系统将记录一个连续未分段文件。此外，可独立定义每一个记录通道。更特定地说，可选择每一记录通道使其具有一个唯一段大小。
起初，在于启动状态读取初始文件42或系统注册表44之后，记录应用46建立一个目录结构，例如，一默认顶级目录结构46或一具有如图3所说明的经用户定义目录名称的用户目录。如上所述，顶级目录中的通道数也由用户定义，并存储于初始化文件42或系统注册表44中。基于由用户所定义的目录信息，记录应用46将建立必要的目录结构，并将信息传递给数据捕获滤波器(以下将论述)和MPEG编码器39(图1A)。
记录应用46基于外部装置的输入来控制独立通道的开始和停止。当接收到开始_记录命令时，记录应用46将此信息传递给数据捕获滤波器，其接着建立如图4所说明的第一级子目录，且由一个可由用户定义的记录系统时钟来对所有会话文件名进行时间戳记。一旦会话目录打开，记录就开始。一旦记录开始，记录应用46就监控由多引线软件环境所建构的记录状态，并持续记录直至接收到停止_记录命令并将该命令传递至数据捕获滤波器，或数据捕获滤波器将记录错误记录到记录应用为止。当记录应用46接收到记录错误状态时，关闭会话并监控数据捕获滤波器状态。如果(当)将错误排除并将其校正为自数据捕获滤波器记录至记录应用46且该记录应用尚未接收到停止记录命令(时)，那么记录应用46将于新会话目录下自动重新开始记录。一旦会话打开，数据捕获滤波器就发出在由初始文件42所定义的间隔处物理地停止记录的硬件命令。
如图4中所说明的每一会话文件是具有所有用于在能播放(如)MPEG-1或MPEG-2文件的标准媒体播放器上回放的所需信息的独立文件。每一文件段唯一独特方面是包含一时间戳记的会话文件名。类似于第一级子目录时间戳记，会话文件名是以允许在稍后时间里将文件段进一步重组成连续媒体文件的记录系统时钟为基础的。当根据初始文件42中所指定的持续时间完成每一文件段时，关闭该等文件并更新系统文件分配表格。在文件关闭之后的任何时间点，系统故障(如功率损失)将不会可能影响已写入和关闭的文件。
数据捕获滤波器形成记录的一个重要方面。数据捕获滤波器具有两个独特方面。第一，数据捕获滤波器可与多个滤波器共存，从而允许同时记录多个通道。第二，数据捕获滤波器可建立本文所描述的具有精确时间戳记的文件段，从而允许以连续方式同步地进一步组合和回放多个文件段。一般地说，取决于系统操作系统40的来自初始化文件42或系统注册表44的用户指定信息由记录应用46读取并被传递到数据捕获滤波器。来自初始化文件42或系统注册表44的信息包括所有关于待记录的视频(如MPEG视频)的必要信息。基于从应用程式46所接收的信息，数据捕获滤波器建立大小(例如)从秒到无穷大范围内的个别文件段。基于从初始化文件42所接收的信息，数据捕获滤波器为由段信息所指定的持续时间建立完全独立的文件。每一文件均由数据捕获滤波器进行时间戳记并被置于合适会话目录中以用于进一步组合。由数据捕获滤波器来完全控制目录和文件名的管理。初始化文件信息定义段大小和顶级目录。段的所有其它方面由数据捕获滤波器来控制。
数据捕获滤波器与相关的MPEG编码器34密切合作。每一代硬件编码器具有一定制数据捕获滤波器以有助于硬件实现的独特方面。然而，本发明的基本概念仍保持不变。特定段上的信息及其大小从初始化文件42经过记录应用46而传递至数据捕获滤波器，从而允许了硬件变化对整个系统透明度。
记录应用的示范性流程图
图6中说明了用于记录应用46的示范性流程图。起初，如步骤56所示，当接收到开始_记录命令时将系统初始化。在接收到开始_记录命令之后，系统在步骤58中检查硬件编码器34以确定是否存在视频信号。如果不存在，在步骤60中录入一个错误且记录应用会话结束。如果在步骤58中系统确定存在视频信号，那么为每一会话建立一个文件夹，并对其分配一个如上所述的会话文件名。在步骤54中系统检查以确定是否已经建立该等文件夹。如果没有，在步骤66中录入一个错误且会话结束。如果如步骤54中所确定的已经建立文件夹，那么在步骤68中，系统将文件路径名提供给数据捕获滤波器。如图5中所示，数据捕获滤波器接着建立文件段。基于段的持续时间和每一通道的比特率来确定段大小。当将滤波器图表建立为引线初始化的部分时，将文件段传递至数据捕获滤波器。接着在步骤72中系统检查以确定是否已经开始记录。如果没有，在步骤74中录入一个错误。系统连续循环返回到步骤58并建立新文件段直到已经记录用于通道的指定段数。
图7是根据本发明用于记录应用46的数据捕获滤波器的一个示范性图表。起初，在步骤76中，一旦已由记录应用46打开记录会话文件，在步骤76中数据捕获滤波器(例如标准Microsoft directX滤波器)就接收媒体样本，并产生一如文件段号码78的文件段(如图5中所说明的)，并在步骤80中将该数据写入当前文件段中。在步骤82中，系统检查当前文件大小是否大于段文件大小82。如果没有，那么系统返回并等待从记录应用46待接收的额外媒体样本。当从该记录应用接收到新样本时，建立(例如)具有一个基本文件名和一个多字符序号的额外段文件。举例来说，如果文件名是d:/channel1/02_064_14_32_51_620/ch1.mpg，那么第一段可以是如d:/channel1/02_064_14_32_51_620/ch1001.mpg，下一段是d:/channel1/02_064_14_32_51_620/ch1002.mpg。如果当前文件大于段文件大小，那么在步骤84中关闭当前文件，并在步骤86中建立下一段的文件。在步骤88中，为步骤86中的新文件重置位置指针。
回放系统
回放子系统包括一回放子系统和回放应用。回放系统是分割、解码并显示标准媒体文件的系统，且其可包括如微软媒体播放器(Microsoft MediaPlayer)的各种标准媒体播放器和任何其它允许回放(例如)基于MPEG视频文件的经滤波插件程序。该回放系统处理一与单个媒体文件相对的文件清单。如上所述，每一媒体文件包括一组文件段。虽然该等文件段是独立实体，但组合该等文件段以使得该等文件段能够被视为一个整体。虽然可在记录之后将文件串联起来并使其经过任何标准媒体播放器，但是此应用所需要的时间将为系统带来麻烦。为了减轻此问题，该回放子系统接收一个文件清单(与单个文件相对)并实时汇编数据。
与回放子系统相比，回放应用运行于更高级，且一般而言其控制回放子系统The回放application operates at a higher level than the回放subsystem and in general controls the回放subsystem.。回放应用是多通道、会话与段实时协调的原因。回放应用起初扫描回放媒体以寻找回放的有效文件段。一旦建立有效段，回放应用就向上工作通过目录结构以确定会话时间和记录通道，并建立用于记录通道、会话时间与段信息的容器(container)的表格。操作此信息来指导回放系统的回放。
回放应用包括允许同步回放多视频通道的各种个别组成部分。起初，回放应用确定是否存在实际分段的视频文件。此处理的进行与文件名无关，且仅以有效数据为基础。一旦建立一个有效文件，系统就会检查当前目录以确定对于特定目录来说，是否存在系统的相同类型的多个文件。如果存在额外文件，那么时间戳记接着在该目录中的文件上进行协调以确定该等文件是否来自共同会话。如果文件来自共同会话，那么将此信息加入容器以供回放期间使用。检查独立文件和文件最后被修改为对整个系统来说具有另一级数据安全性的文件的时间。如果发现多个文件位于未呈现为分段会话的部分的共同目录上，，那么将文件名作为单独实体加入回放清单。此确保不会在时间不连续性中删除数据。
一旦建立有效段，回放应用就在目录结构中向上移动以确定何时建立一会话。有两种建立会话开始时间的方法。在一种方法中分析了会话目录名。如先前所描述的，会话目录名含有时间戳记信息，并指示何时建立会话。如果时间戳记信息存在于目录名内，那么该回放应用基于何时建立目录来利用系统的时间戳记以接近实际会话时间。一旦建立会话时间，那么回放应用向上移动目录层次以确定实际记录位于其上的通道。可通过名称或号码来识别通道。更具体地说，回放应用将一指针传递给段回放系统上的段文件。回放应用所使用的所有其它信息由该回放应用本身所使用以用于多个记录的重新同步。
本发明涵盖两种回放应用。在第一回放应用中，将一个特定滤波器用于基于每一段和其各自内容来动态地建立回放系统所需要的所有媒体信息。在这个实施例中，开发一个用于段回放的时间表。在回放一段之后，可将滤波器(例如Microsoft Direct Show滤波器)用于根据时间表而切换到下一段以使得通过一个标准媒体播放器来启用回放。在此应用中，媒体播放器实际上以与其回放单个文件相同的方式来回放一个文件清单。此允许实际回放个别段，而无需包含含有起始标题信息的初始分段文件。第二回放方法不包括滤波器，但是尽管如此，其允许分段文件复制于任何标准视窗或基于Mac的MPEG媒体播放器上。在这个方法中，在回放之前串联整个媒体文件。可通过使用为允许组文件串联的实用程序所需要的任何标准来完成串联。
回放子系统的示范性流程图
图1B说明了根据本发明的回放子系统的高级软件流程图。起初，在回放运行模式中，如步骤90所示，系统对一回放命令做出回应且基于上述文件夹/子文件夹命名约定来寻找分段文件。如步骤92所示，通过通道来对这些文件夹分类，并建立通道容器。如步骤94所指示，通过含会话容器的会话来进一步对通道容器分类。如步骤96所示，通过最后修改时间来对会话容器进一步分类。最后修改时间是将最后一段数据写入文件的时间。在将会话中的所有段作为文件清单呈现给用户之前，对该文件清单是否可播放做出决定。举例来说，在MPEG的情况下，在呈现时间戳记中不应有任何间隙。其次，需要确定文件清单的会话开始时间。详细地说，建立一个暂时回放系统。在MPEG文件的情况下，可使用Microsoft Direct Show回放系统。此系统是暂时的，且在确定以上两个任务之后将其清除。即使这个系统由于不能用于回放而不完整，但是其以一种对用户来说很透明的方式提供有效文件清单和文件清单的持续时间。通过从最后段的最后修改时间减去持续时间很容易确定会话容器开始时间。在确定会话容器开始时间之后便可清除暂时的和不完整的回放。在步骤100中，基于会话最后修改时间和持续时间来确定会话开始时间。在步骤102中，建立具有正确会话开始和停止时间的分段文件清单，且在步骤104中为回应回放命令而对其进行播放。
图8A至8D中说明了更为详细的流程图。起初，在步骤106中，系统询问系统的所有文件夹，并在步骤108中确定该等文件夹是否具有与图1和图5所说明的模式相匹配的文件名。在步骤110中，系统询问每一文件夹中的所有文件，并在步骤112中确定该等文件名是否与模式相匹配。一旦确定文件名与模式相匹配，在步骤114中就确定通道数。如上所述，在步骤116、118和120中为每一通道数建立一个容器。
图8B至8D涉及通过会话和含有会话的容器来分类通道内容。首先参考图8D，在步骤122中，起初通过号码对文件分类。在步骤124中，系统确定文件号中是否有间隙。如果有，系统返回一个错误。如果没有，在步骤126中通过最后修改时间对文件分类，并在步骤128中建立文件清单。在步骤130中，将一Microsoft Direct Show滤波器清单(例如)建立于步骤130中。随后在步骤132中，系统确定该文件是否为(例如)合法MPEG-2文件。如果是，在步骤134中获得文件清单，且在步骤136中，开始时间是以最新文件修改时间和总持续时间为基础的。
图8B和图8C说明了通道容器过程。参考图8B，系统在步骤138中确定是否存在通道容器。假设存在多通道容器，那么在步骤140、142和144中对会话文件的所有通道容器分类，直到如步骤146中所示已询问所有通道容器为止。然后在步骤148、150和152中为每一通道回放会话文件。
图8C说明用于对会话文件的通道容器分类的流程图。起初，在步骤154中，系统确定是否存在任何未询问的文件。如果有，在步骤156中系统从文件路径获得会话名。在步骤158中，系统确定对于在步骤156中所发现的会话名来说是否存在一个容器。如果没有，在步骤160中建立一个新的系统容器，并且在步骤162中将其加入会话容器文件。
如果已经询问所有文件，那么系统在步骤164中确定是否存在任何会话容器，并在步骤166、168和170中基于文件的最新修改时间和总持续时间而获得开始时间。持续此过程直到已在步骤172中处理了所有容器为止。
显然，根据以上教示，本发明可能有许多修改和变化。因此应了解，在附加权利要求范畴内，本发明的实施方法可不同于以上特定实施方法。
Claims (15)
1.一种将因一功率损失所引起的数据丢失的风险最小化的数据记录系统，
该记录系统包括：
一用以存储数据的磁盘驱动器，其具有一最大文件存储容量；及
一个在该磁盘驱动器上用以记录视频数据的记录子系统，该视频数据具有一小于该磁盘驱动器的所述最大文件存储容量的文件大小，该记录子系统包括一系统，该系统用于将一预定数据块划分成复数个分段文件并将所述分段文件存储在所述磁盘驱动器上，并在所述分段文件中的每一者已存储在该磁盘驱动器上之后关闭该等分段文件中的每一者，其中所述分段文件的大小为用户可选择的。
2.根据权利要求1所述的数据记录系统，其进一步包括一个回放子系统，该回放子系统用于组合该等由大小所定义的分段文件，且用于记录在一预定标准媒体播放器上同步回放所述分段文件的时间。
3.根据权利要求1所述的数据记录系统，其中所述记录系统包括一使得该等分段文件的该大小由用户来定义的系统。
4.根据权利要求3所述的系统，其中该大小对应于长度。
5.根据权利要求3所述的系统，其中该大小对应于该记录时间。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述记录系统是一个多通道记录系统
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述记录系统建立一个标识该等通道的每一者的顶级目录。
8.根据权利要求6所述的系统，其中该等通道的数目由用户定义。
9.根据权利要求7所述的系统，其中在所述记录子系统中为所述顶级目录中的所述文件中的每一者提供默认文件名。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述记录子系统使得所述顶级目录中的文件名由用户指定。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述记录系统包括一个一级子目录，其中会话文件各自均经时间戳记并对应于一个独立记录会话。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述文件被命名为实际文件段的指针
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述会话文件被命名成包括记录会话开始时间。
14.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括一个用于为每一记录会话文件建立一个或多个段文件的数据捕获滤波器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述段文件的大小由用户来定义。
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