CN100484213C - 更用户友好的时间后移缓冲器 - Google Patents

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Abstract

一种配备尺寸变化的时间后移缓冲器(22)的PVR设备(10)，所述时间后移缓冲器为更连贯的消费者体验提供了有保证的最小重放时间。所述PVR设备包括：视频数据存储装置(24)；视频输入装置(12)；视频输出设备(32)；用户输入装置(28)；输入模块(30)，用于接收视频输入数据并将视频输入写入时间后移缓冲器中(22)；输出模块(32)，用于从时间后移缓冲器(22)中读取所写入的视频数据并通过视频输出设备(32)来显示它；和剪裁模块(42)，用于缩小时间后移缓冲器(22)的尺寸。

Description

更用户友好的时间后移缓冲器
本发明涉及在诸如个人录像机(Personal Video Recorder-PVR)之类的计算机环境中随着时间段而显示来自流送类型输入的视频或视听图像，具体来讲涉及这样的设备和方法，其中可以利用诸如时延和即时重放之类的特征来显示视频图像。
多媒体设备诸如是VCR、DVD播放器、MP3播放器、盒式磁带播放器、CD播放器和特别是PVR，近年来已对于消费者而言变得流行了。对于由VCR、DVD播放器和PVR显示的时变视频图像的用户而言，希望能够暂停视频图像的显示。早先，这已经通过下列操作而实现了，即：当用户发出适当指令时停止显示，然后当用户发出另一条适当指令时再次在显示被停止的点开始显示。对于预先记录的视频图像(例如，DVD盘上的视频)而言，由于已经把所有视频数据都存储在存储介质上并且能够按需要对其进行访问，因此这种暂停的实现是直接了当的。暂停预先记录的图像的显示的能力已经在大多数用以显示预先记录的视频图像的消费者电子设备中得以实现。
在针对不是预先记录的而是由仅仅暂时对视频显示系统可用的视频数据来表示的图像而言，在实现上述常规的暂停方法的过程中遇到了困难。这种情况例如是电视或广播节目的广播，或者在诸如因特网或局部无线网络之类的网络上的流送类型输入。
目前的基于硬盘的个人录像机(PVR)系统提供了称为时间后移缓冲器(Time-shift Buffer)的公知技术特征。这种时间后移缓冲器提供了诸如能够暂停t.v.，执行即时重放，然后继续从暂停t.v.的点上观看这样的用户特征。时间后移缓冲器总是记录用户正在观看的频道，然而却不断地丢弃缓冲器中的最旧视频。现今，使用的典型实现方式提供了固定时间的缓冲器，例如具有一个半小时总观看时间的缓冲器。
然而，对于用户而言，目前具有尺寸固定的时间后移缓冲器的技术存在困难或问题。例如，如果用户以几乎等于时间后移缓冲器的固定尺寸的时间后移来进行观看，则严重地阻碍了进一步后退的能力。例如，如果把时间后移缓冲器定为30分钟并且用户以29分钟的时间后移来进行观看，则该用户现在就只能后退1分钟多。
因此，为了向系统的用户提供有保证的最小重放时间，一种提供尺寸不固定的时间后移缓冲器的系统和方法是希望的。
依照本发明的一个方面，提供了一种包括尺寸变化的时间后移缓冲器的PVR设备，其中所述时间后移缓冲器提供了有保证的最小重放时间。所述PVR设备包括视频数据存储器、视频输入、视频输出、用户输入、输入模块、输出模块和用于缩小时间后移缓冲器的尺寸的剪裁(trim)模块。
依照本发明的另一方面，提供了一种用于提供用户友好的时间后移缓冲器的方法。所述方法包括：从视频输入中获取输入视频数据，在具有所获取的视频数据的可记录介质上扩展时间后移缓冲器，从时间后移缓冲器中读取所选的视频数据，经由视频输出来显示从时间后移缓冲器读取的所选的视频数据，以及在时间后移缓冲器的序时开始(chronological beginning)剪裁时间后移缓冲器，其中所述剪裁不把可用重放时间缩减到低于有保证的最小重放时间以下。
本发明的一个优点是通过时间后移缓冲器增长的能力来提供的。
另一个优点是：如果用户暂停显示即使达到了已扩展的持续时间之久，那么如果用户在观看时增加时延长度，时间后移缓冲器就会自动地增长。
本发明的另一个优点是：提供有保证的最小重放时间的能力。
又一个优点是：通过本发明提供连贯的消费者体验。
当阅读并理解下列优选实施例的详细说明时，对于本领域的普通技术人员而言本发明更进一步的优点将变得明显。
本发明可以采用各种部件以及这些部件的排列的形式。附图仅仅是举例说明优选实施例用的，而不应当将其理解为限制本发明。
图1是依照本发明的PVR系统的框图；
图2是根据本发明的优选实施例的PVR系统的示意图；
图3是根据本发明的可选实施例的PVR系统的示意图；
图4是根据本发明实施例的输入方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的输出方法的流程图；和
图6是根据本发明实施例的剪裁方法的流程图。
参照图1，由输入视频接口12从视频源中获取输入视频数据，在运行于系统存储器20中驻留的PVR程序18的CPU 16的控制之下，经由系统总线14传输所述输入视频数据。在PVR程序18的控制之下，继而将该视频写入驻留在硬盘24上的时间后移缓冲器22，随后或同时将其传输到输出视频接口26以供在用户显示设备上进行显示。
时间后移缓冲器不保持在恒定的总尺寸，而是保持相对于当前播放位置的恒定尺寸。例如，如果将时间后移缓冲器设置为10分钟的尺寸，但用户正在以15分钟的时间后移进行观看，那么所缓冲的视频就将保持在10+15，即25分钟。这种解决方案具有下列优点：消费者获得更连贯的体验，这不依赖于用户以之观看的时间后移。尽管把时间后移缓冲器描述成相对于当前播放位置播放位置是恒定尺寸，但是恒定尺寸是就帧而论的，不过按字节数目而论，该尺寸是可以变化的。
图1中还示出的是：用于接收关于诸如下列之类的事件的用户输入命令的用户输入接口28，所述事件包括：暂停、重放或以正常或加速、快速前进模式继续。可以通过用户界面28上的用户控件29来传递任何数量的输入命令，这些控件在手持式遥控器中是典型的。
当系统10的用户暂停附于输出视频接口26上的显示设备上的图像显示时，PVR程序18经由系统总线14把通过输入视频接口12接收的视频引导到硬盘24上的时间后移缓冲器22。当用户结束暂停时，所述系统PVR程序18令时间后移缓冲器22中所存的显示数据经由总线14从硬盘24传输到输出视频接口26。基本上同时地把从输入视频接口12新进来的输入视频写入时间后移缓冲器22以供在适当的时间观看。然而，为了使时间后移缓冲器22不致于增长到不可接受的尺寸那么大，同时对它进行剪裁以保持所选定的尺寸。如果用户喜欢，则能够把已延迟的、来自于时间后移缓冲器22的视频信息以加速模式传输到输出视频接口26，以使得用户及时地以最小时延显示基本上实时的数据。
相对于时延而言，尽管人们希望最小化时延，但是由于硬件及其它等待时间考虑因素而无法彻底消除它。例如，在系统中难以让读取位置非常接近于当前写位置。这就会导致小但却往往显著的延迟，例如当改变频道时就是如此，并且在所选定的频道出现之前有瞬间的延迟。
图2提供了如何组织(图1的)PVR程序18和如何结合磁盘缓冲器22进行操作的逻辑图。所述PVR程序18包括：输入模块30，用于读取视频输入；输出模块32，用于向输出接口26提供视频输出；和控制器模块34，用于控制输入模块30和输出模块32的操作。将要理解的是，由视频输入接口12正在接收的视频输入屏幕可以是采用许多种视频格式。它可以是模拟视频输入或许多数字视频输入格式。所述输入模块30将输入视频流转换成优选格式，以便存储在视频缓冲器22中。
所述视频缓冲器22是被再划分为独立的片段，称画面组(Group ofpictutes-GOP)。例如，如果对于视频缓冲器22而言优选的视频格式是MPEG2的话，则每个GOP将始于I帧，通常继之以许多P帧和B帧。每个COP都可以小到单I帧那么大，但是对于MPEG2而言通常在长度上至多15个帧。I帧是具有平均7到1的缩减率的内编码帧。随着变化的宏块的数据增加，P帧是根据在前的I帧或P帧来进行预测的。P帧平均为20到1的缩减率或约I帧尺寸的一半。B帧是在以过去的帧宏块和未来的帧宏块的位置出现的基础上双向预测出的帧。B帧具有比P帧更少的数据，平均约为50到1的缩减率。在MPEG4是为视频缓冲器22所选的格式的情况下，每个GOP 36都能够大到最大关键帧时间间隔那么大，通常是200到300帧。
在下文的说明中，相对于读取、写入和缓冲来参考视频帧。然而，将要理解的是，在许多环境中，可以以包含多个帧的数据块(例如，GOP)来进行操作。反之，一个帧可能包含多个数据分组。然而，为了便于理解本发明，这里所有的说明都是针对帧作出的，但是目的在于包含使用数据块或数据分组的实施方式。
所述视频缓冲器22可以利用使用了特别为系统10开发的功能的存储装置(例如，硬盘)的全部或一部分加以实现。然而，所述视频缓冲器22还可以在现有的文件系统中实现。例如，在一个实施例中，视频缓冲器22是如下本机文件系统内的常规文件，所述本机文件系统受到用于这个实施例的特定操作系统的文件系统模块37控制。如果PVR系统是利用UNIX操作系统实现的，则视频缓冲器22优选地就是使用标准UNIX文件系统的常规文件。然而，如果操作系统是LINUX操作系统，则视频缓冲器22优选地就是写入到例如第二扩展文件系统(EXT2)中的常规文件。如果利用BSD操作系统，则视频缓冲器22优选地就是使用BSD文件系统的常规文件。在这个实施例中，为了执行希望的动作，任何对时间后移缓冲器22起作用的模块都通过对文件系统模块37的调用来通信。
在该优选实施例中，视频缓冲器22是利用MPEG2格式写入的，并且从视频输入接口12接收的输入流也是MPEG2格式。然而，将要理解的是，用于视频缓冲器22的许多输入流格式和许多视频格式也同样都包含在本申请的范围内。
当输入模块30从视频输入接口12接收视频帧时，它把单独的帧写入到前面已描绘成优选操作系统的本机文件系统中的标准文件的视频缓冲器22。所述输入模块30保持写指针38，所述写指针基本上是写入视频缓冲器22的字节或帧的计数。输出模块32基本上同时地从视频缓冲器中读取视频帧并向输出接口26提供输出帧以供在显示设备上显示给用户。
所述输出模块32保持读指针40，所述读指针是指向视频缓冲器22中当前被观看帧的指针。当输出模块从视频缓冲器22中读取帧时，使读指针40增量至视频缓冲器中的下一帧。此外，输入模块30和输出模块32在控制器模块34的指导下进行操作。例如，具备用户设备28的用户可能想要把个人录像机系统10关闭。在这种情况下，控制器模块34指示输入模块30关闭视频缓冲器22文件并且停止向该文件的写入。同时，输出模块32停止向输出接口26提供视频帧。或者，例如在用户想要瞬时地暂停显示的情况下，控制器模块34则向输出模块32发信号指示它应该挂起从缓冲器22的读取并继续显示当前从频缓冲器22中读取的帧。然而，在这种情况下，输入模块30继续将帧写入到视频缓冲器22中。
在正常的操作下，为了保持视频缓冲器22的尺寸而不致于无限地增长，当输入模块30向本机文件末尾的缓冲器22写入新的输出帧时，剪裁模块42从视频缓冲器22的开始删除帧。用数字44标明的虚线来表示已经从视频缓冲器22中删去的这些帧。为了对用户保持有保证的重放时间，剪裁模块42检查读指针40并通过检查从读指针40所指示的文件开始的位移量来计算可用的重放时间帧46。然后，剪裁模块42从视频缓冲器22的开始删除适当数目的帧，并且相应地调整读指针40和写指针38。从该文件开始剪去的帧数目在数目上就被缩减了，以使得读指针40和写指针38表示从该本机文件的开始起的字节或帧位移量。
当剪裁模块42对本机文件系统中的时间后移缓冲器22的开始进行剪裁时，优选地以符合该系统的文件格式的方式执行剪裁。因此，剪裁功能未必总是精确地删除所请求的字节数目，而相反是删除可能的、数目最大的请求字节，同时遵循特定文件系统的分配单元限制。
在用户已经瞬时地暂停显示然后重新开始观看的情况下，在读指针40和写指针38之间将会出现不一致，这表明当用户以时延形式观看时被延迟的帧48。照此，视频缓冲器22于是就增长尺寸，以使得其总尺寸包含由帧46表示的有保证的可用重放时间和由所添加的帧48表示的延迟时间。因此，当剪裁模块42在文件的开始对视频缓冲器22进行剪裁时，视频缓冲器22同时也按照输入模块38所写入的记录、帧或GOP在视频缓冲器22的相反末尾增长。尚未被写入视频缓冲器22中的、将来的记录、帧或GOP是用数字50表示的。
图2中以线性的方式来表示视频缓冲器22，以便将其与现有PVR中所用的典型环形缓冲器相区别开来。然而，在即时应用中，本机文件被同时地写入和剪裁，所述本机文件基本上慢慢地通过本机文件系统中的空闲空间而前进。
作为PVR系统10的可选特征，当用户正在实时观看时，输入模块30可以同时地向视频缓冲器22进行写入和把每个视频帧放在实时缓冲器52中。代替从视频缓冲器22中读取帧，所述输出模块直接地从实时缓冲器52中的存储器中获取帧以供显示。这通过进一步使因系统中的前述反应等待而造成的任何时延最小化而改善了观看体验。优选地，实时缓冲器52被保持在随机存取存储器(未示出)中。此外，尽管示出了实时缓冲器具有单个元件，但是在典型的实施方式中所述缓冲器包含队列形式的多个元件。
图3是与图2中所示的内容相似的本申请的可选实施例的表示，其中相同的数字表示相似的元件或过程。然而，在图3中所举例说明的实施例中，视频缓冲器22是以不同的方式实现的。代替作为本机文件系统中的单文件的一部分，视频缓冲器22中的每一片段36都是一个独立文件。所述视频缓冲器22包含多个文件。
在这个实施例中，视频缓冲器22是作为环形缓冲器加以说明的。然而，缓冲器22能够根据需要增大和缩小尺寸。用于增大或缩小视频缓冲器22的方法类似于图2中举例说明的实施例。然而，在这个实施例中，输入模块30使用写指针38，并且具有相关联的文件表60，该文件表按序时方式、逐个视频时间地表示文件名。
如果用户正在以正常速率观看视频，则视频缓冲器22既不增长也不缩小。写指针38以顺序方式经由视频缓冲器22访问文件，递归地在文件表60中的文件名中循环。在有或者没有输出延迟48的情况下，输出模块32基本上同时地访问还与文件表60相关联的、读指针40所指示的文件和从视频缓冲器22中递归地获取文件。然而，如果用户表明希望暂停输出显示，则读指针40停止从视频缓冲器22中继续前进。为了保持有保证的可用重放时间，把与文件46相对应的文件插入到视频缓冲器22中。在与写指针38相关联的文件表60中的位置，在本机文件系统中生成新文件并将其插入文件表60中。照此，没有减小可用的重放时间并且视频缓冲器22继续增长，同时用户保持在暂停模式下。然而，如果用户在固定延迟的情况下重新开始以正常速率进行观看，则写指针38和读指针40通过经由文件表60访问文件来继续以循环方式或递归方式在视频缓冲器22前进。
当用户随后通过快速前进、跳过商业广告节目或迅速转到实时观看上而以更快的速率推进显示时，所述剪裁模块42将文件从文件表60中删掉以便将可用的重放时间缩短至有保证的重放时间。视频缓冲器22相应地缩小。
在图4中，描绘了适用于输入模块30的实现方式中的输入方法70。在步骤72中，从输入视频接口12中获取视频帧。步骤74对于上述实时缓冲器52而言是可选的步骤，在该步骤中作出测试以判断实时缓冲器52是否已被输出模块32阻塞。如果缓冲器52尚未被阻塞，则处理继续到步骤76，所述步骤76将视频帧拷贝到实时缓冲器52中。随后，在步骤78中，按照输入方法70阻塞了实时缓冲器52。在可选的步骤74-78之后，在步骤80中，所述视频缓冲器22随着把视频帧写入视频缓冲器22中而扩展着，从而利用当前获取的视频帧来扩展本机文件系统中的文件。在步骤82中，相应地使写指针增量以表示到视频缓冲器22中的新的最后一帧的位移量。
在图5中，描述了适用于输出模块32的实现方式中的输出方法90。可选的步骤92判断用户是否在无任何延迟的情况下正在实时地进行观看。如果回答为是，则处理继续。在步骤94中，输出方法90等待实时缓冲器52被按照输入方法70阻塞。在缓冲器已经被输入模块或输入方法70阻塞之后，步骤96从实时缓冲器52中读取视频帧以供显示在输出设备上。如果在步骤92中判定为否定的回答，则步骤98判断用户是否已经在显示过程中请求暂停。如果尚未请求暂停，则处理继续到步骤100，所述步骤100从表示视频缓冲器22的文件中在由读指针40代表的点获取视频帧以供显示在输出设备上。在步骤102中，使读指针增量以指向下一个将要获取的视频帧。在任何情况下，处理都继续到步骤104，在所述步骤104中通过把上面获取的视频帧传递到输出接口26来显示这些视频帧。在可选的步骤106中，解除对实时缓冲器52的阻塞，以便按照输入方法70进行后续的处理。
在图6中，描绘了适合于剪裁模块42的剪裁方法110。在剪裁方法的步骤112中，获得对读指针40和写指针38的独占访问，以使得输入模块30和输出模块32不同时地访问所述指针。在步骤114中，可用的重放时间是通过相对于文件的开始检查读指针40计算出的(图2)，或是通过相对于写指针38检查读指针40计算出的(图3)。随后，在步骤116中，将可用的重放时间同有保证的重放时间进行比较。如果可用的重放时间超过有保证的重放时间，则调用步骤118以将文件的开始剪裁到可用的重放时间等于有保证的重放时间的那一点。在任何情况下，步骤120都释放读指针40和写指针38以供由输出方法32和输入方法30访问。
应当理解的是，尽管已经示出输入模块30、输出模块32、控制器模块34和剪裁模块42并将它们描绘成作为在多线程环境中的独立进程而操作，但是也可以把上述模块组合起来作为单线程操作的单模块，在其中这些模块以顺序的有序方式来迭代地执行处理步骤。
已经参照优选实施例描述了本发明。显然，当其他人阅读和理解前述的详细说明时，也将能想到修改和变更。意在把发明理解成包含所有这类属于所附权利要求或其等效内容的范围之内的修改和变更。

Claims (29)

1.一种录像机(10)，包括：
用于在记录介质(24)的一部分上的时间后移缓冲器(22)中记录输入视频数据的装置(30)；
用于从时间后移缓冲器(22)中读取视频数据的装置(32)；
用于在时间后移缓冲器的序时开始独立地剪裁视频数据以便在时间后移缓冲器的序时开始和在当前时间读取的视频数据之间保持至少有保证的最小可用重放时间的装置(42)；
用于暂停从时间后移缓冲器中对视频数据的读取以暂停当前读取时间的装置(28，34)；
用于在时间后移缓冲器的序时末尾利用当前输入的视频数据来独立地扩大时间后移缓冲器的装置(30，38)。
2.根据权利要求1所述的录像机，其中所述时间后移缓冲器(22)包括单个文件。
3.根据权利要求2所述的录像机，其中所述记录介质(24)是硬盘驱动器。
4.根据权利要求3所述的录像机，其中所述单个文件被保持在包含于录像机(10)上的操作系统的本机文件系统内。
5.根据权利要求1所述的录像机，其中所述时间后移缓冲器(22)包含多个文件。
6.根据权利要求5所述的录像机，其中所述记录介质(24)是硬盘驱动器。
7.根据权利要求6所述的录像机，其中所述多个文件被保持在包含在录像机(10)上的操作系统的本机文件系统内。
8.根据权利要求7所述的录像机，进一步包括用于对所述多个文件执行操作的装置(37)。
9.根据权利要求1所述的录像机，进一步包括：
用于终止对视频数据读取的暂停以便重新开始从时间后移缓冲器中读取视频数据的装置。
10.根据权利要求1所述的录像机，进一步包括：
用于在时间后移缓冲器中快速前进通过视频数据的装置；和
用于缩小时间后移缓冲器尺寸的装置。
11.根据权利要求1所述的录像机，进一步包括：
实时缓冲器(52)，当用户正在没有时延地实时观看时，所述输入模块(30)经由该实时缓冲器(52)将视频数据传递到输出模块(32)。
12.一种录像机(10)，包括：
硬盘驱动器(24)；
硬盘驱动器(24)上的、尺寸变化的时间后移缓冲器(22)，该时间后移缓冲器提供了有保证的最小重放时间；
输入模块(30)，用于接收视频输入数据并将视频输入数据写入硬盘驱动器(24)上的时间后移缓冲器(22)；
输出模块(32)，用于从时间后移缓冲器(22)中读取所写入的视频并通过输出视频接口(26)显示它；和
剪裁模块(42)，用于把时间后移缓冲器(22)的尺寸调整成使得时间后移缓冲器(22)的尺寸足以保持有保证的最小重放时间。
13.根据权利要求12所述的录像机，其中所述硬盘驱动器(24)包含用于保留时间后移缓冲器的至少一个标准文件系统。
14.根据权利要求13所述的录像机，进一步包括文件系统模块(37)，用于在所述至少一个标准文件系统上添加、删除和保持文件。
15.根据权利要求14所述的录像机，其中所述时间后移缓冲器(22)包括单个文件。
16.根据权利要求14所述的录像机，其中所述时间后移缓冲器(22)包含多个文件。
17.根据权利要求12所述的录像机，进一步包括：第一用户控件(29)，用于交替地暂停和重新开始从时间后移缓冲器中对视频数据的读取。
18.根据权利要求17所述的录像机，进一步包括第二用户控件(29)，用于使从时间后移缓冲器对视频数据的读取快速前进。
19.根据权利要求12所述的录像机，进一步包括：
输出模块(32)使用的读指针(40)，用于指向要从时间后移缓冲器(22)中读取的适当片段(36)；和
输入模块(30)使用的写指针(38)，用于指向要写入到时间后移缓冲器(22)中的适当片段(36)。
20.根据权利要求19所述的录像机，进一步包括实时缓冲器(52)，当用户正在没有时延地实时观看时，所述输入模块(30)经由该实时缓冲器(52)将视频数据传递到输出模块(32)。
21.一种用于时间后移缓冲的方法，包括：
在记录介质(24)的一部分上的时间后移缓冲器(22)中记录输入视频数据；
从时间后移缓冲器(22)中读取视频数据；
在时间后移缓冲器的序时开始独立地剪裁视频数据，以便在时间后移缓冲器的序时开始和在当前时间读取的视频数据之间保持至少有保证的最小可用重放时间；
暂停从时间后移缓冲器对视频数据的读取以暂停当前读取时间；
在时间后移缓冲器的序时末尾利用当前输入的视频数据来独立地扩大时间后移缓冲器。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
终止对视频数据读取的暂停，以便重新开始从时间后移缓冲器中对视频数据的读取；以及
当重新开始对视频数据的读取时，冻结时间后移缓冲器的尺寸。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：
在时间后移缓冲器中快速前进通过视频数据；以及
缩小时间后移缓冲器尺寸。
24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
在时间后移缓冲器中快速前进通过视频数据；以及
缩小时间后移缓冲器的尺寸。
25.根据权利要求21所述的方法，其中使输入模块(30)、输出模块(32)和剪裁模块(42)作为独立进程而操作。
26.根据权利要求21所述的方法，其中使输入模块(30)、输出模块(32)和剪裁模块(42)作为单线程进程而操作。
27.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
在实时缓冲器(52)中存储输入视频数据；以及
从实时缓冲器(52)中读取视频数据，使得当用户正在无时延地以实时速率进行观看时执行从实时缓冲器(52)中对视频数据的读取。
28.一种用于控制时间后移缓冲器的尺寸的方法，包括：
将当前数据写入到时间后移缓冲器的序时末尾，由此增大时间后移缓冲器的尺寸；
确定时间后移缓冲器要被缩小的尺寸；
按不超过所确定尺寸的最大可能尺寸来剪裁时间后移缓冲器的序时开始。
29.根据权利要求28所述的方法，其中写入和剪裁都是在本机文件系统内执行的，所述时间后移缓冲器符合本机文件系统中的文件标准。
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