CN101720554A - 将视频数据转换成视频流 - Google Patents

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N·德兰格
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Abstract

一种数据流服务器，包括至少一个数据存储设备；被配置为控制向所述设备发送数据和从所述设备接收数据中的至少一项的至少一个控制器；以及至少一个分组处理器，该分组处理器适合于处理流数据并在不使该数据通过控制器、但同时使用控制器进行的控制的情况下与数据存储设备交换数据。还描述了相关装置和方法。

Description

将视频数据转换成视频流
相关申请
本发明要求2007年3月15日提交的Drang等人的美国临时申请60/918,064的优先权，其公开内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本发明涉及通信装置，例如，涉及用于视频点播服务的视频服务器。
背景技术
用于为许多客户端提供服务的视频点播(VoD)系统需要大量的处理能力并因此一般由视频服务器阵列来实现。在一种架构中，每个VoD服务器具有其自己的存储单元，称为具有内部存储器或直接附加存储器(DAS)的视频服务器。然而，这需要为每个服务器复制视频文件或将对视频数据的每个请求导向具有所需数据的特定服务器以处理该请求。因此，在某些情况下，用通过网络连接在称为网络附加存储器(NAS)的一个或多个存储单元来实现VoD服务器阵列。在其它情况下，使用存储区域网络SAN。
在使用中，为了将NAS存储的数据转换成视频流，从用户接收对视频的请求并进行处理以识别内容被以何种方式存储/存储在何处。与所识别的内容相关的视频服务器使用诸如CIFS和NFS等文件存储协议从存储器中检索视频内容，从视频文件提取视频数据，将视频数据转换成流视频(streaming video)并通常使用缓冲来将其分配以便在客户端上观看。这种转换处理需要大量的计算资源并且对于大型VOD部署而言价格昂贵。
发明内容
本发明的某个实施例的一方面涉及在没有(或以减少的)例如处理开销等文件系统提取层的开销的情况下由存储在文件系统中的数据生成例如音频或视频等流数据。在本发明的某些实施例中，流媒体数据的特征在于包括专用于期望传输位速率的定时信息。传输速率通常保持在10％、1％或更好的精确度内，音频要求常常大于视频要求，因为短暂的假信号(glitch)在视频中可能比在音频中更可接受。这些数据中的某些、特别是与视频应用层级有关的数据在本文中称为“元数据”，特别是文件系统元数据，该文件系统元数据指的是描述文件在物理上被存储在何处和以何种方式存储的元数据。其它元数据包括视频内容的标识。
在本发明的示例性实施例中，通过将视频服务器分割成数据处理路径(pathway)和数据管理路径来(在逻辑上和/或物理上)减少开销。潜在地，这种分离允许使用优化的架构：使用复杂通用计算机的数据管理和/或使用专用架构的数据处理。
在本发明的示例性实施例中，作为两种单独类型的数据来访问数据：视频(或其它内容)和元数据。通过使用较低灵活性的处理器(视频流处理器)将存储分组转换成视频分组来将视频数据处理成视频流。在本发明的示例实施例中，所述转换是基于“分组转换”，在分组转换中，从存储器获取一个或多个数据分组并将其存储在视频流处理器存储器中；从存储器读取数据并使用“零拷贝过程”将其转换成流分组。在本发明的示例性实施例中，处理文件系统元数据以便在不同的较高灵活性的处理器(控制器)中作出判定。在本发明的示例性实施例中，基于分组而不是文件或块来处理数据，然而，例如，根据内部分组尺寸、压缩、或其它因素，可以将其作为分组的群组来处理。可选地，以与网络和/或数据源所支持的大小相匹配的分组大小来处理数据(并进行处理器设计)。可选地，为分组处理优化较低灵活性的处理器，例如包括具有高速共享内部总线的多核处理器。
在本发明的示例性实施例中，可选地使用诸如TCP等可靠传输机制并在没有闭环文件管理的情况下将视频数据作为分组直接发送到视频流发生器。作为替代，由控制器使用文件系统元数据来确定应读取哪些数据。在接到命令时，由存储器将此数据作为分组发送到视频流处理器，而视频流处理器不在文件系统层级(level)处理元数据、确认或握手(handshaking)。可选地，由控制器来执行文件系统元数据的任何处理、握手、监控或其它高级功能，可选地使用来自视频流处理器的信号来确定数据分组的到达。可选地，控制器控制多个存储系统，以便按照期望顺序和/或同步地从多个存储系统提供数据。
在本发明的示例性实施例中，使用将来自存储器(例如磁盘)的原始数据直接转换成IP分组的分组器(packetizer)将来自存储器的视频数据作为IP数据提供。可选地，由可选地在控制器的控制下的交换机(switch)将分组切换到适当的视频流处理器。
在本发明的示例性实施例中，视频流处理器是由优化构件(building block)组成的分组处理硬件，所述优化构件用于例如基于网络处理器芯片来快速且经济地处理分组，所述网络处理器芯片可选地由多个自主的低成本/低功率处理核心和在路由器技术中使用的硬件加速器组成。
在本发明的示例性实施例中，视频流系统包括k个控制器、m个分组流处理器和n个存储设备。在本发明的示例性实施例中，k＜m＜n。例如，对于1个控制器，提供2至20个流处理器和1至100个存储设备。
在本发明的示例性实施例中，通过将文件系统元数据的处理与视频数据的处理分离，可以提供低成本和/或复杂性的服务器，因为不存在对同一硬件来处理大量数据的要求，所述同一硬件对数据的布置进行判定。
在本发明的某些实施例中，将存储系统和/或视频流处理器与现有视频服务器系统集成，可选地共享控制器。
替换地或除使用上述方法将数据转换成视频流之外，还可以将其用于将视频流转换成数据。
在本发明的示例性实施例中，使用诸如用于路由器的分组处理技术实时地或近实时地处理视频数据。可选地，视频流包括压缩视频流，例如MPEG-4分组流。
在本发明的示例性实施例中，所述处理包括由数据分组生成视频流分组，例如从存储器检索1,500字节的IP数据分组并将其转换成188字节的MPEG2-TS分组，然后将若干MPEG2-TS分组整理成将作为视频流等时地发送的单个IP分组(例如精确定时、符合MPEG2传输的分组间隙)。可选地，选择分组生成以便与例如机顶盒等特定目标设备匹配。
可选地，所述处理包括将例如广告等第一视频流接合到第二视频流中。
可选地，所述处理包括生成由两个(或更多)视频流或诸如画中画、马赛克、或标语之类的其它数据和流组合成的流。
因此依照本发明的示例性实施例提供了数据流服务器(datastreaming server)，包括：
(a)至少一个数据存储设备；
(b)至少一个控制器，其被配置为控制向所述设备发送数据和从所述设备接收数据中的至少一项；以及
(c)至少一个分组处理器，其适合于处理流数据并在不通过所述控制器、但同时使用所述控制器的所述控制的情况下与所述数据存储设备交换数据。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器被配置为生成对来自所述设备的数据的请求，以便用于由所述分组处理器处理。可选地，所述分组处理器是具有以非分组处理为代价的特别适合于分组处理的架构的专用分组处理器。
在本发明的示例性实施例中，所述分组处理器在通信方案的传输层级(transport level)以上的层级不与所述存储设备相交互以确认递送。
在本发明的示例性实施例中，所述分组处理器被配置为从所述设备接收数据作为具有报头的分组并去除所述报头。替换地或另外，所述分组处理器包括适合于控制流分组的递送的定时的分组组装器(assembler)。
在本发明的示例性实施例中，所述分组处理器包括被配置为处理所述数据的数据处理器，所述处理包括将两个数据流组合或将两个流结合(join)两者中的至少一个。
在本发明的示例性实施例中，所述分组处理器将所述流定址到用户。
在本发明的示例性实施例中，所述服务器包括用于将来自所述存储设备的数据输送到所述分组处理器的交换机。可选地，所述交换机用于将来自所述分组处理器的数据流输送到接收者。
在本发明的示例性实施例中，所述存储设备被配置为从一个物理实体接收数据请求并将该数据发送到第二物理实体。
在本发明的示例性实施例中，所述存储设备被配置为将数据作为IP分组发送到所述分组处理器。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器包括通用控制器。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器具有到所述设备外部的小于所述分组处理器的带宽的1/4的带宽。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器管理用户请求。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器被配置为接收对流的请求并获得应答所述请求的数据的物理存储位置。
在本发明的示例性实施例中，所述服务器包括至少一个元数据服务器，该元数据服务器存储被存储在所述至少一个存储设备上的数据的物理存储位置。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器被配置为在多个存储设备之间进行选择并向其发送数据检索指令。
在本发明的示例性实施例，所述控制器被配置为处理所述存储设备与所述分组处理器之间的流量控制(flow control)。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器被配置为在多个数据存储设备与多个分组处理器之间进行协调。
在本发明的示例性实施例中，所述数据包括视频数据。替换地或另外，所述数据包括音频数据。替换地或另外，所述数据包括经复用的音频和视频数据。
在本发明的示例性实施例中，所述服务器包括由所述控制器控制的多个数据存储设备。
在本发明的示例性实施例中，所述服务器包括由所述控制器控制的多个处理器。
在本发明的示例性实施例中，所述控制器适合于接收数据存储请求并作为其响应而控制所述分组处理器生成存储分组且控制所述存储设备将所述分组存储在由所述控制器设定的位置处。
在本发明的示例性实施例中，所述服务器包括与所述控制器相关联的附加数据存储器，其中，所述控制器适合于经由所述控制器从所述附加存储器向所述处理器发送数据。
依照本发明的示例性实施例还提供了一种生成数据流的方法，包括：
(a)接收对数据的请求；
(b)由通用处理器来确定所述数据的源位置；
(c)指示所述存储位置在不通过所述通用处理器的情况下向分组处理器发送数据；以及
(d)根据所述请求，由所述发送的数据生成流。
附图说明
现在将在本发明的示例性实施例的以下具体介绍中参照附图来详细描述本发明，在附图中，对于每个元件，在图中自始至终保持相同或类似的数字标号，并且在附图中，图中所示的组件和特征的尺寸是为了陈述的方便和明了起见而选择的且不一定按比例显示。通常，在图中只示出与讨论密切相关的结构、元件或部分。附图在下面列出。
图1是依照本发明的示例性实施例的视频流系统的示意性方框图；
图2是依照本发明的示例性实施例的数据检索方法的流程图；
图3是依照本发明的示例性实施例的专用分组处理器中的分组处理的方法的流程图；
图4是依照本发明的示例性实施例的数据检索控制的方法的流程图；
图5是依照本发明的示例性实施例的数据存储方法的流程图；以及
图6是将现有服务器技术与依照本发明的示例性实施例的服务器结合的视频流服务器的示意性方框图。
具体实施方式
示例性系统概述
图1是依照本发明的示例性实施例的视频流系统100的示意性方框图，其中分别地处理视频数据和文件系统元数据。
视频、音频和/或其它媒体数据(例如包括视频和嵌入图形和/或应用程序两者的MPEG-2传输数据)被存储在存储系统102上。描述数据的布置的文件系统元数据可选地被存储在同一个存储系统上或分别进行存储并由元数据服务器104来提供。在某些实施例中，将元数据存储在其它位置和/或控制器106上(下文)。
控制器106使用来自元数据服务器104的文件系统元数据请求来自存储系统102的特定数据。在某些实施例中，元数据服务器104可以将对文件系统元数据的请求转换成对数据的实际请求并执行该请求和/或将准备好的请求发送到控制器106。
来自存储器102的特定数据被导向分组处理器108，可选地是经修改的路由器。在本发明的示例性实施例中，使用交换机110将数据导向特定的分组处理器。
处理器108生成被输送到(可选地经由诸如因特网等WAN 112)例如具有机顶盒116的电视机114等客户端的流。沿相反方向，可以由客户端视频源118使用客户端单元120将流视频返回给分组处理器108并随后提供给存储器102。
实际系统可以包括多于一个的每种单元型号。特别地，由于期望分组处理器的成本相对较低，单个控制器106可以支持多个分组处理器108。同样地，单个元数据服务器104可以支持多个存储系统102(例如102′和102″)。或者，提供多个控制器和/或元数据服务器。
另外，虽然将系统100描述为使用交换机而互连，但可以使用其它互连方法，例如使用路由器。例如，可以通过WAN 112或其它非局域联网方法提供一个或多个数据源102″′。
在本发明的示例性实施例中，将系统100提供为为例如电缆网的分支等地点(locality)提供服务的本地系统，例如，其专用于为特定人群或地理区域提供服务，可选地具有给定尺寸。
在本发明的示例性实施例中，分组处理器具有多个输入端，例如4个、8个、16个，且每个输入端具有与之相关联的有保证(不堵塞)处理路径。在本发明的示例性实施例中，分组处理器包括多个核，例如16个。可选地，使用本地硬件来确定核之间的负载分布。
在本发明的示例性实施例中，将核设计为使得可以在不访问外部存储器的情况下在核内执行对分组的操作。
在本发明的示例性实施例中，所述分组处理器具有有限的指令集(例如没有浮点支持)和/或对分组可用指令的硬件支持，例如“存储器非对齐负载(memory load unaligned)”、诸如位替换之类的位操作、字节交换、和/或CRC和/或其它校验和生成中的一个或多个。可选地所述指令包括存储器存储指令，例如用于指示分组的哪一部分将本地存储在核上。所述分组处理器可以被优化至一种或多种分组大小，例如存储分组大小、MPEG分组大小和/或IP分组大小。
在本发明的示例性实施例中，针对传递分组使内部总线(或多个总线，如果提供了若干总线)被优化，例如具有降低的对中断的支持或传递单个字。
在本发明的示例性实施例中，控制器106包括多种类型的外围连接装置，包括例如以太网、USB、SCSI、防火墙和并行链路中的两个或更多。然而，在本发明的示例性实施例中，由控制器处理的带宽小于由分组处理器处理的带宽的1/2、1/10、1/100。可选地，对于给定流，数据处理的比甚至更大，例如1∶10、1∶100、1∶1000、1∶10000或更大或在中间。
在本发明的示例性实施例中，每个数据存储单元102包括例如四个的多个磁盘和一个外部IP链路。可选地，出自存储器的链路的数目约等于到分组处理器的输入链路。可选地，单个控制器控制几十个或几百个分组处理器和/或存储系统。
在本发明的示例性实施例中，系统100是电缆TV系统或其它媒体递送系统的一部分。可选地，控制器106提供文件名翻译并查找其它电缆系统。可选地，控制器106将视频服务器模拟成此类系统的后台服务器组件。可选地，例如在交换机110与WAN 112之间提供加密服务器以保证到达客户端的数据被加密。可选地，由分组处理器108来提供加密或者将数据加密存储。可选地，在WAN 112的下游提供IP至RF转换器以便以适合于用户的形式来向用户提供数据。可选地，同样在下游提供抖动去除元件。
示例性数据检索方法
图2是依照本发明的示例性实施例的系统100中的数据检索方法200的流程图。
在202，用户请求特定内容，例如点播视频电影或所存储的电视频道。此请求被转换(204)成其余递送系统可理解的请求。可选地，单独的服务器(未示出)将该请求翻译成用于控制器106的命令，从而创建STB 116到控制器106之间的通信信道。可选地，控制器106还用于处理人机界面，例如确定哪些内容是允许用户接收的和/或处理结账和/或支付问题。
在206，控制器106请求来自与该请求有关的元数据服务器104(或来自本地存储器)的文件元数据。此数据可以包括例如与该请求中所指示的内容相关的元数据服务器。在某些情况下。可能需要多于一个的元数据服务器来响应请求。
在208，控制器106将请求映射到特定的存储系统。应注意的是可以在多个存储系统和/或物理地点之间分布所请求的数据。
在210，元数据服务器104提供指示物理存储细节的文件系统级信息。例如，此数据可以包括磁盘上地址(例如柱面、块号码)。
在212，分组处理器108被可选地设定为处理请求，例如，可以对该请求赋予ID和/或可以提供将由分组处理器108执行的处理的定义。分组处理器108可选地生成用于数据的内部流动路径。可选地，通过控制器106向分组处理器108发送适当指令来提供设定。
在214，从存储节点102(和/或可选地并行的102′、102″、102″′)将数据取到分组处理器108。可选地，使用交换机110来输送数据，交换机110还可以将附加数据源与分组处理器互连。可选地，交换机110还将数据输送到客户端。可选地，交换机110用来将来自一个分组处理器的内容流传递到另一分组处理器。
在本发明的示例性实施例中，数据流式传输包括在存储处理器126的监督下从一个或多个存储节点122(可选地，具有RAID控制器124的RAID阵列)检索数据，存储处理器126依照元数据来接收指令。此检索数据随后被例如NIC 128可选地转换成分组，NIC 128仅将数据拆分成分组大小的元素并添加适当的IP报头。例如，可以使用TCP或UDP协议。可选地，如果使用可靠协议，则分组处理器108将使用确认分组等在该协议上进行响应。或者，甚至由控制器106来进行此类确认。
在本发明的示例性实施例中，存储处理器126被简化，因为只需要其处理数据转发而不需要管理和/或优化文件系统。
在其它实施例中，使用非RAID阵列来提供作为可选地直接连接到NIC 128的一个或多个磁盘子系统而实现的存储节点122。可选地，磁盘子系统被直接连接到控制器106和/或处理器108。
在本发明的示例性实施例中，当分组处理器108接收到数据时，向控制器106提供存储报头信息，控制器106向存储处理器126进行接收确认。可选地，控制器106跟踪缺失数据或带外数据。
在本发明的示例性实施例中，当处理器126生成数据时，在每个数据链(data train)的结尾处，在报头中切换一个位。当分组处理器108检测到此位时，其将报头和/或位和/或分组发送到控制器106，控制器106将该位解释为数据请求已完成的证据。可选地，将每个位值发送到控制器，该控制器可选地计算接收到的位的数目和/或检测特殊的“链尾”值本身。
在216，可选地由分组处理器108来处理内容。可选地，所述处理包括至少去除存储报头并在诸如位速率转换或流注释等进一步的可选处理之前将接收到的IP分组分解成视频大小的分组。
在218，创建流分组并确定其地址，所述流分组例如为可以包括多个(例如7个)MPEG2-TS分组的标准大小的IP分组。在本发明的示例性实施例中，当生成分组时，控制器106得到通知，且作为响应，其可以请求来自存储系统102的更多数据和/或指示发送该流分组，从而根据MPEG2传输报头中可用的定时信息来保持期望的分组速率和/或分组间延迟。可选地，在控制器提供诸如“将帧X处的速率变为速率Y”等一般性指令的情况下由分组处理器来精细地控制定时。
在220，由客户端来接收流分组、将其解码并显示给用户。
在本发明的示例性实施例中，由使地址与用户相关联的系统的后台组件来识别用户。此地址被传递到控制器106，控制器106将其作为请求设定的一部分发送到处理器108。
在某些情况下，可以将单个请求的数据存储在多个位置102处。在本发明的示例性实施例中，控制器106协调数据的收集。在一个示例中，向多个源并行地请求数据并将其缓存在分组处理器处，分组处理器将数据组合成单个流。可选地，控制器106根据何时需要的估计和/或基于从分组处理器108接收到数据的确认调节对每个源102的数据请求的时间，以减少或消除对在分组处理器108处进行缓存的需要。可选地，少量的缓冲存储器在分组处理器处可用并由控制器106来管理。
在某些情况下，由控制器106向多个位置以多拷贝的方式(inmultiple copies)(由控制器106)请求相同的数据，例如以便保证及时递送。可选地，分组处理器108基于例如先到原则来选择要使用的数据。
示例性分组处理
图3是依照本发明的示例性实施方式的专用分组处理器108中的分组处理300的方法的流程图。应认识到虽然将专用分组处理器108描述为一系列模块，但情况不一定如此且可以有其它实施方式。然而，在本发明的示例性实施例中，使得功能元件对应于现有分组处理器的模块和/或功能单元，以便降低成本。
在301，在接收任何内容之前，分组处理器108(可选地，其CPU132)从控制器106接收关于预期流生成的先行(advance)指令。可选地，这些先行指令包括以下各项中的一个或多个：路由表，其使一个或多个源(存储器)地址与一个或多个目标(用户)地址相匹配；要应用的运算符(operator)(可选)及因此的参数；流的大小；MTU和/或其它性质，诸如优先级或哪个处理器组件(如果存在多个)将用于处理流。在本发明的示例性实施例中，将处理器108设定为包括被选择以匹配特定请求的处理需要的处理流。可选地，由控制器106来管理处理器内部的工作负载，条件是这超出了处理器硬件的能力。可选地，控制器106对于每个请求向处理器108提供微码和/或其它固件更新和/或不与任何特定请求同步。
在本发明的示例性实施例中，在控制器106与分组处理器108(和/或系统100的其它组件)之间经由IP连接进行通信，然而，可以使用其它连接方法，例如USB，可选地使用低延迟且可靠的链接方法。
在302，在报头提取器134处，去除接收到的IP分组(或使用另一协议发送的分组)的传输和/或存储报头。
在本发明的示例性实施例中，报头提取器134在数据块完整地到达时向控制器106报告，以便进行流量控制管理。替换地或另外，在本发明的示例性实施例中，将去除的报头发送(304)到控制器106或首先分析并向控制器106发送指示，以便能够进行接收内容的确定。
应注意的是，通过控制器106处理该接收，在分组处理器108中将控制流量简化，以可能地只传输流量控制。可选地，使用路由表来确定将把分组发送到若干处理器108的哪个电路块。
在306，视频划分器(fragmenter)136将接收到的分组分(如果需要)成视频分组(或其它内容分组)。不同的内容类型可以具有不同的分组大小，例如，MPEG2-TS每个分组是188字节。不同的MPEG可以具有不同的报头和/或定时信息，另外，可以使诸如用于MPEG的音频、视频和数据等不同的分组类型交错(interleave)(但不以交错的方式处理)。
在308，由运算符单元138可选地处理视频分组，运算符单元138可以根据期望的处理和/或可用架构包括将被串行地和/或并行地应用的一个或多个运算符。
示例性运算符包括单流运算符(single stream operator)，诸如通过降低位速率来压缩流的“压缩”(未示出)、不做任何事的“无效(null)”(146)、和向流添加标识的“添加标识(logo)”(未示出)和多流运算符，诸如将两个流(诸如主流和广告流)接合在一起的“接合/结合”(148)，将两个或更多流组合成诸如画中画等单个流的“组合”(144)和/或向流上添加语音注释或文本副标题注释的“副标题”(未示出)，该副标题可以作为单独的流而提供。运算符的另一示例是将用一个流的音频替换另一个的“音频交换”。
在本发明的示例性实施例中，如下执行结合运算：路由表包括两个条目，该条目具有不同的源地址，但具有相同的目的地。当路由生效时，该表还可以包括指示(例如分组号码、帧号码、字节计数)。替换地或另外，控制器106实时地决定制定路由表。在两个流中，将数据、视频、音频这些不同的分组类型可选地解复用。当结合被激活时，分组处理器将开始将第二源流式传输至目的地，同时将报头更新为包括与第一源的编号匹配的编号。如果需要，控制器106可选地更新整形器(shaper)单元(140，下文)以便以新的速率发送数据。替换地或另外，由控制器106来协调和/或提供用于使过渡平滑的其它活动，例如音量调整(例如控制器106指示处理器108选择适当的音量分组或处理该分组以指示降低的音量或添加报头信息以控制重放音量)。当重新开始第一流时，报头计数更新可以继续。可选地，由控制器106在适当时使计数复位。
在画中画应用中，由存储系统102来提供两个流，一个包括大画面(例如显示器的3/4)，且一个包括小画面(例如显示器的1/4)。分组处理器使分组交错以生成包括两个画面部分的组合流。
在310，在整形器单元140处就定时要求来控制内容分组。例如，单元140可以构建由包含在MPEG2-TS报头信息内的定时信息导出的分组间间隙。可选地，整形器单元140将分组的退出通知给控制器106，以便可以确定从存储器获得更多内容的时刻。替换地或另外，控制器106基于分组处理器108接收到数据来预测对新分组的需要。
在本发明的示例性实施例中，整形器单元140包括缓冲器以允许分组处理器108相比于对匀速(uniform)传输的要求来补偿数据的非匀速到达。替换地或另外，提供单独的缓冲器。
在本发明的某些实施例中，除了将系统100用于同步媒体之外或作为替代，还将其用于其中定时可能精度较低(例如30％、50％或以上)的媒体，例如HTTP和FTP QOS推送(push)。
在312，由分组组装器142来组装传输分组(例如IP)以便在传输介质上传输(例如WAN或专用馈送器，诸如用于广播或单播，例如RF或光纤)。
示例性握手控制
图4示出依照本发明的示例性实施例的数据检索控制400的方法的流程图。本发明的某些实施例的特定特征是由控制器106尽可能地处理控制过程以便降低其它系统元件的复杂性并使得能够使用更简单且更快速的专用硬件。例如，针对组处理优化分组处理器108，而不是如通常的通用CPU一样用于流量控制。替换地或另外，交换机110用于切换数据而替代控制器106内部的多用总线。在本发明的示例性实施例中，存储器102由于其不需要管理文件系统、将数据封装在多个报头中和/或优化磁盘访问请求而被简化。应注意的是处理器106一般涉及同时处理多个(例如＞10、＞50)流，因此不一定以严格的线性方式来应用该过程。
在本发明的某些实施例中，由单独的处理器来执行某些握手和/或控制或将其包括在系统组件而不是控制器中。
在402，控制器106确定所请求的内容的本体(identity)及其在存储系统102上的位置。
在404，控制器106可选地在确定哪个分组处理器将接收并处理数据之后生成检索内容的指令。在某些情况下，例如，如果所得到的流是包括诸如两个TV频道或电影和广告(可选地使用本领域中已知的方法选择和/或为用户个性化)之类的两个单独内容的组合流，则使用两个或更多分组处理器来生成单个流。
可选地，控制器106负责存储系统和/或分组处理器之间的负载平衡并能够基于即时或预期负载来改变数据的源和/或处理器。替换地或另外，控制器106设置用于不同流和/或系统组件的优先级。可选地，控制器106协调系统组件之间的优先级，以便在一个系统组件处接收高优先级的流在另一系统组件处不会被阻塞。
在本发明的示例性实施例中，负载均衡是基于比较不同处理器和/或数据源的位速率吞吐量。替换地或另外，控制器106通过重新排列请求和/或请求优先级和/或时间来优化磁盘访问以满足请求。替换地或另外，控制器106通过将对多个用户同时请求的那些流的请求组合来优化访问。可选地，源102在数据的报头中标记多用数据。替换地或另外，分组处理器108多播或多重单播(multiple-unicast)此类数据。可选地，控制器106指示数据源102预取数据并将其存储在本地RAM中。替换地或另外，如果可用，则控制器106管理其它高速缓存机构(例如独立高速缓存)。
在406，控制器106从分组处理器108接收其实际上接收到被认为向其发送的数据的确认。如果尚未接收到数据，则分组处理器108将向控制器106发送失败确认(和/或控制器106可以可选地用暂停(time-out)来等待肯定确认)。控制器106可以再次请求数据(404)或者可以生成替代请求(402)。例如，如果存储系统中的磁盘失败且处理器108未能接收到数据，则106将生成对新的源的新请求。然后可以为处理器108定义新的源。在另一示例中，为了防止内容流中的延迟，如果由于某种原因没有较高质量的数据即将到来(或估计其不可用)，则可以访问较低质量的数据。
在408，控制器106接收分组处理器108处理数据的确认。作为响应，控制器106可以请求发送更多的数据(404)。替换地或另外，控制器106可以预测对更多数据的需要且请求适合于发送的此类数据直至分组处理器108指示其已过载。某些数据可能被分组处理器拒绝并在控制器106的监督下被重新检索。
在410，由控制器106来控制输出分组的定时，例如以便保证期望的传输速率。此类控制的一个示例是当不同位速率的两个流被结合时。另一示例是当诸如机顶盒或传输网络等客户端提供其已过载或负载不足的反馈并请求位速率变化时。在本发明的示例性实施例中，此类请求可以直接前进到控制器106或间接地经由后台服务器，并且控制器106控制系统100的各种组件以实现期望的效果。
在412，例如，通过就系统100内和系统100外的数据传输向交换机110提供优先级来可选地确定输出分组的递送(例如到最终用户)。
在414，由控制器106可选地接收用户反馈，例如，对更好质量或对跳过内容的请求。这些请求可选地修改内容检索、处理和/或流式传输。可以由控制器106来处理通常由后台服务器执行的其它功能。
在本发明的其它实施例中，由诸如后台服务器等控制系统100的外部组件来提供用户反馈和跟踪。控制器106可选地将标准视频服务器模拟成此类后台服务器。
示例性数据存储
图5是依照本发明的示例性实施例的数据存储方法500的流程图。通常，此方法除沿相反方向之外，可以类似于方法200地进行：在处理器106的控制器的控制下，从用户向分组处理器108提供数据并随后发送数据以便存储在存储系统102处。
在502，用户请求存储内容。此内容可以由例如用户TV接收机或用户VCR或照相机等本地视频源来提供。替换地或另外，所述内容实际上是由系统100提供的内容，诸如存储的程序和/或由卫星馈送器(satellite feed)等远程和/或现场源提供的内容。
在504，控制器106确定数据的期望源，例如传输信息或替代源(例如用于本地生成或可用的内容或使用本地TV调谐器或卫星馈送器或媒体流，诸如现场音乐会)。替换地或另外，控制器106确定哪个分组处理器将接收内容。
在506，控制器106例如基于可用性、要求带宽和/或音量来选择内容的存储位置。应注意的是在存储过程期间，控制器106可选地跟踪可用存储量和/或数据提供速率对比存储速率，并可以作为响应而赋予附加和/或替代存储位置(多个)。实际存储位置被可选地存储为元数据。
在508，向分组处理器108发送存储信息的指示。可选地，由控制器106来直接提供此指示。替换地，由用户来提供存储位置或其指示。可选地，用户选择存储位置，并且随后控制器106将此位置翻译成物理存储信息。
在510，内容被交换机110接收并传递到分组处理器108。
在512，可选地处理数据，例如，译码成不同的视频格式，转换成不同的位速率，添加水印(或其它CRM方法)以防止未授权复制。可选地，首先由划分器136将数据分解成媒体分组，条件是要执行此类处理的话。
在514，由可选报头插入单元150使用存储信息来定址接收到的内容。
在516，可选地将多个分组组装成(例如通过组装器142)较大存储分组，例如可以将多个1,316字节MTU分组组装成9KB巨型IP帧以便存储。可选地，在此类组装之后添加存储信息。
在518，将存储分组转发到存储系统102并存储。如前所述，控制器106可选地管理握手等并保证用户所发送的数据被实际接收到和/或存储。
在本发明的示例性实施例，通过将数据存储到系统100并随后立即检索数据来将系统100用作缓冲器。可选地，这是用于使TV频道、重放和/或其它时间操作特征暂停。可选地，例如，如果视频流已准备好且随后并未立即需要，则系统100的组件也使用此功能。
分布式数据存储器
某些在先系统的一个缺点是由于共享数据方面的困难，以多拷贝的方式存储可以被多个视频服务器访问的数据，每个服务器一个。在本发明的示例性实施例中，将数据存储与处理分离，以便在理论上可以仅仅存储数据一次并访问多次。然而，出于各种原因，可能需要多存储。第一个原因是提高访问速度(并行化)，这一般在存储系统内实施。附加原因包括负载平衡、可靠性、存储器虚拟化、失败接替、和以下能力：定位并共享网络的不同部分内的存储岛(例如头端、集线器)以节约网络带宽、存储器、诸如占用空间、冷却和功率等的其它资源。
在本发明的示例性实施例中，将数据存储在多个位置上(使用元数据注明)且控制器106基于诸如拥挤和可用带宽等可用性和/或网络属性来确定从哪里检索数据。可选地，还将分组处理器可选地分布在除数据源和/或元数据服务器的位置之外的位置。可选地，控制器106(可以提供多于一个)基于网络条件和/或节点可用性来选择哪些数据源连接到哪些处理器。
在本发明的示例性实施例中，根据需要实时地将数据定址到分组处理器。在某些情况下，可以检索相同的数据两次或更多次，例如，以便加强概率系统中的准时递送。可选地，例如出于失败接替的目的，由控制器106来指示相关分组处理器例如使用多播来降低(drop)复制数据。
示例性混合系统
图6是将现有服务器技术与依照本发明的示例性实施例的服务器结合的视频流服务器系统600的示意性方框图。
在本发明的示例性实施例中，包括内容存储器604的现有技术视频服务器602使用交换机110(或其它装置)连接到WAN 112。在本发明的示例性实施例中，视频服务器602还用于控制一个或多个存储系统102和/或分组处理器108，如上文对于控制器106所述，或者可以提供单独的控制器106。在本发明的示例性实施例中，将元数据存储在存储器604中或单独的位置上。
如图所示，根据实施方式，可以经由交换机110和/或经由专用线来进行数据和/或控制连接。
在本发明的示例性实施例中，可选地用逐渐且用户透明的转接(changeover)来与现有系统并行地提供系统100。
在本发明的示例性实施例中，提供了更新存储器102的方法，其中当由现有服务器602生成流时，并行地向用户和系统100发送流，作为要存储的流(例如图5)。可选地，系统100将机顶盒模拟成服务器602，或者使用其它装置、例如使用分组复制器或通过窃听来获得要发送到远程机顶盒的流的拷贝。
在本发明的示例性实施例中，将系统100用作用于服务器602的高速缓存并且还同时更新。在本实施例中，由后台服务器向控制器106转发请求。如果数据未被存储在系统100中，控制器106可选地通过模拟机顶盒或其它客户端来请求来自视频服务器602的数据并存储且转发该数据。
综述
虽然以上说明已集中于视频数据，但作为替代或者除其它内容类型之外可以应用所述系统和方法，例如流式传输音频。另外，实施方式可以包括软件、硬件、固件和/或其它类型的电路中的一个或多个。与可编程装置相结合的具有用于执行本文所述方法的指令的计算机可读介质也包括本发明的范围内。
应认识到可以以许多方式来修改上述装置，包括改变所使用的布局、材料、元件和结构。还应认识到应将方法和装置的以上详细说明解释为包括用于执行所述方法的装置和使用所述装置的方法。
已使用通过举例提供的本发明的实施例的非限制性详细说明描述了本发明，且并不意图限制本发明的范围。应理解的是相对于一个实施例描述的特征和/或步骤可以用于其它实施例且并不是本发明的所有实施例都具有特定附图所示或就实施例之一描述的所有特征和/或步骤。本领域的技术人员将想到所述实施例的变体。
应注意的是某些上述实施例可以描述发明人预期的最佳方式，并因此包括对于本发明可能不是必不可少且被描述为示例的结构、行为或结构和行为的细节。如本领域所已知的那样，本文所述的结构和行为可被执行相同功能的等价物替换，即使所述结构或行为是不同的。因此，本发明的范围仅仅受限于权利要求中所使用的元素和限制。当在以下权利要求中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”及其同根变形词意指“包括但不限于”。

Claims (28)

1.一种数据流服务器，包括：
(a)至少一个数据存储设备；
(b)至少一个控制器，被配置为控制向所述设备发送数据和从所述设备接收数据中的至少一个；以及
(c)至少一个分组处理器，适合于处理流数据并在不使所述数据通过所述控制器、但同时使用所述控制器的所述控制的情况下与所述数据存储设备交换数据。
2.如权利要求1所述的服务器，其中，所述服务器被配置为生成对来自所述设备的所述数据的请求以便由所述分组处理器来处理。
3.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器是具有以非分组处理为代价的特别适合于分组处理的架构的专用分组处理器。
4.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器在通信方案的传输层级以上的层级不与所述存储设备相交互以确认递送。
5.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器被配置为从所述设备接收所述数据作为具有报头的分组并去除所述报头。
6.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器包括适合于控制所述数据的递送的定时的分组组装器。
7.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器包括被配置为处理所述数据的数据处理器，所述处理包括将两个数据流组合和将两个数据流结合两者中的至少一个。
8.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述分组处理器将所述数据定址到用户。
9.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，包括交换机，该交换机用于将来自所述存储设备的所述数据输送到所述分组处理器。
10.如权利要求9所述的服务器，其中，所述交换机用于将来自所述分组处理器的数据流输送到接收者。
11.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述存储设备被配置为从一个物理实体接收数据请求并将该数据发送到第二物理实体。
12.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述存储设备被配置为将所述数据作为IP分组发送到所述分组处理器。
13.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器包括通用控制器。
14.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器具有到所述设备外部的小于所述分组处理器的带宽的1/4的带宽。
15.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器管理用户请求。
16.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器被配置为接收对数据流的请求并获得应答所述请求的数据的物理存储位置。
17.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，包括至少一个元数据服务器，该元数据服务器存储被存储在所述至少一个数据存储设备上的数据的物理存储位置。
18.如权利要求16所述的服务器，其中，所述控制器被配置为在多个数据存储设备之间进行选择并向其发送数据检索指令。
19.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器被配置为处理所述数据存储设备与所述分组处理器之间的流量控制。
20.如前述权利要求中任何一项多个的服务器，其中，所述控制器被配置为在多个数据存储设备与多个分组处理器之间进行协调。
21.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述数据包括视频数据。
22.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述数据包括音频数据。
23.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述数据包括经复用的音频和视频数据。
24.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述服务器包括由所述控制器控制的多个数据存储设备。
25.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述服务器包括由所述控制器控制的多个处理器。
26.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，其中，所述控制器适合于接收数据存储请求并作为其响应而控制所述分组处理器生成存储分组且控制所述存储设备将所述存储分组存储在由所述控制器设定的位置处。
27.如前述权利要求中任何一项所述的服务器，包括与所述控制器相关联的附加数据存储器，其中，所述控制器适合于经由所述控制器从所述附加存储器向所述处理器发送数据。
28.一种生成数据流的方法，包括：
(a)接收对数据的请求；
(b)由通用处理器来确定所述数据的源位置；
(c)指示所述存储位置在不通过所述通用处理器的情况下向分组处理器发送数据；以及
(d)根据所述请求，由所述发送的数据生成流。
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