CN109803107B - 多媒体数据的嵌入式文件系统及其快速读写方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多媒体数据的嵌入式文件系统及基于该系统的快速读写方法，涉及嵌入式文件系统技术领域。本发明包括：文件系统、系统磁盘；文件系统将系统磁盘划分成包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的三个物理块；全局信息块用于记录全局信息；媒体摘要块包括媒体摘要头和若干媒体摘要集；媒体摘要头用于记录基准信息和最新写入信息；媒体摘要集包括若干媒体摘要；媒体摘要用于表示基本固定时间内的多媒体数据的标识信息和位置信息；媒体数据块包括若干媒体数据元。本发明根据数据、时间和系统磁盘间的特性和关系构建包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的嵌入式文件系统；方便了监控领域的多媒体数据的嵌入式存储，提高了存储效率。

Description

多媒体数据的嵌入式文件系统及其快速读写方法

技术领域

本发明属于嵌入式文件系统技术领域，特别是涉及一种多媒体数据的嵌入式文件系统，以及一种多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法。

背景技术

在视频监控领域，随着高清和超高清摄像机的不断普及，存储的多媒体数据量正呈爆发性增长。监控设备上存储的多媒体数据具有如下特点：一是数据的种类有限，基本上只有录像、图片、定位、报警和日志等类型；二是数据会随着时间源源不断地产生，与时间属性之间存在着强关联；三是数据量巨大，特别是高清录像，一个小时就能达到几个GB的大小。而传统的嵌入式文件系统，如ext3、ext4、NTFS等，作为一种通用的文件系统，并没有考虑到监控领域存储的多媒体数据的特性，因此，存在如下问题：一是长时间的频繁的文件写入和覆盖操作，容易产生大量的碎片文件，导致系统的性能大大降低；二是异常断电容易导致数据丢失，甚至整个文件系统损坏；三是文件与时间的关联度不高，往往需要额外的手段，如配置文件、数据库等来保存这种关联关系，从而导致读写效率较低。

为了解决这些问题，常用的方案为：自定义磁盘存储结构，对录像数据进行流式存储，如：[1]、嵌入式硬盘录像机的流式存储设备及其方法，专利申请号：201410694471.7；[2]、一种嵌入式录像数据存储方法，专利申请号：201510215226.8。这些方法主要是对录像数据进行存储，没有考虑到监控领域中其他各种类型的多媒体数据，往往需要搭配其他的存储方法一起使用。另外，这些方法并没有充分利用数据与时间之间、数据与数据之间、数据与磁盘之间的特性进行存储结构的优化，在存储的数据达到一定量级后，读写磁盘的效率可能会有所降低。

本发明提供了一种多媒体数据的嵌入式文件系统，以及一种多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法，用于解决现有的嵌入式文件系统的快速读写效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供多媒体数据的嵌入式文件系统及其快速读写方法，利用数据、时间和系统磁盘间的特性和关系构建包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的嵌入式文件系统；不同类型的存储介质能够使用统一的方式高效地存储各种多媒体数据，解决了现有的嵌入式文件系统的读写效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为多媒体数据的嵌入式文件系统，包括：文件系统、系统磁盘；

所述文件系统将系统磁盘划分成包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的三个物理块；

所述全局信息块用于记录全局信息；所述全局信息包括视频路数、报警路数、数据保存天数、媒体摘要块开始扇区编号、媒体数据块开始扇区编号以及媒体摘要具有的秒数；

所述媒体摘要块包括媒体摘要头和若干媒体摘要集；所述媒体摘要头用于记录基准信息和最新写入信息；如基准时间、摘要集基准编号、媒体数据块扇区基准编号、最新写入时间偏移量、数据写入扇区编号等；所述媒体摘要头还记录了媒体摘要集的标识信息；所述标识信息用于表示录像的具体数据类型、图片的具体数据类型、定位的具体数据类型、日志的具体数据类型以及报警的具体数据类型；

所述媒体摘要集包括若干媒体摘要；用于表示一段固定时间内的数据信息；所述媒体摘要用于表示基本时间内的多媒体数据的标识信息和位置信息；具体的，一个媒体摘要表示一段粒度更细的固定时间内的多媒体数据的标识和位置信息；所述媒体摘要作为多媒体数据读取和写入的基本单位；这样，就保证了不会频繁地访问磁盘，提高了磁盘的读写效率和使用寿命。另外，因为一个媒体摘要的时间粒度很细，当异常断电时，最多只会丢失一个媒体摘要的数据，不会对整个文件系统带来灾难性影响；

所述媒体数据块包括若干媒体数据元，用于保存多媒体数据；

所述媒体数据元与媒体摘要一一对应，用于表示当前基本时间内的多媒体数据；不同类型的所述多媒体数据在媒体数据元内分段存储；具体的，为了快速找到不同类型的多媒体数据，将其分段进行存储，比如：录像存储在第一段，图片存储在第二段，定位存储在第三段，报警存储在第四段。每段内部再按照路数分开存储，比如：存储完第一路视频的录像，再存储第二路的，依次类推。

优选地，还包括文件系统的格式化；所述格式化包括快速格式化以及安全格式化；所述快速格式化仅对全局信息块以及媒体摘要头格式化，速度较快；所述安全格式化对整个系统磁盘格式化，安全性高；

进行格式化时，将全局信息写入全局信息块，具体包括视频路数、报警路数、数据保存天数、媒体摘要块开始扇区编号、媒体数据块开始扇区编号等；将媒体摘要头的数据全部清零复位，然后将数据块扇区基准编号和数据写入扇区编号设置为媒体数据块开始扇区编号；若进行安全格式化，则还需要将媒体摘要集和媒体数据块的数据全部清零复位。

多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法，包括如下：文件写入和文件读取；

所述文件写入具体包括如下：

S00：将多媒体数据缓冲，缓冲时间为一个媒体摘要具有的秒数，并计算这段时间内各种多媒体数据的标识信息，即每一帧多媒体数据的标识的并集；

S01：判断媒体摘要块是否有空闲的摘要；若没有，则清除部分最早的摘要和数据元，以释放存储空间；

S02：判断媒体数据块是否有空闲的数据元；若没有，则清除部分最早的摘要和数据元，以释放存储空间；

S03：根据媒体摘要头中的信息，找到媒体数据块中需要写入数据的位置，写入多媒体数据；

S04：根据媒体摘要头中的信息，找到对应的媒体摘要集中的媒体摘要，写入多媒体数据的标识信息；

S05：根据媒体摘要头中的信息，更新摘要集标识为原有标识和新写入多媒体数据的标识的并集；同时，更新媒体摘要头中的最新写入时间偏移量、数据写入扇区编号等信息；

所述文件读取包括查询包含多媒体数据的日期、查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录以及读取指定记录的多媒体数据流；

查询包含多媒体数据的日期具体包括如下：

T00：在媒体摘要头的摘要集标识信息中，遍历摘要集基准编号至最新写入时间代表的摘要集编号；

T01：若摘要集标识的值不为0，则将该时间段转换成具体的日期，加入到日期队列中，并跳转到下一个日期表示的第一个摘要集标识信息处继续遍历，最终返回日期队列；

查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录具体包括如下：

M00：根据指定时间段计算媒体摘要头中摘要集标识信息的起始和结束编号，从起始编号遍历到结束编号；

M01：对比摘要集标识信息与指定标识是否匹配；若是，则该时间段包含符合条件的多媒体数据；读取对应的媒体摘要集并遍历其媒体摘要；

M02：对比媒体摘要的标识与指定标识是否匹配；

M03：若标识匹配且查询的多媒体数据为图片、定位、日志以及报警；则根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元，再根据数据元中的数据生成记录队列；

M04：若标识匹配且查询的多媒体数据为录像；记录第一个匹配的媒体摘要的时间作为记录的起始时间，然后记录第一个不匹配的或者达到录像长度的媒体摘要的时间作为记录的结束时间，生成记录队列；

读取指定记录的多媒体数据流具体包括如下：

若指定记录对应的为图片，则根据指定记录中的时间找到对应的媒体摘要，再根据媒体摘要中的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元，返回数据元中的图片数据；

若指定记录对应的为录像，则根据指定记录中的起始时间和结束时间找到媒体摘要的起始和结束编号，从起始编号遍历至结束编号；

根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元；遍历数据元中的每一帧音视频数据。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据数据、时间和系统磁盘间的特性和关系构建包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的嵌入式文件系统；不同类型的存储介质能够使用统一的方式高效地存储各种多媒体数据，方便了监控领域的多媒体数据的嵌入式存储，提高了存储效率。

2、本发明还提供了多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法；写入时，根据媒体摘要头中的信息，找到媒体数据块中需要写入数据的位置，写入多媒体数据；读取时，可以查询包含多媒体数据的日期、查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录以及读取指定记录的多媒体数据流；实现高效读写，方便快捷。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中系统磁盘的整体结构示意图；

图2为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中全局信息块的结构示意图；

图3为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体摘要块的结构示意图；

图4为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体摘要头的结构示意图；

图5为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体摘要集的结构示意图；

图6为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体摘要的结构示意图；

图7为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体数据块的结构示意图；

图8为本发明的多媒体数据的嵌入式文件系统中媒体数据元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8所示，本发明为多媒体数据的嵌入式文件系统，包括：文件系统、系统磁盘；

请参阅图1所示，文件系统将系统磁盘划分成包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的三个物理块；

请参阅图2所示，全局信息块用于记录全局信息；全局信息包括视频路数、报警路数、数据保存天数、媒体摘要块开始扇区编号、媒体数据块开始扇区编号以及媒体摘要具有的秒数；

请参阅图3所示，媒体摘要块包括媒体摘要头和若干媒体摘要集；图3中的媒体摘要集的个数N＝S*24*3600÷T，其中，S表示数据保存天数，T表示每个媒体摘要集代表的秒数。

请参阅图4所示，媒体摘要头用于记录基准信息和最新写入信息；如基准时间、摘要集基准编号、媒体数据块扇区基准编号、最新写入时间偏移量、数据写入扇区编号等；媒体摘要头还记录了媒体摘要集的标识信息；标识信息用于表示录像的具体数据类型、图片的具体数据类型、定位的具体数据类型、日志的具体数据类型以及报警的具体数据类型；比如：录像的标识有计划录像、手动录像、联动录像等，报警的标识有侦测到移动、视频信号丢失等；其中，图4中录像和图片的路数V、报警的路数A均可从全局信息块中获得。可以看到，在媒体摘要头中，集中记录了录像、图片、定位、日志、报警等多媒体数据的所有媒体摘要集的标识信息。这样，查询哪些日期含有多媒体数据时，不需要去后面的媒体摘要集逐个摘要进行查询，直接检索媒体摘要头即可。

请参阅图5所示，媒体摘要集包括若干媒体摘要；用于表示一段固定时间内的数据信息；图5中媒体摘要的个数M＝T÷S，其中，T表示一个媒体摘要集代表的秒数，S表示一个媒体摘要具有的秒数。

请参阅图6所示，媒体摘要用于表示基本时间内的多媒体数据的标识信息和位置信息；具体的，一个媒体摘要表示一段粒度更细的固定时间内的多媒体数据的标识和位置信息；媒体摘要作为多媒体数据读取和写入的基本单位；这样，就保证了不会频繁地访问磁盘，提高了磁盘的读写效率和使用寿命。另外，因为一个媒体摘要的时间粒度很细，当异常断电时，最多只会丢失一个媒体摘要的数据，不会对整个文件系统带来灾难性影响；

请参阅图7所示，媒体数据块包括若干媒体数据元，用于保存多媒体数据；

请参阅图8所示，媒体数据元与媒体摘要一一对应，用于表示当前基本时间内的多媒体数据；不同类型的多媒体数据在媒体数据元内分段存储；具体的，为了快速找到不同类型的多媒体数据，将其分段进行存储，比如：录像存储在第一段，图片存储在第二段，定位存储在第三段，报警存储在第四段。每段内部再按照路数分开存储，比如：存储完第一路视频的录像，再存储第二路的，依次类推。其中，图8可以看到，在一个媒体摘要对应的时间内，不同类型的多媒体数据是集中分段存储的。这样，通过头部的偏移量和长度信息就能计算出数据的具体位置，进而获取所有的数据，大大提高了读写的效率。

其中，还包括文件系统的格式化；格式化包括快速格式化以及安全格式化；快速格式化仅对全局信息块以及媒体摘要头格式化，速度较快；安全格式化对整个系统磁盘格式化，安全性高；

进行格式化时，将全局信息写入全局信息块，具体包括视频路数、报警路数、数据保存天数、媒体摘要块开始扇区编号、媒体数据块开始扇区编号等；将媒体摘要头的数据全部清零复位，然后将数据块扇区基准编号和数据写入扇区编号设置为媒体数据块开始扇区编号；若进行安全格式化，则还需要将媒体摘要集和媒体数据块的数据全部清零复位。

多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法，包括如下：文件写入和文件读取；

文件写入具体包括如下：

S00：将多媒体数据缓冲，缓冲时间为一个媒体摘要具有的秒数，并计算这段时间内各种多媒体数据的标识信息，即每一帧多媒体数据的标识的并集；

S01：判断媒体摘要块是否有空闲的摘要；若没有，则清除部分最早的摘要和数据元，以释放存储空间；

S02：判断媒体数据块是否有空闲的数据元；若没有，则清除部分最早的摘要和数据元，以释放存储空间；

S03：根据媒体摘要头中的信息，找到媒体数据块中需要写入数据的位置，写入多媒体数据；

S04：根据媒体摘要头中的信息，找到对应的媒体摘要集中的媒体摘要，写入多媒体数据的标识信息；

S05：根据媒体摘要头中的信息，更新摘要集标识为原有标识和新写入多媒体数据的标识的并集；同时，更新媒体摘要头中的最新写入时间偏移量、数据写入扇区编号等信息；

文件读取包括查询包含多媒体数据的日期、查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录以及读取指定记录的多媒体数据流；

查询包含多媒体数据的日期具体包括如下：

T00：在媒体摘要头的摘要集标识信息中，遍历摘要集基准编号至最新写入时间代表的摘要集编号；其中，最新写入时间代表的摘要集编号的计算公式为：

N＝(O÷T+B)％C

其中，O表示最新写入时间偏移量，T表示一个媒体摘要集代表的秒数，B表示摘要集基准编号，C表示摘要集的总个数。

T01：若摘要集标识的值不为0，则将该时间段转换成具体的日期，加入到日期队列中，并跳转到下一个日期表示的第一个摘要集标识信息处继续遍历，最终返回日期队列；

查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录具体包括如下：

M00：根据指定时间段计算媒体摘要头中摘要集标识信息的起始和结束编号，从起始编号遍历到结束编号；

M01：对比摘要集标识信息与指定标识是否匹配；若是，则该时间段包含符合条件的多媒体数据；读取对应的媒体摘要集并遍历其媒体摘要；

M02：对比媒体摘要的标识与指定标识是否匹配；

M03：若标识匹配且查询的多媒体数据为图片、定位、日志以及报警；则根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元，再根据数据元中的数据生成记录队列；

M04：若标识匹配且查询的多媒体数据为录像；记录第一个匹配的媒体摘要的时间作为记录的起始时间，然后记录第一个不匹配的或者达到录像长度的媒体摘要的时间作为记录的结束时间，生成记录队列；

读取指定记录的多媒体数据流具体包括如下：

若指定记录对应的为图片，则根据指定记录中的时间找到对应的媒体摘要，再根据媒体摘要中的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元，返回数据元中的图片数据；

若指定记录对应的为录像，则根据指定记录中的起始时间和结束时间找到媒体摘要的起始和结束编号，从起始编号遍历至结束编号；

根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的数据元；遍历数据元中的每一帧音视频数据。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种多媒体数据的嵌入式文件系统，其特征在于，包括：文件系统、系统磁盘；

所述文件系统将系统磁盘划分成包括全局信息块、媒体摘要块和媒体数据块的三个物理块；

所述全局信息块用于记录全局信息；所述全局信息包括视频路数、报警路数、数据保存天数、媒体摘要块开始扇区编号、媒体数据块开始扇区编号以及媒体摘要具有的秒数；

所述媒体摘要块包括媒体摘要头和若干媒体摘要集；

所述媒体摘要头用于记录基准信息和最新写入信息；所述媒体摘要头还记录了媒体摘要集的标识信息；所述标识信息用于表示录像的具体数据类型、图片的具体数据类型、定位的具体数据类型、日志的具体数据类型以及报警的具体数据类型；

所述媒体摘要集包括若干媒体摘要；用于表示一段固定时间内的数据信息；所述媒体摘要用于表示基本时间内的多媒体数据的标识信息和位置信息；其中，所述固定时间为一个媒体摘要集代表的秒数，所述基本时间为一个媒体摘要具有的秒数；

所述媒体摘要作为多媒体数据读取和写入的基本单位；

所述媒体数据块包括若干媒体数据元，用于保存多媒体数据；

所述媒体数据元与媒体摘要一一对应，用于表示当前基本时间内的多媒体数据；不同类型的所述多媒体数据在媒体数据元内分段存储。

2.一种根据权利要求1所述的多媒体数据的嵌入式文件系统，其特征在于，还包括文件系统的格式化；所述格式化包括快速格式化以及安全格式化；所述快速格式化仅对全局信息块以及媒体摘要头格式化；所述安全格式化对整个系统磁盘格式化；

进行快速格式化时，将全局信息写入全局信息块；将媒体摘要头的数据全部清零复位，然后将数据块扇区基准编号和数据写入扇区编号设置为媒体数据块开始扇区编号；若进行安全格式化，则还需要将媒体摘要集和媒体数据块的数据全部清零复位。

3.一种如权利要求1-2任意一所述的多媒体数据的嵌入式文件系统的快速读写方法，其特征在于，包括如下：文件写入和文件读取；

所述文件写入具体包括如下：

S00：将多媒体数据缓冲，缓冲时间为一个媒体摘要具有的秒数，并计算缓冲时间内各种多媒体数据的标识信息；

S01：判断媒体摘要块是否有空闲的媒体摘要；若没有，则清除部分最早的媒体摘要和媒体数据元，以释放存储空间；

S02：判断媒体数据块是否有空闲的媒体数据元；若没有，则清除部分最早的媒体摘要和媒体数据元，以释放存储空间；

S03：根据媒体摘要头中的信息，找到媒体数据块中需要写入数据的位置，写入多媒体数据；

S04：根据媒体摘要头中的信息，找到对应的媒体摘要集中的媒体摘要，写入多媒体数据的标识信息；

S05：根据媒体摘要头中的信息，更新摘要集标识为原有标识和新写入多媒体数据的标识的并集；同时，更新媒体摘要头中的最新写入时间偏移量、数据写入扇区编号信息；

所述文件读取包括查询包含多媒体数据的日期、查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录以及读取指定记录的多媒体数据流；

查询包含多媒体数据的日期具体包括如下

T00：在媒体摘要头的摘要集标识信息中，遍历摘要集基准编号至最新写入时间代表的摘要集编号；

T01：若摘要集标识的值不为0，则将该媒体摘要集代表的秒数换算成具体的日期，加入到日期队列中，并跳转到下一个日期表示的第一个摘要集标识信息处继续遍历，最终返回日期队列；

查询指定时间段指定标识的多媒体数据记录具体包括如下：

M00：根据指定时间段计算媒体摘要头中摘要集标识信息的起始和结束编号，从起始编号遍历到结束编号；

M01：对比摘要集标识信息与指定标识是否匹配；若是，则指定时间段对应的媒体摘要集包含符合条件的多媒体数据；读取对应的媒体摘要集并遍历其媒体摘要；

M02：对比媒体摘要的标识与指定标识是否匹配；

M03：若标识匹配且查询的多媒体数据为图片、定位、日志以及报警；则根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的媒体数据元，再根据媒体数据元中的数据生成记录队列；

M04：若标识匹配且查询的多媒体数据为录像；记录第一个匹配的媒体摘要的时间作为记录的起始时间，然后记录第一个不匹配的或者达到录像长度的媒体摘要的时间作为记录的结束时间，生成记录队列；

读取指定记录的多媒体数据流具体包括如下：

若指定记录对应的为图片，则根据指定记录中的时间找到对应的媒体摘要，再根据媒体摘要中的位置信息读取媒体数据块中对应的媒体数据元，返回媒体数据元中的图片数据；

若指定记录对应的为录像，则根据指定记录中的起始时间和结束时间找到媒体摘要的起始和结束编号，从起始编号遍历至结束编号；

根据媒体摘要的位置信息读取媒体数据块中对应的媒体数据元；遍历数据元中的每一帧音视频数据。

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