CN1750164A - 一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法，主要包括文件预创建过程、录像数据文件首次写入过程和录像数据文件覆盖写入过程。文件预创建过程包括硬盘格式化、创建分区及预先创建2个索引文件和N个M字节大小数据文件；录像数据文件首次写入过程是将压缩后的视音频数据流写入已预先创建的数据文件中的一个，直至硬盘录像机连接的所有硬盘上的数据文件全部使用完；录像数据文件覆盖写入过程是在用户选择覆盖已有录像数据的前提下，将最新输入的视音频压缩数据流存储到结束记录时间最早的数据文件中，循环往复。本发明的优点：不会产生文件碎片，硬盘上录像资料的存取效率永远不会随着录像时间长了而降低。

Description

一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统中硬盘文件管理方法，特别涉及一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法。

背景技术

我们知道，DVR(digital video recorder，数字硬盘录像机)需要实时记录大量的视音频压缩数据流到硬盘(包括移动硬盘)上。传统的DVR文件管理方法是这样的：先格式化硬盘并创建分区，当DVR录像工作时，把一个固定时间段(比如30分钟)的数据存储为一个文件。即某一路开始录像时创建一个文件，将该路压缩后的数据存储到该文件，规定时间到，则结束对该文件的写入，紧接着再创建一个新文件，继续将压缩后的数据写入新文件中，由于监控场景的变化，同样时间记录的数据文件长度是不同的；而且当硬盘空间使用完，不更换硬盘需要继续录像时，就必须删除硬盘上的旧文件，重新建立新文件继续写入，由于数字硬盘录像机在删除文件的时候仍然在录像，所以将不可避免地会产生文件碎片。因此，传统的数字硬盘录像机文件管理方式需要不定时的整理硬盘碎片。碎片整理就是将非连续存放的文件重新写到硬盘连续扇区的过程，其结果可以提高数据存取效率。通过文件碎片整理来优化系统性能非常重要，但是整理硬盘碎片是一件费时费力的工作，对硬盘的寿命也有着不小副作用。文件碎片过多不仅会导致系统在读写文件时不停地来回寻道，从而引起系统性能下降(这是因为对硬盘的读写操作包括以下三个步骤：寻道、读写数据、数据在硬盘高速缓存和内存中传输的后处理/前处理。其中由磁头机械运动构成的寻道时间在很大程度上影响着文件读写的效率，因为磁盘读写位于磁头下方一个扇区数据所需时间仅为将磁头移到另一磁道再读写相同数据所需时间的五分之一)，严重时甚至引起在删除和建立文件的过程中，系统超负荷运行，来不及记录新的录像数据，造成录像资料丢失以及缩短硬盘寿命。而且监控应用的数字硬盘录像机一般都要求24小时不间断工作，不允许在工作的过程中进行硬盘碎片整理操作。所以，防止文件碎片产生是DVR厂商面临的必须解决的紧迫问题之一。

发明内容

针对传统的DVR录像文件管理方法存在的文件碎片多，读写速度慢等不足，本发明提供了一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法。

本发明所采用的技术方案主要包括文件预创建过程、录像数据文件首次写入过程和录像数据文件覆盖写入过程。组成技术方案的文件预先连续创建过程包括以下步骤：

11)、硬盘格式化并创建分区。格式化数字硬盘录像机所配硬盘，根据硬盘物理大小，把每个硬盘分成若干个分区。

12)、预先创建索引文件和N个固定M字节大小的数据文件。每个硬盘分区由索引文件区和数据文件区2个部分组成。索引文件记录数据文件开始时间、结束时间、录像片断大小，文件序号(名称)、数据文件状态等信息，文件序号(名称)按自然数顺序编号，数据文件状态包括未记录、已记录、正在记录三种。在数据文件区创建N个固定M字节大小的数据文件，所创建的数据文件内容是全为0x00或0xFF的初始化数据且文件状态为未记录。

由于是连续创建数据文件，所以可保证数据文件存放在硬盘的连续扇区中。

组成技术方案的录像数据文件首次写入过程包括以下步骤：

假定数字硬盘录像机有Q路视音频压缩数据需要记录，Q为1、2、4、8、12、16中的任何一个正整数，N远大于Q。

21)、将Q路中某一路的录像开始时间、正在记录等信息写入索引文件；

22)、将该路压缩后的视音频数据流依文件序号写入已预先创建的N个数据文件中的一个；

23)、当正在写入的一个固定M字节大小的数据文件已写满时，把文件结束时间、录像片断大小、已记录等信息写入索引文件；

Q路中任一路录像数据记录均依步骤21)、22)、23)执行。

24)、检查该硬盘上数据文件是否使用完，如果是，执行步骤25)。如果否，查找索引文件中下一个数据文件序号(名称)和文件状态信息，查找到硬盘上下一个未记录的已预创建的数据文件，并切换到该可用数据文件，转步骤21)，继续写入过程。

25)、检查连接到数字硬盘录像机上的所有硬盘上的数据文件是否全部使用完，如果是，执行步骤26)。如果否，切换到该硬盘，转步骤21)，继续写入过程。

26)、由用户决定硬盘上的数据是否需要保留，如果是，结束录像操作，备份录像数据。如果否，执行录像数据文件覆盖写入过程。

组成技术方案的录像数据文件覆盖写入过程包括以下步骤：

31)、查找所有硬盘上索引文件记录的信息，找出结束记录时间最早的数据文件，并指向该数据文件。

32)、接下来的文件覆盖写入过程与录像数据文件首次写入过程的步骤21)、22)、23)相同。不同点仅在于步骤22)中用于存储录像数据的文件是步骤31)查找出的结束记录时间最早的数据文件；

Q路中任一路录像数据覆盖到旧文件均依步骤31)、32)执行，循环往复。

其中，在索引文件区可以创建内容完全相同的2个索引文件，其作用是当文件检索或回放时，如果某一个索引文件校验出错，则启用另外一个备份的索引文件。

本发明有益的效果是：按照以上操作步骤，由于所有文件都在初始化时建立，所以可以保证硬盘上的每一个文件永远都是存放在连续的磁盘空间。硬盘录像机工作过程中，不删除、不在硬盘上新创建数据文件，不会改变文件的长度、存储位置等信息，不需要重新分配磁盘空间，只是改写数据文件和索引文件内容，所以不会产生文件碎片，因此硬盘上录像资料的存取效率永远不会随着录像时间增长而降低，而且不需要定期对硬盘进行碎片整理，可有效减少硬盘故障，延长硬盘使用寿命。

附图说明

图1是本发明工作流程图；

图2是本发明预创建文件组成示意图；

图3是具体实施例中单路数字硬盘录像机录像时文件写入及写满覆盖示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和实例，对本发明的防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法做进一步阐述。

本发明所采用的技术方案包括文件预创建过程、录像数据文件首次写入过程和录像数据文件覆盖写入过程。

预创建过程如下：

硬盘格式化并创建分区。首先对硬盘做格式化，格式化后根据磁盘大小分区，最少分成1个分区，最多分成4个分区。例如：1个120GB的硬盘，可根据需要分成2个硬盘分区，每个分区大小为60GB(硬盘格式化后，实际可用分区大小一般为原来大小的95％左右，即57GB左右，分区时根据实际可用大小相应调整，下同)，也可根据需要分成3个分区，每个分区大小为40GB。

预先创建2个索引文件和N个固定M字节大小的数据文件(如图2所示)，例如M＝128MB。每个硬盘分区由索引文件区和数据文件区2个部分组成。在索引文件区创建2个索引文件，2个索引文件的内容是相同的。其作用是当文件检索或回放时，如果某一个索引文件校验出错，则启用另外一个备份的索引文件。索引文件记录数据文件开始时间、结束时间、录像片断大小，文件序号(名称)、数据文件状态等信息，文件序号(名称)按自然数顺序编号，数据文件状态包括未记录、已记录、正在记录三种。索引文件大小由以下公式计算：文件头+(文件索引+文件片段索引)×文件数，其中，文件头为512Bytes，文件索引长度为16Bytes，文件片段索引长度为8192Bytes，所以索引文件大小＝512+8208×N，N是数据文件的个数。由于索引文件相比于128MB数据文件所占空间很小，1000个128MB数据文件所占硬盘空间为128GB，其相应的2个索引文件总长度只有16MB，所以，一般情况下，可先根据实际可用分区大小计算可创建128MB固定大小文件个数，剩余空间留给索引文件即可，如果校验后，索引文件空间不够，则相应地少建立一个数据文件。在数据文件区根据计算结果，创建N个128MB固定大小文件，所创建的数据文件内容是全为0x00或0xFF的初始化数据且文件状态为未记录。因为是连续创建文件，所以这些数据文件占用连续的磁盘扇区。例如：对1个40GB的分区来说(实际可用空间约38GB)可建立296个128MB的数据文件和2个2.43MB索引文件。

如果一台DVR上接有多块硬盘，每个硬盘都按上述2个步骤初始化以备下面数字硬盘录像机工作时存储视音频压缩数据。

录像数据文件首次写入过程如下：假定数字硬盘录像机有Q路视音频压缩数据需要记录，Q为1、2、4、8、12、16中的任何一个正整数，N远大于Q，下面以8路数字硬盘录像机为例说明录像记录过程。

8路数字硬盘录像机是指具有对8个通道的输入视音频数据同时进行实时压缩处理并存储为文件的嵌入式设备。当DVR开始工作启动录像时，先将录像数据存储在第1块硬盘上。第1个数据文件写入过程如下：将最先启动的某一路录像的开始时间、正在记录等信息写入索引文件；同时将该路压缩后的视音频数据流写入已预先创建的N个数据文件中的第1个文件；当第1个固定M字节，例如128MB，大小的数据文件已写满时，把文件结束时间、录像片断大小、已记录等信息写入索引文件；第2个128MB大小的数据文件存储的是随后启动的8路中的另外某一路的录像数据，写入步骤与第1个文件写入步骤相同。同理，已启动的8路中的其它路都可对应某一个数据文件并写入。

当某一个128MB数据文件记录满后，查找索引文件中下一个未记录的已预创建的数据文件序号(名称)，并切换到该可用数据文件，继续单个数据文件写入过程。重复上述过程，直到该硬盘上数据文件全部使用完。

如果该DVR接有多块硬盘(8路数字硬盘录像机最多可接8块硬盘)，则每一块硬盘上数据文件的写入方法同第1块硬盘，重复上述过程，直到连接到数字硬盘录像机上的所有硬盘上的数据文件全部使用完。

此时，由用户决定硬盘上的数据是否需要保留，如果是，则暂时结束录像操作，或者换硬盘，执行文件预创建过程、录像数据文件首次写入过程继续录像；或者备份硬盘上的录像数据后，执行录像数据文件覆盖写入过程。如果否，执行录像数据文件覆盖写入过程。

录像数据文件覆盖写入过程如下：

首先查找所有硬盘上索引文件记录的信息，找出结束记录时间最早的数据文件，并指向该数据文件。

接着修改索引文件中该数据文件对应的录像开始时间为当前时间、文件状态信息为正在记录；

然后将待存储的视音频压缩数据流写入该结束记录时间最早的数据文件；

当这个固定128MB字节大小的数据文件已写满时，把文件结束时间、录像片断大小、已记录等信息写入对应索引文件；

重复以上单个录像数据文件覆盖写入过程，可不断将新的视音频压缩数据覆盖到老的数据文件中，循环往复。

作为特例，单路数字硬盘录像机数据文件覆盖写入顺序与文件序号一致(如图3所示)，即首先覆盖第1个文件，然后覆盖第2个文件，顺序执行下去。但是多路数字硬盘录像机数据文件覆盖写入顺序与文件序号可能不一致，因为每一路压缩视音频数据流的大小是不同的，所以文件序号在后的数据文件可能录像结束记录时间早于文件序号在前的数据文件。

由具体实施例可知，用于存储录像资料的数据文件和用于存储数据文件信息的索引文件均已在数字硬盘录像机初始化时创建，整个录像的过程中没有创建文件和删除文件的过程，也不会去修改数据文件的长度，因此彻底解决了数字硬盘录像机文件碎片问题。

Claims (2)

1、一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法，其特征是：主要包括文件预创建过程、录像数据文件首次写入过程和录像数据文件覆盖写入过程：

文件预先连续创建过程主要包括以下步骤：

11)硬盘格式化并创建分区：格式化数字硬盘录像机所配硬盘，根据硬盘物理大小，把

每个硬盘分成若干个分区；

12)预先创建索引文件和N个固定M字节大小的数据文件：每个硬盘分区由索引文件区和数据文件区2个部分组成，索引文件记录数据文件开始时间、结束时间、录像片断大小，文件序号、数据文件状态等信息，数据文件状态包括未记录、已记录、正在记录三种；在数据文件区创建N个固定M字节大小的数据文件，所创建的数据文件内容是全为0x00或0xFF的初始化数据且文件状态为未记录；

录像数据文件首次写入过程包括以下步骤：假定数字硬盘录像机有Q路视音频压缩数据需要记录，Q为1、2、4、8、12、16中的任何一个正整数；

21)将Q路中某一路的录像开始时间、正在记录等信息写入索引文件；

22)将该路压缩后的视音频数据流依文件序号写入已预先创建的N个数据文件中的一个；

23)当正在写入的一个固定M字节大小的数据文件已写满时，把文件结束时间、录像片断大小、已记录等信息写入索引文件；Q路中任一路录像数据记录均依步骤21)、22)、23)执行；

24)检查该硬盘上数据文件是否使用完，如果是，执行步骤25)；如果否，查找索引文件中下一个数据文件序号和文件状态信息，查找到硬盘上下一个未记录的已预创建的数据文件，并切换到该可用数据文件，转步骤21)，继续写入过程；

25)检查连接到数字硬盘录像机上的所有硬盘上的数据文件是否全部使用完，如果是，执行步骤26)；如果否，切换到该硬盘，转步骤21)，继续写入过程；

26)由用户决定硬盘上的数据是否需要保留，如果是，结束录像操作，备份录像数据；如果否，执行录像数据文件覆盖写入过程；

录像数据文件覆盖写入过程包括以下步骤：

31)查找所有硬盘上索引文件记录的信息，找出结束记录时间最早的数据文件，并指向该数据文件；

32)接下来的文件覆盖写入过程与录像数据文件首次写入过程的步骤21)、22)、23)相同，不同点仅在于步骤22)中用于存储录像数据的文件是步骤31)查找出的结束记录时间最早的数据文件；

Q路中任一路录像数据覆盖到旧文件均依步骤31)、32)执行，循环往复。

2、根据权利要求1所述的防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法，其特征在于：在索引文件区创建2个索引文件，2个索引文件的内容是相同的，当文件检索或回放时，如果某一个索引文件校验出错，则启用另外一个备份的索引文件。

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