CN1889184A

CN1889184A - 一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法

Info

Publication number: CN1889184A
Application number: CN 200610019629
Authority: CN
Inventors: 李志刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2007-01-03

Abstract

本发明公开了一种多路音视频流的线性扇区存储方法，特别适用于数字硬盘录像机的存储系统，主要包括：将各个通道采集的原始音视频数据包添加包头，再写入硬盘连续扇区的过程。由于数据每次写入硬盘时都是写入连续的扇区，保证了磁头不会频繁的、大跨度的寻道，本发明优化了多路音视频流的硬盘存储，降低硬盘的负荷并延长其寿命、提高了数据存储效率、增强了数据的错误恢复能力。

Description

一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法

技术领域

本发明涉及一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，特别适用于数字硬盘录像机的存储系统。

背景技术

据不完全统计目前数字硬盘录像机70％的故障来自硬盘的故障，而硬盘硬件故障中几乎有90％集中于磁头故障。然而目前硬盘录像机的存储系统普遍采用的存储方式是损坏磁头的主要原因，其方法是：(1)在硬盘中建立适当的硬盘分区并格式化；(2)在硬盘分区中为每个录像通道建立一个文件；(3)从音视频压缩系统获取音视频数据包，将该数据包存储到与该通道对应的文件中；(4)当文件尺寸达到一定的数量时形成一个文件，再为下一个时间段的数据建立一个文件继续存入音视频流，所有的录像资料以多个文件的形式存储在硬盘中；(6)采用循环录像方式，自动删除最老的录像文件。在这个过程中可以分析导致硬盘磁头损坏的原因为：(1)多通道同时录像、同时写入，导致磁头在各通道文件之间频繁来回移动，以实现多任务同时写入，导致磁头频繁移动；(2)录像资料在写入的过程中除了要写入录像数据外还要访问文件系统的系统信息或索引信息，增加了磁头移动频率；(3)频繁的建立删除文件，产生大量硬盘碎片，使磁头移动频率剧增；(4)磁头的频繁移动产生振动和噪音，同时增加了硬盘功耗和发热。用于保安监控用的硬盘录像机通常是长年累月24小时不间断工作，磁盘工作时间长，久而久之造成磁头臂变形、磁头移位、磁头断裂及由振动造成的其它机械损伤。另外磁头的频繁移动增加了磁头寻道时间，使硬盘的写入效率降低。

另外意外断电也是使硬盘录像机硬盘产生故障的原因。意外断电导致硬盘正写入的信息丢失，造成文件系统错误，文件系统错误导致所有录像文件或部分录像文件丢失且不易恢复，而且在文件系统错误修复前影响系统继续向硬盘写入数据；如果正当磁头背离磁头着陆区高速移动的时候系统突然断电，由于磁臂惯性的原因，磁头不会立即回复到磁头的安全着陆区，而仍然飞向远离着陆区的位置，这延迟了正常着陆时间，当盘片转速减到能使磁头飞起的最小值后，磁头即和盘片发生碰撞，导致数据丢失、磁头盘片受损。

上面介绍的基于多个文件的音视频数据的存储方式，主要环节为：

从音视频压缩系统获取一个数据包→判断数据包所属通道号→存储该数据包到通道对应的文件。

多个通道的数据采集并存储时，磁头必须来回巡道，以写入多个不同的文件。当24小时不间断工作时，对普通IDE硬盘无法承受这样的负荷。通道数少的情况下问题不明显，通道数大的情况下则难以工作，例如：共有16个通道，按25帧/秒的帧率压缩音视频流，若音视频压缩系统将每3帧作为一个数据包提供给存储程序，则16个通道共有：16×25÷3≈133个数据包，这133个数据必须在1秒钟内分别存储到16个文件中，即磁头巡道的频率为133次/秒，硬盘根本无法工作。

为了避免该情况的发生各厂商在存储大路数的音视频数据时，采用了缓冲数据的方式，即：

从音视频压缩系统获取一个数据包→判断数据包所属通道号→数据包存储到对应通道的缓冲区→缓冲区数据一次性写入对应通道的文件。

例如：共有16个通道，按25帧/秒的帧率压缩音视频流，若音视频压缩系统将每3帧作为一个数据包提供给存储程序，共16个缓冲区，缓冲1秒的数据，则磁头巡道的频率为16次/秒，若缓冲2秒的数据，则磁头巡道的频率为8次/秒。可见缓冲的时间越长，磁头巡道的频率越低：

磁头的巡道频率＝通道数÷缓冲时间。

为了实现磁头巡道频率在1次/秒的低巡道频率，16个通道须缓冲16秒的数据，每个通道以704×576的分辨率实时压缩图像，视频压缩码率为2Mbps，则16个16秒的缓冲区为64M字节。而实际情况下为应付特殊情况，可能会需要更大的缓冲区。当通道数继续扩充到64路时，则需要缓冲64秒的数据，缓冲区至少需要256M字节。大的缓冲不但会增加内存，使硬件成本升高，而且在断电时缓冲区中的数据将全部丢失。

专利申请号为200510050829.3的“一种防止文件碎片产生的数字硬盘录像机文件管理方法”虽然在一定程度上优化了硬盘录像机的存储，但仍然无法避免因采用文件来存储音视频数据流所带来的弊端。

发明内容

本发明的目的是优化多路音视频流的硬盘存储，提供一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，降低硬盘的负荷并延长其寿命、提高数据防问效率、增强数据的错误恢复能力。

本发明中数据的采集基于一种音视频压缩系统，该音视频压缩系统提供一种获取压缩音视频数据流的方式：音视频压缩系统将压缩好的数据流以数据包的形式发给用户程序，并指明该数据包的视频通道号、数据包类型，让用户程序进行处理。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)系统加电启动之后，先恢复硬盘的写指针为断电前的硬盘写指针；

(2)获取从音视频压缩系统产生的一个原始音视频数据包，添加包头信息，包头信息包括：验证标志、通道号、原始音视频数据包的字节数、数据包生成的时刻；

(3)将已添加包头的音视频数据包写入硬盘写指针指向的位置，然后将硬盘写指针指向刚写入的数据之后；

(4)保存当前的硬盘写指针的到一个断电保持存储器中，或者不保存当前的硬盘写指针直接执行下一步骤；

(5)重复步骤(2)～(4)直到硬盘写满或用户终止。

以上所述方法，步骤(1)、(3)、(4)中硬盘写指针是指：指向当前硬盘写入位置的以硬盘存储区开始位置按字节偏移的指针。

以上所述方法，步骤(4)中，断电保持存储器，是指断电后能保持数据不丢失的存储器。例如带电池的ROM、FLASH存储器、硬盘。

以上所述方法，步骤(1)中，恢复硬盘的写指针为断电前的硬盘写指针的过程是指：若步骤(4)中的断电保持存储器已保存有断电前的硬盘写指针则直接读取断电保持存储器中存储的硬盘写指针作为断电前的硬盘写指针，或者若步骤(4)中未保存断电前的硬盘写指针，则采用折半查找法搜索硬盘中的数据包，读取数据包头中的时间信息，找到时间最新的数据包，以该最新数据包之后的位置为上次断电前的硬盘写指针。

上述数据写入过程实现了数据的连续扇区写入，保证了磁头的巡道按一线性的方式运动，而不是跳跃的方式运动。连续的两个扇区物理相对位置有两种：(1)在相同的柱面上，磁头不需寻道；(2)在相邻的柱面上，磁头横向移动一个磁道的位置。因此每次寻道的最大跨度为一个磁道，寻道距离微小，所以寻道安静、稳定。

包头信息方便了数据的读取过程，验证标志标示了包的起始位置，再结合数据包的长度信息即可从标志位置开始一次读出整个数据包，通道号信息标示了该数据包所属的通道，数据包生成的时刻信息标示了该视频数据生成的时刻，方便了建立时间索引实现快速检索数据。

还原各通道的音视频数据流时，依次从硬盘中读出每个数据包，根据包头中的通道号选择某通道的数据包，去掉数据包头，即还原为原始的音视频数据流。

本发明的优点是：(1)多通道的数据流通过单一的数据流的方式线性写入硬盘，硬盘连续扇区写入数据时磁头跳跃巡道距离极小，写盘时磁头工作稳定，断电时磁头能及时回复到安全着陆区，延长了硬盘的寿命；(2)磁头无须频繁寻道，提高了数据读写的效率。(3)存储方式基于最底层的扇区存储，完全杜绝基于文件系统易被破坏的弊端，基于本发明的存储方式可不借助任何索引信息就可直接从硬盘的任何位置根据包头信息连续取出音视频数据包还原原始视频流，断电时只会引起极少量的数据包丢失或错乱，而不会导致大量数据丢失，具有很强的错误恢复能力；

附图说明

图1是本发明的示意图。

图1兼做摘要附图。

具体实施方式

下面通过两个实施例说明该技术方案的具体实施方式：

实施例一：

假设系统中存在一个FLASH存储器

(1)系统加电启动之后，先从系统FLASH存储器中读出断电前的硬盘写指针；

(4)保存当前的硬盘写指针到系统FLASH存储器中；

(5)重复步骤(2)～(4)直到硬盘写满或用户终止。

实施例二：

假设系统中安装有一个容量为300G的硬盘，系统启动后采用搜寻的方式找到断电前硬盘的写指针位置：

(1)系统加电启动之后，采用折半查找法搜索硬盘中的数据包，读取数据包头中的时间信息，找到时间最新的数据包，以该最新数据包之后的位置为上次断电前的硬盘写指针。搜索时每次从硬盘中读取64K字节的数据，300G的硬盘共有4915200个64K的数据块，找到时间最新数据包的所属的64K数据块的最大次数为log24915200≈22次，硬盘每次巡道读取数据的时间约为14毫秒，搜索各数据包则总共需花费检索时间308毫秒。找到时间最新数据包的所属的64K数据块的方法是在读入内存中的64K数据块中搜索数据包的包头标志，找到包头验证标志后即可读取包头的时间信息。再在最后64K的数据块中依次查询各数据包包头的时间信息，即可找到时间最新的数据包的位置。

(4)重复步骤(2)、(3)直到硬盘写满或用户终止。

Claims

1、一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，包括以下步骤：

(5)重复步骤(2)～(4)直到硬盘写满或用户终止。

2、如权利要求1所述一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，其特征在于：步骤(1)、(3)、(4)中硬盘写指针是指：指向当前硬盘写入位置的以硬盘存储区开始位置按字节偏移的指针。

3、如权利要求1所述一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，其特征在于：步骤(4)中，断电保持存储器，是指断电后能保持数据不丢失的存储器。

4、如权利要求1所述一种多路音视频流的硬盘扇区线性存储方法，其特征在于：步骤(1)中，恢复硬盘的写指针为断电前的硬盘写指针的过程是指：若步骤(4)中的断电保持存储器已保存有断电前的硬盘写指针则直接读取断电保持存储器中存储的硬盘写指针作为断电前的硬盘写指针，或者若步骤(4)中未保存断电前的硬盘写指针，则采用折半查找法搜索硬盘中的数据包，读取数据包头中的时间信息，找到时间最新的数据包，以该最新数据包之后的位置为上次断电前的硬盘写指针。