CZ9904079A3 - Způsob a zařízení pro souběžný záznam a reprodukci informací v reálném čase na /z diskového nosiče záznamu - Google Patents

Abstract

Jsou navržena různá opatření, umožňující souběžné čtení a zápis informací v reálném čase, jako je digitální obrazový signál, z diskového nosiče (3) záznamu /na diskový nosič (3) záznamu. Opatření ztělesňuje několik algoritmů pro plánování čtení/zápisu pro zápis/čtení bloků informací zaznamenaných do fragmentů s pevnou velikostí na nosič (3) záznamu. Typicky se v jednom čtecím/zapisovacím cyklu, který má buď pevnou délku trvání nebo proměnnou délku trvání, používá jedna zapisovací akce a více čtecích akcí. Navrhovaná opatření umožňují zejména čtení a zápis upravených souborů. Další provedení mohou vyžadovat změnu pořadí čtecích akcí ve čtecím/zapisovacím cyklu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro souběžný záznam a reprodukci informačního signálu v reálném čase, jako je například digitální obrazový signál, na diskový nosič záznamu. Nosič záznamu může být magnetického nebo optického typu. Zařízení pro záznam informačního signálu v reálném čase, jako je například informační obrazový signál zakódovaný ve formátu MPEG, na nosič záznamu je známý z USP 5 579 183 (PHN 14818). Nosič záznamu je v uvedeném dokumentu v podélné formě.

Dosavadní stav techniky

Diskové nosiče záznamu mají výhodu krátké přístupové doby. To umožňuje provádět „souběžný záznam a reprodukci informačních signálů na nosič záznamu/z nosiče záznamu. Během záznamu a reprodukce by se měly informace zaznamenávat na nosič záznamu/reprodukovat z nosiče záznamu tak, aby se mohl informační signál v reálném čase zaznamenávat na nosič záznamu a „současně se mohl dříve zaznamenaný informační signál v reálném čase na nosiči záznamu reprodukovat bez jakéhokoliv přerušení. Pro takovýto souběžný záznam a reprodukci požadujeme prokládání čtecí a zapisovací akce tak, aby záznamové a reprodukční kanály mohly zaručit trvalý výkon při špičkových datových rychlostech bez přetečení nebo

78 861 • fc · · · « ··<· ···· · ···· · ·· ♦ • · · · · · · · · ·· · ··· » · · · · · · ··· ·» ·· · · · ·» · · podtečení mezipaměti. Doba cyklu R/W by měla být co nej kratší. Krátké doby cyklů znamenají menší velikosti mezipaměti pro čtecí a zapisovací mezipaměť a znamenají i kratší doby odezev na akce uživatele.

Na diskovém nosiči záznamu mohou být data v reálném čase souvisle umísťována do fragmentů pevné velikosti, zatímco fragment může být na disku umístěn libovolně. Kvůli maximální rychlosti dat by se data měla přednostně zapisovat do fragmentů a číst z fragmentů v jedné zapisovací akci nebo v jedné čtecí akci, v uvedeném pořadí. To má za následek minimální počet skoků čtecích a zapisovacích prostředků na nové místo, a tudíž maximální rychlost dat. To se označuje jako 2-skokové plánování.

Pouze jedna čtecí a jedna zapisovací akce v R/W cyklu však není vhodná pro nepřerušovanou reprodukci nebo přehrávání upravených souborů. S upravenými reprodukovanými soubory je definována posloupnost přehrávání jako posloupnost bloků nebo částí bloků informací zapsanými ve fragmentu. Naposledy uvedený případ nastává obvykle kolem přechodu z některé části původního záznamu do další části stejného nebo jiného záznamu následkem úpravy. Jedna čtecí akce v R/W cyklu může mít za následek čtení pouze části bloku informací ve fragmentu. A to může mít za následek podtečení odpovídající čtecí mezipaměti.

Této nevýhodě lze zamezit navrženým schématem plánování

R/W.

Podstata vynálezu na bloky zpracování

Cílem vynálezu je poskytnout opatření, která umožňují různé požadavky, například výše uvedené. Podle vynálezu způsob pro souběžný záznam a reprodukci informačního signálu v reálném čase, jako jsou digitální obrazové signály, na diskový nosič záznamu/z diskového nosiče záznamu, který obsahuje část pro záznam dat, která je dále rozdělena na fragmenty pevné velikosti, obsahuje:

příjem prvního informačního signálu pro záznam; zpracování prvního informačního signálu na kanálový signál pro záznam na diskový nosič záznamu, kde uvedené zpracování obsahuje převedení prvního informačního signálu informací kanálového signálu a kde uvedené je dále přizpůsobeno k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu tak, aby mohla být velikost bloků informací proměnná, a aby vyhovovala následujícímu vztahu:

SFA/2 < velikost bloku kanálového signálu < SFA, kde SFA je rovno pevné velikosti bloku fragmentu;

zápis kanálového signálu na diskový nosič záznamu, kde uvedený zápis obsahuje zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentů na nosiči záznamu;

čtení bloků informací kanálového signálu z fragmentů na nosiči záznamu;

zpracování bloků informací kanálového signálu, abychom obdrželi druhý informační signál;

provedení uvedeného souběžného záznamu a reprodukce v po sobě následujících cyklech, přičemž cyklus obsahuje:

maximálně jednu zapisovací akci pro souvislý zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu a jednu nebo více čtecích akcí pro souvislé čtení alespoň • · ···· ·· ·· • · · · · · · • ···· · · * · části bloku informací kanálového signálu z nosiče každé akci.

záznamu v

Dále zařízení pro souběžný záznam a reprodukci informačních signálů v reálném čase, jako jsou například digitální obrazové signály, na diskový nosič záznamu/z diskového nosiče záznamu, který má část pro záznam dat, která je dále rozdělena na fragmenty pevné velikosti, obsahuje:

vstupní prostředky pro příjem prvního informačního signálu pro záznam;

první prostředky pro zpracování signálu pro zpracování prvního informačního signálu na kanálový signál, k zaznamenání na diskový nosič záznamu;

zapisovací prostředky pro zápis kanálového signálu na nosič záznamu první prostředky pro zpracování signálu, které jsou přizpůsobeny k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu, zapisovací prostředky, které jsou přizpůsobeny k zápisu bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu, kde zpracování je dále přizpůsobeno k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu tak, aby mohla být velikost bloků informací proměnná a vyhovovala následujícímu vztahu:

SFA/2 < velikost bloku kanálového signálu < SFA, kde SFA je rovno pevné velikosti bloku fragmentu;

zařízení dále obsahuje:

čtecí prostředky pro čtení bloků informací kanálového signálu z fragmentů na nosiči záznamu;

druhé prostředky pro zpracování signálu pro zpracování bloků informací kanálového signálu k získání druhého informačního signálu;

« · « ··· · · · · ···· ···· · · · ·

Λ « « · · · · · * ·· · ··· 9 · · » · · · ·φ· ·· · · ··· ·· · ♦ výstupní prostředky pro dodávání druhého informačního signálu reprodukovaného pro nosič záznamu, přičemž souběžné čtení a zápis prvního a druhého informačního signálu v uvedeném pořadí se provádí v za sebou následujících cyklech, přičemž cyklus obsahuje:

maximálně jednu zapisovací akci pro souvislý zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu a jednu nebo více čtecích akcí pro souvislé čtení alespoň jedné části bloku informací kanálového signálu z nosiče záznamu v každé akci.

Nejprve vznikne nosič záznamu zapsáním množství informací, které je rovné velikosti fragmentu. To má za následek maximální efektivita co se týče obsazování paměti během počátečního zápisu na nosič záznamu. To bude označeno jako FF podmínka (plné fragmenty). Pří následujícím souběžném záznamu a zápisu je povolen zápis souvislého množství informací, které je rovno nejméně polovině velikosti fragmentu. To se bude označovat jako HF podmínka (polovina fragmentu). Povolením více než jedné čtecí akce v R/W cyklu můžeme v průběhu souběžného záznamu zaručit nepřerušovanou reprodukci upravených souborů, a to při udržení vysoké rychlosti dat. Protože části bloku informací určené ke čtení nejsou menší, ke čtení množství o velikosti alespoň fragmentu není třeba více než dvou dalších skoků.

Výhodné provedení se vyznačuje prováděním maximálně tří čtecích akcí v jednom cyklu. Nejnepřiznivější cyklus R/W má celkem 4 skoky se třemi čtecími akcemi pro čtení poslední, celé a první části bloku informací ve fragmentu, v uvedeném pořadí. To je označeno jako 4 skokové plánování postup.

• r» » ·· ·«·· · · · · ··· η·· · · · · • · · * · · a · · * ·· ·

Další výhodná provedení s výše uvedenou FF podmínkou (plný fragment) a HF podmínkou (poloviční fragment) se vyznačují proměnnou dobou cyklu. Jak bude dále vysvětleno podrobně, výsledkem 3 skokového plánování jsou maximálně dvě čtecí akce v cyklu . Takto se sníží celkový počet skoků v cyklu a zvýší čistá přenosová datová rychlost nebo sníží požadavky na výkon.

První provedení, které používá proměnnou dobu cyklu, se získá odložením následující zapisovací akce, pokud není splněna podmínka pro čtecí akci. Odložením následující zapisovací akce může být v určitých případech ukončeno čtení celé části bloku informací ve fragmentu.

Opět obecně bez uplatnění omezení na minimální množství přečtené nebo zapsané v cyklu se výhodnější provedení, která používají proměnnou dobu cyklu vyznačují provedením maximálně dvou čtecích akcí v jednom cyklu.

Další výhodné provedení se vyznačuje seřazením čtení částí bloku informací v cyklech tak, aby celková doba skoku pro lokalizaci fragmentů v cyklu byla minimální.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 provedení zařízení, ·· ·«·· * · · · • « » · · · • «··· · · · obr. 2 záznam bloků informací do fragmentů na nosiči záznamu, obr. 3 princip přehrávání informačního obrazového signálu, obr. 4 princip úpravy informačních obrazových signálů obr. 5 R/W cyklus s jednou zapisovací akcí a třemi čtecími akcemi, obr. 6 příklad R/W cyklů ve vztahu k upravené posloupnosti informačních signálů, obr. 7 R/W cyklus s jednou zapisovací akcí a jednou čtecí akcí, obr. 8 R/W cyklus s proměnnou dobou cyklu, který obsahuje jednu zapisovací akci a dvě čtecí akce, obr. 9 další provedení zařízení pro souběžné čtení a zápis a obr. 10 dva příklady změny pořadí čtecích akcí v jednom cyklu, ve kterém jsou informace zapsány na nosič záznamu a „souběžně čteny z nosiče záznamu.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 znázorňuje provedení zařízení podle vynálezu. V následujícím popisu obrázku bude pozornost soustředěna na záznam, reprodukci a úpravu informačního obrazového signálu.

• · ···· ·· • * · · · · ···· · ·· · • · r · · · ·

Je však nutné poznamenat, že stejně dobře by mohly být zpracovávány i jiné typy signálu, jako jsou zvukové signály nebo datové signály.

Zařízení obsahuje vstupní svorku 1. pro příjem informačního obrazového signálu, který se má zaznamenat na diskový nosič _3 záznamu, svorku 2 pro dodávání reprodukovaného z nosiče

Dále zařízení obsahuje výstupní informačního obrazového signálu 3 záznamu. Nosič 3 záznamu je magnetický nebo optický diskový nosič záznamu.

odpovídáj ící rozdělen na

Datová oblast diskového nosiče 3 záznamu se skládá ze souvislého rozsahu fyzických sektorů, které mají adresy sektorů. Tento adresový prostor je fragmenty. Fragment je souvislá posloupnost sektorů s pevnou délkou. Přednostně tato délka odpovídá celočíselnému počtu ECC-bloků obsažených v informačním obrazovém signálu, který se má zaznamenat.

Zařízení ukázané na obrázku 1 je znázorněno rozložené na dvě hlavní systémové části, zejména na diskový subsystém _6 a tzv. „subsystém 8. videorekordéru . Tyto dva subsystémy se vyznačují následujícími znaky:

Diskový subsystém může být adresován transparentně ve smyslu logických adres. Autonomně obsluhuje ošetřování defektů (včetně mapování logických adres na fyzické adresy).

- Pro data v reálném čase se diskový subsystém adresuje na bázi fragmentů. Pro data adresovaná tímto způsobem může diskový subsystém zaručit maximální udržitelnou přenosovou rychlost pro čtení a/nebo zápis. V případě souběžného čtení a zápisu řídí diskový subsystém plánování čtení/zápisu a s tím spojené zachycování toku dat z nezávislých čtecích a zapisovacích kanálů do mezipaměti.

'«« ««β · · · __ 9 — ···· · · · · · · · · • · · ·· · · · · ··· ·· ·· ··· ··

- Pro data jiného charakteru než v reálném čase může být diskový subsystém adresován na bázi sektorů. Pro data adresovaná tímto způsobem nemůže diskový subsystém zaručit žádnou udržitelnou přenosovou rychlost pro čtení nebo zápis.

- Subsystém videorekordéru se stará o aplikaci videa a o správu systému souborů. Proto diskový subsystém neinterpretuje žádná z dat, zaznamenaných v datové oblasti disku.

Aby se uskutečnila reprodukce v reálném čase za každé situace, musí mít dříve popsané fragmenty určitou velikost. Také v situaci, kdy nastává souběžný záznam a reprodukce, by reprodukce neměla být přerušována. V tomto příkladě je velikost fragmentů zvolena tak, aby vyhovovala následujícímu požadavku:

velikost fragmentu = 4 MB = 2²² bajtů fragmenty obsahující informačního signálu,

Dále bude stručně popsán záznam informačního obrazového signálu s odkazem na obrázek 2. V subsystému videorekordéru je informační obrazový signál, což je signál v reálném čase, převeden na soubor v reálném čase, jak je znázorněno na obrázku 2a. Soubor v reálném čase se skládá z posloupnosti signálových bloků informací zaznamenaných v odpovídajících fragmentech. Neexistuje žádné omezení pro umístění fragmentů na disku, a proto mohou být jakékoliv dva po sobě jdoucí části informací zaznamenaného kdekoliv v logickém adresovém prostoru, jak je znázorněno na obrázku 2b. V každém fragmentu jsou data v reálném čase umísťována souvisle. Každý soubor v reálném čase představuje jednoduchý AV tok. Data AV toku se získají zřetězením dat z fragmentu v pořadí podle návaznosti souboru.

• · · · · a • ·

Dále bude stručně popsáno přehrávání informačního obrazového signálu zaznamenaného na nosiči záznamu s odkazem na obrázek 3. Přehrávání informačního obrazového signálu zaznamenaného na nosič záznamu je řízeno prostředky, které se nazývají „řídící program přehrávání (PBC program). Obecně každý PBC program definuje (novou) posloupnost přehrávání. Jedná se o posloupnost fragmentů se specifikací, pro každý fragment, datového segmentu, který se má z tohoto fragmentu číst. V tomto ohledu je proveden odkaz na obrázek 3, kde je znázorněno přehrání pouze části prvních tří fragmentů v posloupnosti fragmentů na obrázku 3. Segment může být úplný fragment, ale obecně to je pouze část fragmentu. (Naposledy uvedená situace obvykle nastává kolem přechodu z nějaké části originálního záznamu do další části stejného nebo jiného záznamu, následkem úpravy.)

Jednoduché lineární přehrávání původního záznamu lze považovat za speciální případ PBC programu: v tomto případě je posloupnost přehrávání definována jako posloupnost fragmentů v souboru v reálném čase, kdy je každý segment úplný fragment, pravděpodobně kromě segmentu v posledním fragmentu souboru. Pro fragmenty v posloupnosti přehrávání není omezení umístění fragmentů, a proto mohou být jakékoliv dva po sobě jdoucí fragmenty kdekoli v logickém adresovém prostoru.

Dále bude stručně popsána úprava jednoho nebo více informačních obrazových signálů zaznamenaných na nosiči záznamu s odkazem na obrázek 4. Obrázek 4 znázorňuje dva informační obrazové signály zaznamenané dříve na nosiči 3 záznamu, znázorněné dvěma posloupnostmi fragmentů nazvanými „soubor A a „soubor B. Pro realizaci upravené verze • β ♦··· · · ·« • · · · · · · • ···· · · · · • · «·· ·· · • · · · · · · • · ··· · · ·· jednoho nebo více informačních obrazových signálů zaznamenaného dříve by se měl realizovat nový PBC program, aby definoval upravenou AV posloupnost. Tento nový PBC program tudíž definuje novou AV posloupnost, získanou zřetězením částí dřívějších AV záznamů v novém pořadí. Části mohou být ze stejného záznamu nebo z různých záznamů. Aby bylo možné přehrávat PBC program, je nutné dodat do dekodéru data z různých částí (jedné nebo více) souborů v reálném čase. To má za následek nový datový tok, který získáme zřetězením částí toků reprezentovaných každým souborem v reálném čase. Na obrázku 4 je to znázorněno pro PBC program, který používá tři části, jednu ze souboru A a dvě ze souboru B.

Obrázek 4 ukazuje, že upravená verze začíná v bodě Ρχ ve fragmentu f(i) v posloupnosti fragmentů z obrázku A a pokračuje až do bodu P₂ v novém fragmentu f(i+l) souboru A. Potom reprodukce přeskočí do bodu P₃ ve fragmentu f (j) v souboru B a pokračuje až do bodu P₄ ve fragmentu f(j+2) v souboru B. Dále reprodukce přeskočí do bodu P₅ ve stejném souboru B, který může být o bod dříve v posloupnosti fragmentů souboru B než bod P₃, nebo o bod dále v posloupnosti, než bod P₄.

Dále bude popsána podmínka pro nepřerušované přehrávání během souběžného záznamu. Obecně může být nepřerušované přehrávání PBC programu uskutečněno pouze za jistých podmínek. Požaduje se nejnáročnější podmínka, aby se zaručilo nepřerušované přehrávání zatímco se provádí souběžný záznam. Za tímto účelem bude zavedena jedna jednoduchá podmínka. Jedná se o omezení délky datových segmentů, které nastává v posloupnostech přehrávání takto: Aby se zaručilo nepřerušované souběžné přehrávání PBC programu, měla by být posloupnost přehrávání definovaná PBC taková, aby délka segmentů ve všech fragmentech (kromě prvního a posledního fragmentu) vyhovovala vztahu:

MB < délka segmentu < 4 MB

Použití fragmentů umožňuje uvážení nejnepřiznivějších požadavků na výkon ve smyslu fragmentů a segmentů (signálové bloky uložené pouze ve fragmentech), jak bude popsáno dále. To je založeno na skutečnosti, že je zaručeno, že jednoduché logické fragmenty a datové segmenty ve fragmentech jsou na disku fyzicky souvislé, dokonce i po přemapování kvůli defektům. Mezi fragmenty to však není zaručeno: logicky po sobě následující fragmenty mohou být na disku od sebe libovolně daleko. To má za následek, že analýza požadavků na výkon se soustřeďuje na následující:

a. U přehrávání se uvažuje datový tok, který je čtený posloupnosti segmentů na disku. Každý segment je souvislý, má libovolnou délku mezi 2 MB a 4 MB ale segmenty jsou na disku umístěny libovolně.

b. U záznamu se uvažuje datový tok , který se má zapsat do posloupnosti 4 MB fragmentů na disku. Fragmenty jsou na disku rozmístěny libovolně.

Všimněme si, že pro přehrávání je délka segmentu proměnná. To odpovídá podmínce segmentu pro nepřetržité přehrávání během souběžného záznamu. Při záznamu se však zapisují celé fragmenty s pevnou velikostí.

S daným datovým tokem pro záznam a přehrávání se soustředíme na diskový subsystém během souběžného záznamu a přehrávání. Předpokládá se, že subsystém videorekordéru dopraví data špičkovou uživatelskou rychlostí R do diskového subsystému k záznamu. Taktéž přijímá data špičkovou uživatelskou rychlostí R z diskového subsystému k přehrávání. Předpokládá se také, že subsystém videorekordéru dopraví v dostatečném předstihu posloupnost adres segmentů jak pro tok záznamu, tak pro tok přehrávání.

Pro souběžný záznam a přehrávání musí být diskový subsystém schopen prokládat čtecí a zapisovací akce tak, aby mohl záznamový a přehrávací kanál zaručit trvalý výkon na špičkové rychlosti bez přetečení nebo podtečení mezipaměti. Obecně lze k dosažení tohoto použít různé algoritmy R/W plánování. Existují však silné důvody provádět plánování tak, aby doba R/W cyklu při špičkových rychlostech byla co nej kratší:

- Krátké doby cyklu vedou k menším velikostem mezipaměti pro čtení a zápis, a tím i k menší celkové paměti v diskovém subsystému.

- Kratší doby cyklu vedou ke kratším dobám odezvy na akce uživatele. Příkladem doby odezvy je situace, kdy uživatel provádí souběžný záznam a přehrávání a najednou chce náhle spustit přehrávání z jiné pozice. Aby se udržela celková doba odezvy zařízení (kterou může vidět uživatel na obrazovce) co nejnižší, je důležité, aby byl diskový subsystém co nejdříve schopen začít doručovat tok dat z nové pozice. To musí být samozřejmě provedeno tak, aby jakmile jednou začne doručování, bylo zaručeno nepřetržité přehrávání ve špičkové rychlosti. Také zápis musí pokračovat nepřerušovaně se zaručeným výkonem.

Pro zde uvedenou analýzu předpokládáme plánovací přístup, který je založen na cyklu, ve kterém se zapíše jeden celý fragment. Pro analýzu níže uvedených parametrů disku je dostatečné zvážit minimální dobu cyklu v nejnepříznivějších podmínkách. Takový nejnepříznivější cyklus se skládá ze zapisovacího intervalu, ve kterém se zapisuje 4 MB segment, a ze čtecího intervalu, ve kterém se čte 4 MB segment, který je rozdělen na jeden nebo více segmentů. Cyklus obsahuje alespoň dva skoky (na a z místa zápisu) a pravděpodobně více, protože délky segmentů pro čtení jsou proměnné a mohou být menší než 4 MB. To může mít za následek další skoky z jednoho místa čtecího segmentu na jiné. Jestliže však nejsou čtecí segmenty menší než 2 MB, nejsou třeba více než 2 další skoky k dosažení celkem 4 MB.

Jak je znázorněno na obrázku 5, nejnepříznivější R/W cyklus má celkem 4 skoky. Na tomto obrázku 5 označuje x poslední část čtecího segmentu, y označuje celý čtecí segment s délkou mezi 2 MB a 4 MB a z označuje první část čtecího segmentu a celková velikost x, y a z je v tomto příkladě opět 4 MB.

Obecně závisí požadované parametry disku k dosažení zaručeného výkonu pro souběžný záznam a přehrávání na hlavních rozhodnutích o provedení jako je režim rotace atd. Tato rozhodnutí zase závisí na vlastnostech média.

Výše uvedené podmínky pro nepřerušované přehrávání během souběžného záznamu jsou odvozené tak, aby bylo možné je dosáhnout různými úpravami reálných parametrů. Abychom to ukázali, popíšeme zde příklad provedení CLV disku (konstantní lineární rychlost).

V případě provedení CLV jsou přenosové rychlosti pro čtení a zápis stejné a nezávislé na fyzickém umístění na disku. Proto může být výše popsaný nejnepříznivější cyklus analyzován s ohledem na dva parametry: přenosová rychlost R_t

(aby se odlišila od špičkové uživatelské rychlosti R; R_t může být také označováno jako přenosová rychlost bitového stroje a R může být označováno jako přenosová rychlost multiplexovaného toku) a nejnepříznivější celkové přístupové doby τ. Nejnepříznivější přístupová doba τ je maximální doba mezi koncem datového přenosu na jednom místě a začátkem přenosu dat na jiném místě pro libovolnou dvojici z míst datové oblasti disku. Tato doba pokrývá zrychlování disku/zpomalování disku, rotační latenci, možné další pokusy atd., ale nezahrnuje zpoždění zpracování atd.

Pro nejnepříznivější cyklus oddíle mohou být všechny skoky trváním τ. Výsledkem je nejnepříznivější dobu cyklu:

popsaný v předcházejícím nejnepříznivější skoky s následující výraz pro

Tmax ^— 2F/R_t + 4.T kde F je velikost fragmentu: F = 4 MB Abychom zaručili udržitelný výkon [1] na špičkové uživatelské rychlosti R, mělo by se dodržet následující

R.T_n [2]

Z toho vyplývá:

R < F/T_max= R_t.F/2. (F+2R_t.T) [3]

Jako příklad, máme-li R_t = 35 Mb/s a τ = 500 ms, pak je R < 8,36 Mb/s a T_max = 3,83 s.

Dále bude popsán čtecí cyklus/zapisovací cyklus v kombinaci s uloženou posloupností obrazových informací ve • · • · · fragmentech s odkazem na obrázek 6.

Obrázek 6a znázorňuje posloupnost fragmentů ......, f(i-l), f (i) , f(i+l), f(i+2),...... toku. Upravený informační obrazový signál se skládá z části toku předcházejícího výstupnímu bodu, který se nachází ve fragmentu f(i+1). Předpokládejme, že a je takový bod, že lze vytvořit přímé zřetězení dat z tohoto toku (končícího ve výstupním bodě a) a dat z jiného toku nebo stejného toku. Z toho vyplývá, že je v tomto příkladu délka l(s) části segmentu s, který končí v bodě a, alespoň 2 MB.

Také se předpokládá, že zřetězení toku dat ve výstupním bodě je vhodná k vytvoření platného A V toku. Obecně se však musí provést jisté překódování, aby se vytvořil tento platný AV tok. Jde většinou o případ, kdy výstupní a vstupní body nejsou na hranicích GOPu, pokud je kódovaný informační obrazový signál ve formátu informačního obrazového signálu MPEG.

Obrázek 6b znázorňuje první příklad čtecího/zapisovacího cyklu C, který obsahuje zapisovací akci W1 a dvě čtecí akce Rl a R2. Ve čtecí akci Rl se část obrazových informací označená r fragmentu f(i) přečte a ve čtecí akci R2 se přečte část obrazových informací označená s fragmentu f(i+l). Čtení se však může rozšířit na dva čtecí cykly/zapisovací cykly C v závislosti na velikosti čtených dat.

Na obrázku 6c je uveden příklad, kde se část obrazových informaci označená s fragmentu f (i+1) přečte ve dvou čtecích akcích R2 a R3 ve dvou čtecích /zapisovacích cyklech Cl a C2 v uvedeném pořadí.

• * ··· · ·· ·· • · β · « · · • ···· · ·· ·

Dále zde budou kromě plánovací akce pro souběžné čtení a zápis, které byly již popsány s odkazem na obrázek 5, popsány jiné plánovací akce.

Zde jsou předpoklady:

- Disk pracuje konstantní lineární rychlostí (CLV) a z toho vyplývá přímý vliv na dobu skoku.

- Předpokládá se symetrická čtecí a zapisovací přenosová rychlost.

- Pevné bitové rychlosti jak pro vstupní, tak pro výstupní tok. Poznamenejme, že uvedená provedení jsou dále přizpůsobena tak, aby se vypořádala s pevnými přenosovými rychlostmi a také s proměnnými přenosovými rychlostmi. Je však popsána pouze nejnepříznivější situace s nejvyšší datovou rychlostí a nejnepříznivějším uspořádáním dat.

- Změna pořadí se zpočátku neuvažuje.

Přehrávání více kanálů nebo záznam do více kanálů se neuvažuj e.

Pro srovnání s plánovací akcí probranou s odkazem na obrázek 5 (která bude označována jako „4-skokové plánování) je znázorněn jednoduchý plánovací algoritmus s odkazem na obrázek 7. Plánování se řídí takzvanou podmínkou plných fragmentů. Z této podmínky vyplývá, že všechny segmenty v posloupnosti fragmentů (kromě prvního a posledního) mají délku rovnou velikosti fragmentu. To lze využít pro „původní soubory nebo pro zkrácené verze „původních souborů. Čtecí/zapisovací cyklus C je definován jako zapisovací akce W1 následovaná čtecí akcí Rl. Pro maximální udržitelný výkon je potřeba zapsat celý fragment v jedné akci a přečíst celý fragment v jedné akci. V každém cyklu se vyžadují dva skoky J; proto se toto plánování bude označovat

9t · · · · · · ♦ · • · * · · » · • · · · · · » · · • · · · · · • · ··· ·· · · jako „2-skokové plánování. Ke skoku J dojde při přístupu k dalšímu místu na disku pro čtení nebo zápis, které není souvislé s předchozím místem v prostoru fyzických adres. Skok zahrnuje přístupovou dobu, která je definována jako nejnepřiznívejší přístupová doba τ, což je maximální doba mezi koncem přenosu dat na jednom místě a začátkem přenosu dat na jiném místě pro libovolnou dvojici míst v datové oblasti disku.

Jak již bylo provedeno s ohledem na 4-skokové plánováni znázorněné s odkazem na obrázek 5, získáme následující výraz pro nejnepříznivější dobu cyklu T_ma_X:

T_max = 2F/R_t + 2.τ [4] kde F je velikost fragmentu.

Špičková uživatelská rychlost R je dána:

R<F/T_max = R_t. F/2 . (F+R_t. τ) [ 5 ]

Jako příklad, máme-li R_t= 35 Mb/s, F = 4MB/32Mb a τ = 500 ms, pak je: R < 11,31 Mb/s a T_max = 2,83 s.

Dále bude popsán třetí plánovací algoritmus s odkazem na obrázek 8.

Obrázek 8A zobrazuje pro srovnání opět 4-skokové plánování, které je probráno s odkazem na obrázek 5. Zde W1 označuje zápis prvního fragmentu, R1 označuje poslední část čtecího segmentu, R2 označuje celý čtecí segment a R3 označuje první část čtecího segmentu. Dále platí:

• 0 · ·· · · · · » • · * · · 9 · • · · · · · « · ·

R1+R2+R3 > F [β] (tj. minimálně rovno velikosti jednoho fragmentu).

Obrázek 8B a obrázek 8C ukazují plánovací algoritmus, který je vhodný také pro zápis celého fragmentu a čtení poloviny fragmentu a proto je vhodný i pro nepřerušované přehrávání upraveného souboru. Hlavní rozdíl oproti 4skokovému plánovacímu algoritmu, jak je zobrazeno na obrázku 8A, je však v tom, že zapisovací akce W2 může být odložena, jestliže je v předchozí čtecí akci R2 zbývající část ke čtení menší než F/2. Mohou nastat dvě možné situace. Jedna, znázorněná na obrázku 8A, kde je čtecí akce ukončena s ukončením R2 a R4 a jedna, znázorněná na obrázku 8A, kde je zapisovací akce odložena s odložením W2.

Na obrázku 8B označuje WI a W2 zapisovací cyklus, Rl označuje jeden celý segment a R2 a R3 označují dohromady jeden segment. Dále platí:

Rl>F/2; R1+R2>F; F/2<R2+R3<F [7]

Na obrázku 8C označuje WI a W2 také zapisovací cyklus a Rl, R2 a R3 zobrazují každý jeden celý segment. Dále platí:

Rl>F/2; R2>F/2; R3>F/2 [8]

Čtecí akce R4 je závislá na Rl, R2 a R3. V situaci, kdy je zápis odložen (obrázek 8C) je možné, že (R1+R2+R3) je v pořadí 2F. Ve vztahu k naplnění čtecí mezipaměti to může vést k přeskočení R4. Protože zapisovací akce může být odložena, nemá plánovací algoritmus pevnou dobu cyklu: cyklus Cl se v trvání liší od cyklu C2. Protože známe střední toky dat, můžeme říci i něco o střední době cyklu.

• ♦ · · · · · · · tr • · « · v · « · · • · · · · ···· · · • · · 9 · 6 ··· » « ··· · · ·« ··· · · 9 9

Výpočet však není přesný, protože některé cykly C mohou obsahovat pouze dva skoky J (protože jedna čtecí akce jako R4 se může přeskočit) . To má za následek následující vztah pro střední dobu cyklu:

T_max = 2F/R_t + 3.τ [9]

A následující vztah pro střední špičkovou uživatelskou rychlost:

R < F/T_max = Rt.F/2. (F+l,5.R_t.x) [10]

Opět příklad, máme-li R_t = 35 Mb/s a τ = 500 ms a F = 4 MB, pak je R < 9,61 Mb/s a T_max = 3,33 s.

Plánovací algoritmus popsaný s odkazem na obrázek 8B a 8C bude označován jako 3-skokové plánování.

Obrázek 9 znázorňuje schématicky podrobněji verzi zařízení pro souběžné čtení/zápis. Zařízení obsahuje jednotku 100 pro zpracování signálů, která je začleněná v subsystému 8_ na obrázku 1. Jednotka 100 pro zpracování signálu přijímá informační obrazový signál ze vstupní svorky _1 a zpracovává obrazové informace na kanálový signál pro záznam kanálového signálu na diskový nosič 3. záznamu. Dále je k dispozici čtecí/zapisovací jednotka 102, která je začleněna v diskovém subsystému 6. Čtecí/zapisovací jednotka 102 obsahuje čtecí/zapisovací hlavu 104, která je v tomto případě optická čtecí/zapisovací hlava pro čtení kanálového signálu z nosiče 3 záznamu/zápis kanálového signálu na nosič _3 záznamu. Dále jsou přítomny prostředky 106 pro nastavení polohy pro nastavení polohy hlavy 104 v radiálním směru napříč nosičem 3 záznamu. Je přítomen čtecí/zapisovací • 99 *

» *·» • t « zesilovač 108, aby zesílil signál, který se má zaznamenat, a zesilující signál přečtený z nosiče 3 záznamu. Motor 110 je k dispozici pro otáčení nosičem 2 záznamu odezvou na řídící signál motorku přivedený jednotkou 112 generátoru řídícího signálu motorku. Mikroprocesor 114 je přítomen k řízení všech obvodů řídícími linkami 116, 118 a 120.

Jednotka pro zpracování signálu 110 je přizpůsobena k převádění obrazových informací přijatých ze vstupní svorky _1 na bloky informací kanálového signálu, které mají určitou velikost. Velikost bloků informací (což je dříve uvedený segment) může být proměnná, ale velikost je taková, aby vyhovovala následujícímu vztahu:

SFA/2 < velikost bloku kanálového signálu < SFA, kde SFA je rovno pevné velikosti fragmentů. Ve výše uvedeném příkladě se SFA = 4 MB. Zapisovací jednotka 102 je přizpůsobena k zápisu bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu.

Aby bylo možné upravovat obrazové informace zaznamenané v dřívějším záznamovém kroku na nosiči 2 záznamu, je zařízení opatřeno vstupní jednotkou 130 pro příjem výstupní pozice v prvním informačním obrazovém signálu zaznamenaném na nosiči záznamu, a pro příjem vstupní pozice ve druhém informačním obrazovém signálu zaznamenaného na stejném nosiči záznamu. Druhý informační signál může být shodný s prvním informačním signálem. Dále zařízení obsahuje paměť 132 pro ukládání informací, které se týkají výstupních a vstupních pozic.

Dále mohou být PBC programy získané v kroku úprav • · uloženy do paměti začleněné v mikroprocesoru 114 do jiné paměti začleněné v zařízení. PBC program vytvořený v kroku úprav pro upravený informační obrazový signál se po ukončení kroku úprav zaznamená na nosič záznamu. Tímto způsobem může být upravený informační obrazový signál reprodukován jiným reprodukčním zařízením získáním PBC programu z nosiče záznamu a reprodukcí upraveného informačního obrazového signálu s použitím PBC programu, který odpovídá upravenému informačnímu obrazovému signálu.

Tímto způsobem lze jednoduše získat upravenou verzi bez opětného záznamu částí prvního a/nebo druhého informačního obrazového signálu, jednoduše generováním a zaznamenáním jednoho nebo více spojovacích segmentů do odpovídajících (spojovacích) fragmentů na nosiči záznamu.

Dále bude popsáno další zlepšení výše popsaného režimu souběžného záznamu a přehrávání s odkazem na obrázek 5. Mělo by zde být zmíněno, že se může dále popsaný vylepšený způsob souběžného záznamu a přehrávání použít v záznamových/reprodukčních přístrojích, které není třeba vybavovat výše uvedenými znaky.

Doba čtení pro čtení částí x, y a z znázorněná na obrázku 5 může být dále snížena změnou pořadí čtecích kroků z částí x, y a z na a, bac, kde {a, b, c} = { x, y, z} tak, aby doba potřebná k dosažení a přečtení částí x, y a z včetně dob skoků mezi kroky čtení při čtení částí x,y a z a včetně skoku na pozici, kde by měl být zaznamenán další fragment, byla minimální. Velké skoky v radiálním směru nosiče záznamu v CLV systému vyžadují velké změny rotační rychlosti nosiče záznamu, a tudíž vyžadují i velkou dobu odezvy, než nosič záznamu dosáhne po skoku požadované rotační rychlosti.

Minimalizováním celkové požadované doby pro skoky v celém cyklu lze tudíž vlastně dosáhnout nejnižší nejnepřiznivější doby cyklu T_max.

Vylepšení lze uskutečnit následujícím způsobem, zejména pokud je nové pořadí takové, že pohyb definovaný

- skokem z posledního zapsaného fragmentu na fragment, ze kterého se má obnovit první část určená ke čtení,

- po přečtení první části, skokem na fragment, ze kterého se má obnovit další část určená ke čtení,

- po přečtení druhé části, skokem na fragment, ze kterého se má obnovit třetí část určená ke čtení,

- po přečtení třetí části, skokem na pozici fragmentu, do kterého se má zaznamenat další část informačního signálu, nikdy neprojde stejným úhlem více než dvakrát. To má za následek, že celkové přizpůsobení rychlosti otáčení nosiče záznamu není větší než jeden ekvivalent zrychlení/zpomalení.

Obrázek 10 znázorňuje dva příklady skoků v cyklu. Na obrázku 10a je po zápise do 4 MB fragmentu zapisovací krok označen jako w₀ na obrázku 10a, systém skočí na pozici označenou a, kam se zaznamená jedna z částí x, y a z, pro přečtení části. Dále systém skočí na b, na pozici, kde je zaznamenána další část z částí x, y a z, pro přečtení části. Dále systém skočí na c, na pozici kde je zaznamenána poslední z částí x, y a z, pro přečtení části. Dále systém skočí na pozici w_lř která udává pozici, kam se zaznamená další 4 MB fragment. Obrázek 10b ukazuje totéž pro rozdílné umístění různých pozic na nosiči záznamu.

Horní hranice pro nejnepříznivější celkovou dobu skoku v celém cyklu (čtyři skoky):

• · · Γ* t ( Wo^->3 ) +t ( a—>b ) +t (b—>C ) + t ( c—>Wi) ^t_max4

Příklad aproximace horní hranice ze základních parametrů disku:

maximální doba přístupu při CLV rychlosti (zrychlení/zpomalení) 500ms a maximální doba přístupu při

CAV (konstantní úhlové rychlosti) 200ms, výsledkem je tmax4—1 t 4 S .

Maximální udržitelná uživatelská rychlost:

R < F/T_max = R_t.F/2. (F+2.R_t.T) kde τ = 0,25ί_Μχ4 = 350ms a

R < 10,1 Mb/s.

R_t = 35 Mb/s, pak

Dřívější výpočet uživatelské rychlosti vyšel R < 8,57 Mb/s. Jak je ukázáno výše ve výpočtu, na základě stejných parametrů disku umožňuje změna pořadí vyšší uživatelskou rychlost, totiž < 10,1 Mb/s.

Zatímco vynález byl popsán s odkazem na jeho upřednostňovaná provedení, rozumí se, že příklady nejsou žádným způsobem omezující. Odborníkům se tudíž mohou ozřejmit různé úpravy bez odchýlení od rozsahu vynálezu, jak je definovaný v nárocích. V tomto ohledu je nutné poznamenat, že zařízení první generace podle vynálezu, schopná provádět záznam a reprodukci informačního signálu v reálném čase, mohou zaznamenávat bloky signálu pevné velikosti SFA pouze do fragmentů, zatímco jsou již schopna reprodukovat a zpracovávat bloky signálů proměnné velikosti z fragmentů, k reprodukci informačního signálu v reálném

čase z nosiče záznamu, který obsahuje bloky signálu o proměnné velikosti uložené ve fragmentech. Zařízení druhé generace , která jsou dále schopná provádět krok úpravy, budou schopna do fragmentů zaznamenávat bloky signálu proměnné velikosti.

Dále vynález spočívá v každém novém znaku nebo kombinaci znaků. Rozsah vynálezu není omezen provedeními, žádné odkazové značky neomezují rozsah nároků a vynález může být implementován jak hardwarovým způsobem, tak softwarovým způsobem a těchto několik „způsobů může být představováno jedním kusem hardwaru. Dále slovo „obsahuje nevylučuje přítomnost jiných prvků ani kroků kromě těch, které jsou uvedeny v nárocích.

Claims (10)

1. Způsob pro souběžný záznam a reprodukci informačních signálů v reálném čase, jako jsou digitální obrazové signály, na diskový nosič/z diskového nosiče záznamu, který má část pro záznam dat, která je dále rozdělena na fragmenty s pevnou velikostí, vyznačující se tím, že způsob obsahuje:

- příjem prvního informačního signálu pro záznam;

- zpracování prvního informačního signálu na kanálový signál pro záznam na diskový nosič záznamu, kde zpracování obsahuje převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu, a kde zpracování je dále přizpůsobeno k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu tak, aby velikost bloků informací byla proměnná a vyhovovala následujícímu vztahu:

SFA/2 < velikost bloku kanálového signálu < SFA, kde SFA je rovno pevné velikosti bloku fragmentu;

- zápis kanálového signálu na diskový nosič záznamu, kde zápis obsahuje zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu;

-čtení bloků informací kanálového signálu z fragmentů nosiče záznamu;

- zpracování bloků informací kanálového signálu k získání druhého informačního signálu;

provedení souběžného záznamu a reprodukce v za sebou následujících cyklech, přičemž cyklus obsahuje:

- maximálně jednu zapisovací akci pro souvislý zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu a

- jednu nebo více čtecích akcí pro souvislé čtení alespoň

09 78 861 • · · ♦ ···· · · . · · « · · · ··· · · · · · · · · • ··· · · · · · · části bloku informaci kanálového signálu z nosiče záznamu v každé akci.

2 . Způsob podle nároku 1, vyznačující s e prováděním maximálně tří čtecích akcí v jednom cyklu. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující s e proměnnou dobou cyklu. 4 . Způsob podle nároku 3, vyznačující s e

odložením následující zapisovací akce, pokud se nedosáhne předem definované podmínky pro čtecí akci.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se odložením následující zapisovací akce, jestliže zbývající část, která se má číst v předcházející čtecí akci, je menší než polovina velikosti fragmentu.

6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se prováděním maximálně dvou čtecích akcí v jednom cyklu.

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se uspořádáním čtení částí do cyklů tak, aby byla celková doba skoku pro lokalizaci fragmentů v cyklu minimální.

8. Zařízení pro souběžný záznam a reprodukci informačních signálů v reálném čase, jako jsou digitální obrazové signály, na diskový nosič záznamu/z diskového nosiče záznamu, který má část pro záznam dat, která je dále rozdělena na fragmenty pevné velikosti, vyznačující se tím, že zařízení obsahuje:

- vstupní prostředky pro příjem prvního informačního signálu pro záznam;

- první prostředky pro zpracování signálu pro zpracování prvního informačního signálu na kanálový signál pro záznam na diskový nosič záznamu, a kde zpracování je dále přizpůsobeno k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu tak, aby velikost bloků informací mohla být proměnná a vyhovovala následujícímu vztahu:

SFA/2 < velikost bloku kanálového signálu < SFA, kde SFA je rovno pevné velikosti bloku fragmentu;

zapisovací prostředky pro zápis kanálového signálu na nosič záznamu;

první prostředky pro zpracování signálu, které jsou přizpůsobeny k převedení prvního informačního signálu na bloky informací kanálového signálu, přičemž zapisovací prostředky jsou přizpůsobeny k zápisu bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosič záznamu;

zařízení dále obsahuje:

čtecí prostředky pro čtení bloků informací kanálového signálu z fragmentů na nosiči záznamu;

- druhé prostředky pro zpracování signálu pro zpracování bloků informací kanálového signálu k získání druhého informačního signálu;

výstupní prostředky pro dodávání druhého informačního signálu reprodukovaného pro nosič záznamu;

souběžné čtení a zápis prvního a druhého informačního signálu v uvedeném pořadí je prováděno v za sebou následujících cyklech, přičemž cyklus obsahuje:

- maximálně jednu zapisovací akci pro souběžný zápis bloku informací kanálového signálu do fragmentu na nosiči záznamu a

- jednu nebo více čtecích akcí pro souvislé čtení alespoň části bloku informací kanálového signálu z nosiče záznamu v každé akci.

tt · · · · · · · · • · · · · · · ··· · · · · · · ·· • · « · · · · · · ·

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že čtecí prostředky jsou přizpůsobeny k provádění maximálně tří čtecích akcí v jednom cyklu.

10. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že doba cyklu je proměnná.

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že zapisovací prostředky jsou přizpůsobeny k odložení následující zapisovací akce, pokud se nedosáhne předem definované podmínky pro čtecí akci.

12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že zapisovací prostředky jsou přizpůsobeny k odložení následující zapisovací akce, pokud je zbývající část, která se má přečíst v předcházející čtecí akci, menší než polovina velikosti fragmentu.

13. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že čtecí prostředky jsou přizpůsobeny provedením maximálně dvou čtecích akcí v jednom cyklu.