DE19738817C2 - Method for fail-safe recording of partially reconstructable data sequences on a number of storage media - Google Patents
Method for fail-safe recording of partially reconstructable data sequences on a number of storage mediaInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ausfallsicheren Aufzeichnung von partiell rekonstruierbaren Datensequenzen auf eine Anzahl von Speichermedien bei minimalem Massenspeicherbedarf. Unter einer partiell rekonstruierbaren Datensequenz wird in diesem Zusammenhang eine Folge von Datensätzen verstanden, die untereinander derart in Beziehung stehen, daß sich einzelne fehlende Datensätze näherungsweise aus z. B. zeitlich oder örtlich benachbarten Datensätze rekonstruieren lassen.The invention relates to a method for fail-safe Recording of partially reconstructable data sequences on a number of storage media with minimal Mass storage needs. Under a partially reconstructable In this context, data sequence becomes a sequence of Understood records that are related to each other in such a way stand that approximate missing data records from z. B. temporally or locally adjacent data records have it reconstructed.
Es existieren vielfältige Anwendungen, bei denen Daten aus mehreren Datenquellen in jeweilige Speicher abgelegt werden. Bei einem Ausfall eines Speichers wurden die Daten der entsprechenden Datenquelle verlorengehen. Daher werden die Speicher pro Datenquelle herkömmlicherweise redundant ausgelegt.There are many applications in which data is made several data sources are stored in the respective memory. In the event of a memory failure, the data of the corresponding data source are lost. Therefore, the Memory per data source is traditionally redundant designed.
Als Anwendung kommt vor allem die Aufzeichnung von Videodaten auf einem Videoserversystem in Betracht. Videoserversystemen werden z. B. zur Videoüberwachung und -aufzeichnung in Banken und Parkhäusern, zum Abruf von Videofilmen über ein Netz (video on demand) und bei Video-Informationsterminals (point of information) eingesetzt.The main application is the recording of video data on a video server system. Video server systems z. B. for video surveillance and recording in banks and parking garages, for accessing video films via a network (video on demand) and at video information terminals (point of information).
Das Verfahren kann aber auch bei Audiodaten und bei sonstigen Videodaten verwendet werden.The method can also be used for audio data and other Video data are used.
Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik wird im folgenden am Beispiel eines Videoserversystems dargelegt. The problem underlying the invention is in set out below using the example of a video server system.
Es werden die folgenden Begriffe verwendet:
Videosequenz bezeichnet eine Anzahl zeitlich
aufeinanderfolgender Einzelbilder, die in passender
Geschwindigkeit dargestellt, ähnlich einem (Kino-)Film,
ein Bewegtbild ergeben.The following terms are used:
Video sequence refers to a number of consecutive individual images, which are displayed at a suitable speed, similar to a (cinema) film, to produce a moving image.
Videoquelle bezeichnet ein Gerät, mit dem Videosequenzen in die betrachtete Anordnung eingespeist werden. Hierfür kommen z. B. Kameras, Videorecorder, Fersehtuner und Computer in Frage.Video source refers to a device with which video sequences in the arrangement under consideration can be fed. Therefor come z. B. cameras, VCRs, TV tuners and Computer in question.
Videoserver bezeichnet einen Massenspeicher für Videosequenzen mit einer Ansteuerungseinheit, die einen auf die Videodaten optimierten schreibenden (Aufzeichnung) und lesenden (Wiedergabe) Echtzeitzugriff ermöglicht.Video server refers to a mass storage for Video sequences with a control unit, the one writing (recording) optimized for the video data and read (playback) real-time access.
Videosenke bezeichnet ein Gerät, mit dem die gespeicherten Videosequenzen ausgegeben und weiterbearbeitet werden können. Hierfür kommen z. B. Monitore, Videorecorder, Großbildprojektoren und Computer in Frage.Video sink refers to a device with which the stored Video sequences are output and further processed can. For this come z. B. monitors, VCRs, Large screen projectors and computers in question.
Üblicherweise besteht eine feste Zuordnung jeder Videoquelle
SRCx zu jeweils "ihrem" Videoserver VSy. Damit ergibt sich in
den Videoservern beispielsweise folgender Inhalt:
Usually there is a fixed assignment of each video source SRC x to "their" video server VS y . This results in the following content in the video servers, for example:
Fällt nun ein Videoserver (z. B. VS2) aus, so ergibt sich die Situation, daß die aufgezeichneten Bilder des ausgefallenen Videoservers verloren sind, wie in der Tabelle skizziert ist. If a video server (e.g. VS2) fails, the result is Situation that the recorded images of the failed Video servers are lost, as outlined in the table.
Damit ist die Videosequenz der Videoquelle SPC2 für weitere Zugriffe vollständig verloren. Viele Anwendungen erfordern jedoch, daß das Gesamtsystem auch bei einem Versagen eines einzelnen Videoservers ausfallsicher reagiert.This makes the video sequence of the video source SPC2 for more Access completely lost. Many applications require however, that the overall system even in the event of failure of one individual video servers responded fail-safe.
Hierzu wird durch eine doppelte Auslegung aller Videoserver Redundanz geschaffen, indem jede Videosequenz parallel auf zwei Videoservern aufgezeichnet wird. Fällt ein Videoserver VSYa aus, kann die Videosequenz vom zugehörigen Ersatz- Videoserver VSYb bereitgestellt werden.For this purpose, redundancy is created by a double design of all video servers, in that each video sequence is recorded in parallel on two video servers. If a video server VS Ya fails , the video sequence can be provided by the associated replacement video server VS Yb .
Die folgende Tabelle zeigt, wie in diesem Fall beispielsweise
die einzelnen Bilder der verschiedenen Videoquellen in den
redundanten Videoservern VS1a, VS1b und VS2a, VS2b abgelegt
werden können:
The following table shows how in this case, for example, the individual images from the various video sources can be stored in the redundant video servers VS1a, VS1b and VS2a, VS2b:
Fällt nun einer der Videoserver aus, so sind dennoch alle
Sequenzen abrufbar, wie in der Tabelle gezeigt ist:
If one of the video servers fails, all sequences can still be called up, as shown in the table:
Diese Lösung hat den Nachteil, daß die doppelte Massenspeicherkapazität gegenüber der einfachen Aufzeichnung erforderlich ist. Wegen des hohen Speicherbedarfs von Videosequenzen verursacht dies erhebliche Mehrkosten. Außerdem ist die Videosequenz bei einem gleichzeitigen Ausfall beider Videoserver VSYa und VSYb endgültig für weitere Zugriffe verloren.This solution has the disadvantage that twice the storage capacity compared to simple recording is required. Because of the high memory requirement of video sequences, this causes considerable additional costs. In addition, if both video servers VS Ya and VS Yb fail at the same time, the video sequence is finally lost for further access.
In der JP 09205634 A ist ein Verfahren zur ausfallsicheren Aufzeichnung von Videosegmenten aus einer Videoquelle beschrieben. Ein einziges Videobild wird in Segmente unter teilt, die einzelne Zeilen beziehungsweise Spaltenabschnitte des Videobildes repräsentieren. Diese einzelnen Segmente werden in voneinander unabhängigen Speichern so abge speichert, daß ein Segment in einem anderen Speicher abgelegt wird, als das vorhergehende Segment. Die Ausgabe erfolgt durch eine Anzahl von Videoausgabegeräten, welche über ein Netzwerk die einzelnen Videosegmente aus Videospeichern abrufen. Die Aufteilung der Videosegmente auf die Videospeicher kann durch Pseudo-Random-Serien und damit unregelmäßig erfolgen. Sie können auch zirkulierend, d. h. regelmäßig, verteilt sein.JP 09205634 A describes a method for fail-safe Record video segments from a video source described. A single video frame is divided into segments divides the individual rows or column sections represent the video image. These individual segments are stored in independent memories stores that a segment is stored in another memory than the previous segment. The output takes place through a number of video output devices which have a Network the individual video segments from video memories recall. The distribution of the video segments on the Video memory can be through pseudo-random series and thus irregularly. They can also be circulating, i.e. H. be regular, distributed.
Ausgehend von diesem Stand der Technik war es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur ausfallsicheren Aufzeichnung von partiell rekonstruierbaren Datensequenzen aus mehreren Datenquellen auf eine Anzahl von Speichermedien anzugeben, mit dem Daten von mehreren Datenquellen trotz Ausfall eines Speichermediums ohne nennenswerten Qualitätsverlust darstellbar sind.Based on this state of the art, it was the task of Invention, a method for fail-safe recording of partially reconstructable data sequences from several Specify data sources on a number of storage media, with data from multiple data sources despite the failure of one Storage medium without significant loss of quality can be represented.
Eine Datensequenz soll jeweils aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Datensätze bestehen und die Speichermedien sollen jeweils voneinander unabhängig sein.A data sequence should consist of a number successive records exist and the Storage media should be independent of each other.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments are in the subclaims described.
Die Datenquellen werden alternierend ausgewählt und pro Auswahl einer Datenquelle wird jeweils ein Datensegment aufgezeichnet, wobei die Datensegmente der aufeinander folgenden Datenquellen zirkulierend in den Speichermedien abgelegt werden und zwei aufeinanderfolgende Datensegmente jeweils einer Datenquelle verschiedenen Speichermedien zugeordnet sind. Eine Störung durch einen Ausfall eines Speichermediums wird durch eine Interpolation der fehlenden Abtastwerte beziehungsweise Datensegmente aus den zeitlichen Nachbarwerten beziehungsweise Nachbardatensegmenten der betreffenden Datenquelle behoben.The data sources are selected alternately and pro Selecting a data source becomes one data segment at a time recorded, with the data segments of each other following data sources circulating in the storage media are stored and two successive data segments one data source each different storage media assigned. A failure due to a failure of a Storage medium is replaced by an interpolation of the missing Samples or data segments from the temporal Neighbor values or neighboring data segments of the concerned data source fixed.
Der Datensatz einer Datensequenz wird somit in einem anderen Speichermedium aufgezeichnet, als das Speichermedium, in dem der Datensatz der Datensequenz abgelegt ist, welche der aufzuzeichnenden Datensatz vorhergeht. Damit sind in einem Speichermedium nicht mehr fortlaufende Datensätze einer Sequenz abgelegt. Vielmehr sind die z. B. zeitlich oder örtlich aufeinanderfolgenden Datensätze auf die verschiedenen Speichermedien verteilt. Fällt nun ein Speichermedium aus, dann fehlen zwar einzelne Datensätze einer Sequenz. Es gehen aber nicht mehrere aufeinanderfolgenden Datensätze verloren. Der Verlust eines Datensatzes ist bei partiell rekonstruierbaren Datensequenzen vertretbar, da der fehlende Datensatz dann näherungsweise aus den benachbarten Datensätzen rekonstruiert werden kann. Werden z. B. Video- oder Audiodaten gespeichert, stellt der Verlust eines Bildes oder eines kurzen Tonausschnitts keinen wesentlichen Qualitätsverlust dar, wenn das fehlende Bild oder der fehlende Tonausschnitt geeignet rekonstruiert wird.The record of one data sequence is thus in another Storage medium recorded as the storage medium in which the data record of the data sequence is stored, which of the data record to be recorded. So that is in one Storage medium no longer continuous records Sequence filed. Rather, the z. B. temporally or locally successive records on the different Storage media distributed. If a storage medium fails, then individual data records of a sequence are missing. Go there but not lost several consecutive records. The loss of a data record is partial Reconstructable data sequences justifiable because of the missing Then approximate record from neighboring Records can be reconstructed. Are z. B. video or Audio data stored represents the loss of an image or a short sound excerpt Loss of quality if the missing picture or the missing sound section is appropriately reconstructed.
Im Unterschied zu dem in der JP 09205634 A beschriebenen Verfahren sind in dem vorliegenden Verfahren mehrere Videoquellen vorgesehen. Hierdurch ergibt sich eine wesentlich komplexere Anforderung an das Wiederauffinden der Datensequenzen für die Darstellung. Neben dem in der JP 09205634 A grundsätzlich offenbarten zirkulierenden Abspeichern von Datensequenzen werden die Datenquellen zudem alternierend ausgewählt und pro Auswahl wird ein Datensegment abgespeichert. Dadurch werden aufeinanderfolgende Daten sequenzen einer Datenquelle in unterschiedlichen Speicher medien abgelegt. Bei einem Ausfall eines Speichermediums werden nur vereinzelte Datensegmente einer Datenquelle vernichtet. Es ist dann jederzeit möglich, diese fehlenden Datensequenzen durch Interpolation annähernd zurückzugewinnen und damit eine ausreichende Darstellungsqualität zu erzielen.In contrast to that described in JP 09205634 A. There are several methods in the present method Video sources provided. This results in a much more complex requirement to find the Data sequences for the display. In addition to that in the JP 09205634 A basically disclosed circulating Saving data sequences will also be the data sources alternately selected and one data segment per selection saved. This will consecutive data sequences of a data source in different memories media filed. In the event of a storage medium failure only isolated data segments from a data source destroyed. It is then possible at any time to have these missing Approximately recover data sequences by interpolation and thus to achieve a sufficient display quality.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In der Fig. 1 ist das Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Datensequenzen in Speichermedien am Beispiel eines Videoserversystems skizziert. The invention is explained below with reference to the accompanying drawing. In Fig. 1 the method for recording and reproducing data sequences in storage media is outlined using the example of a video server system.
Jede Videoquelle SRCi, mit i als ganze Zahl, einer Anzahl von nSRC Videoquellen überträgt jeweils eine Daten- bzw. Videosequenz, die aus einzelnen Datensätzen besteht. So besteht die Datensequenz der ersten Videoquelle SRC1 aus den Datensätzen D11, D21, D23 etc. Entsprechend besteht die Datensequenz der Videoquelle SRC2 aus den Datensätzen D21, D22, D23 etc. und die Datensequenz der n-ten Videoquelle SRCn aus den Datensätzen Dn1, Dn2, Dn3 etc.Each video source SRCi, with i as an integer, a number of n SRC video sources each transmits a data or video sequence that consists of individual data records. Thus, the data sequence of the first video source SRC1 consists of the data records D11, D21, D23 etc. Accordingly, the data sequence of the video source SRC2 consists of the data records D21, D22, D23 etc. and the data sequence of the nth video source SRCn consists of the data records Dn1, Dn2 , Dn3 etc.
Die Datensätze werden in Speichermedien abgespeichert, die bei Videosystemen als Videoserver VSk, mit k als ganze Zahl, ausgeführt sind. Die Fig. 1 zeigt nvs Videoserver. Von den Videoservern werden die Videodaten ausgelesen und zur Weiterverarbeitung oder Wiedergabe in Videosenken DST1, DST2, . . . DSTn geleitet. Für jede Videoquelle SRC1, SRC2, . . ., SRCn ist üblicherweise jeweils eine Videosenke DST1, DST2, . . . DSTn vorgesehen.The data records are stored in storage media, which in video systems are designed as a video server VSk, with k as an integer. Fig. 1 shows n vs video server. The video data are read out by the video servers and used for further processing or playback in video sinks DST1, DST2,. . . DSTn headed. For each video source SRC1, SRC2,. . ., SRCn is usually a video sink DST1, DST2,. . . DSTn provided.
Die Videoquellen, Videoserver und Videosenken sind mit einem geeigneten Übertragungsmedium ÜM verbunden. Zur besseren Nutzung des Übertragungsmediums ÜM und zur Reduzierung der benötigten Aufzeichnungskapazität können die Videosequenzen an den Übergabepunkten vom und zum Übertragungsmedium ÜM geeignet umkodiert werden.The video sources, video servers and video sinks are all in one suitable transmission medium UM connected. For better Use of the transmission medium ÜM and to reduce the required recording capacity can be the video sequences at the transfer points from and to the transmission medium ÜM be appropriately recoded.
Videoquellen, Videoserver und Videosenken entsprechen den logischen Funktionen und können auf der Geräteebene durchaus in gemeinsamen Plattformen (z. B. Personal Computern) zusammengefaßt sein.Video sources, video servers and video sinks correspond to those logical functions and can at the device level in common platforms (e.g. personal computers) be summarized.
Das Verfahren bewirkt ohne zusätzliche Massenspeicher eine ausreichende Ausfallsicherheit, sogar bei gleichzeitigem Ausfall mehrerer Videoserver. Hierzu wird die Eigenschaft ausgenutzt, daß in Videosequenzen unmittelbar aufeinanderfolgende Bilder meist eine große Ähnlichkeit besitzen. Dadurch ist es in Zusammenhang mit der schnellen Wiedergabe (typisch 50 Bilder pro Sekunde) für den Betrachter kaum wahrnehmbar, wenn ein einzelnes Bild fehlt und durch ein vorhergehendes ersetzt wird.The method causes one without additional mass storage sufficient reliability, even with simultaneous Failure of multiple video servers. This is the property exploited that in video sequences immediately successive images usually have a great similarity have. This makes it related to the fast Playback (typically 50 frames per second) for the viewer hardly noticeable when a single picture is missing and through a the previous one is replaced.
Die Filme werden bei der Aufzeichnung einzelbildweise auf die verschiedenen Videoserver (Anzahl n) verteilt, wobei jeder Datensatz einer Videosequenz in einem anderen Videoserver gespeichert wird, als der Videoserver, in dem der Datensatz der Videosequenz abgelegt ist, welche dem aufzuzeichnenden Datensatz vorhergeht. In der Fig. 1 ist erkennbar, daß in dem Videoserver VS1 die Datensätze D11, D22 und D33, in dem Videoserver VS2 die Datensätze D21, D32 und D43 und in dem Videoserver VSn die Datensätze D12, D23 etc. gespeichert sind. Die Speicherung erfolgt somit alternierend, so daß bei einem Ausfall eines Videoservers nur einzelne Datensätze einer Videosequenz verloren sind.The films are distributed frame by frame to the various video servers (number n), with each data record of a video sequence being stored in a different video server than the video server in which the data record of the video sequence which precedes the data record to be recorded is stored. In Fig. 1 it is seen that in the video server VS1 the records D11, D22 and D33 in the video server VS2 the records D21, D32 and D43 and the video server VSn the records D12, D23, etc. are stored. The storage is thus carried out alternately, so that only individual data records of a video sequence are lost in the event of a video server failure.
In der nachfolgenden Tabelle ist beispielhaft gezeigt, wie
die einzelnen Bilder der verschiedenen Videoquellen SRCi in
den Videoservern VSk, mit i und k als ganze Zahlen, abgelegt
werden:
The table below shows an example of how the individual images from the various video sources SRCi are stored in the video servers VSk, with i and k as integers:
Bei der Wiedergabe werden die Einzelbilder von den verschiedenen Videoservern VSk in der richtigen Reihenfolge abgeholt und vor der Ausgabe an die Videosenke DSTi wieder zur ursprünglichen Videosequenz zusammengesetzt.During playback, the individual images from the different video servers VSk in the correct order picked up and again before output to the video sink DSTi composed to the original video sequence.
Bei Ausfall des zweiten Videoservers VS2 ergibt sich damit
folgende Situation:
If the second video server VS2 fails, the following situation arises:
Es sind nach wie vor Bilder von allen Videoquellen SRCi vorhanden und abrufbar, beim Abrufen der Videosequenzen fehlt dabei in jeder Videosequenz jedes nVS-te Bild. Die fehlenden Videobilder werden bei der Wiedergabe durch Wiederholung des jeweils vorangegangenen Bildes der gleichen Videosequenz ersetzt. Dies kann vom Betrachter kaum wahrgenommen werden und wird deshalb vom Anwender in der Regel akzeptiert. Die durch den Ausfall entstehende Veränderung kann darüberhinaus durch Vergrößerung der Zahl nVS nahezu beliebig minimiert werden.There are still pictures from any video source SRCI present and available, each n VS missing while retrieving the video sequences you in every video sequence th image. The missing video images are replaced during playback by repeating the previous image of the same video sequence. This can hardly be perceived by the viewer and is therefore generally accepted by the user. The change resulting from the failure can also be minimized almost arbitrarily by increasing the number n VS.
Fallen weitere Videoserver Vsk aus, bleiben weiterhin alle Videosequenzen abrufbar. Nur der Anteil der fehlenden und deshalb ersetzten Einzelbilder steigt entsprechend dem Verhältnis der defekten Videoserver zu den intakten Videoserver. Selbst im Extremfall, daß nur noch ein einziger Videoserver läuft, sind alle Filme, allerdings mit stark reduzierter Bildrate, verfügbar.If other Vsk video servers fail, all remain Video sequences available. Only the proportion of the missing and therefore, individual frames replaced increase accordingly Ratio of defective video servers to intact ones Video server. Even in extreme cases, that only one Videoserver is running, all films are, but with strong reduced frame rate, available.
Zur Realisierung des Verfahrens ist in bekannter Weise eine einzelbildweise Kodierung der Videosequenzen, ein Mechanismus zum Verteilen und Zusammenfügen der Sequenzen und ein synchronisierter Betrieb der Videoserver erforderlich.To implement the method is a known Frame by frame coding of the video sequences, a mechanism to distribute and merge the sequences and a synchronized operation of the video servers required.
Das beschriebene Verfahren kann auch für weitere dafür geeignete Datenarten angewendet werden. Der in der Regel zusammen mit der Videosequenz anfallende Audiodatenstrom kann z. B. dadurch ausfallsicher gespeichert werden, daß auch die einzelnen Abtastwerte des Audiosignals (Samples) auf mehrere Server verteilt werden.The described method can also be used for others for this suitable types of data are used. The usually audio data stream occurring together with the video sequence can e.g. B. stored fail-safe in that the individual samples of the audio signal (samples) to several Servers are distributed.
Bei Ausfall eines Servers ergibt sich dann bei der Wiedergabe durch die regelmäßige Verdoppelung von Samples allerdings ein Störsignal der Frequenz fAbtast/nVS, das durch eine passende Bandsperre weggefiltert werden müßte, die allerdings auch das Nutzsignal beeinträchtigt. Diese Störung sollte deshalb besser durch eine statistisch gestreute Verteilung der Samples oder durch eine Interpolation der fehlenden Samples aus den zeitlichen Nachbarwerten eliminiert werden. Der Ausfall eines Servers macht sich dann im Audiosignal nur durch einen entsprechend reduzierten Signal-Rauschabstand bemerkbar.In case of failure of a server, however, then results in the reproduction by the regular duplication of samples a noise signal of the frequency f sample / n VS which must be filtered by a suitable band stop filter, which will also affect the useful signal. This disturbance should therefore be eliminated better by a statistically scattered distribution of the samples or by an interpolation of the missing samples from the temporal neighboring values. The failure of a server is then only noticeable in the audio signal by a correspondingly reduced signal-to-noise ratio.
Claims (4)
- a) alternierendes Auswählen der Datenquellen;
- b) jeweils Aufzeichnen eines Datensatzes pro Auswahl einer Datenquelle, wobei
- c) die Datensätze der aufeinanderfolgenden Datenquellen zirkulierend in den Speichermedien abgelegt werden und d) zwei aufeinanderfolgende Datensätze jeweils einer Datensequenz verschiedenen Speichermedien zugeordnet sind.
- a) alternately selecting the data sources;
- b) recording a data record for each selection of a data source, wherein
- c) the data records of the successive data sources are stored in a circulating manner in the storage media, and d) two successive data records are each assigned to a data sequence of different storage media.
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE19738817A1 DE19738817A1 (en) | 1999-03-18 |
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Family Applications (1)
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Citations (1)
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1997
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205634A (en) * | 1996-01-25 | 1997-08-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Video data storage method and video server |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE19738817A1 (en) | 1999-03-18 |
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Legal Events
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