JP3234752B2

JP3234752B2 - 媒体ストリーマ

Info

Publication number: JP3234752B2
Application number: JP22994495A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・ラッセル・ベルナップ; マーサ・アール・ヘンレィ; ロレンゾ・ファルコン、ジュニア; トーマス・イー・フレイン; メイ−ラン・ルオ; アショク・ラジャ・サクセナ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: JPH0887385A; US5586264A; EP0702491A1; CA2153444A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマルチメディア・デ
ータの配布システムに関し、特に、ビデオを最小のバッ
ファリングにより複数の端末に同時に提供する対話式ビ
デオ・サーバ・システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】映画及びビデオの再生は、今日、かなり
旧式の技術により実施されている。主な記憶媒体は、Ｖ
ＨＳレコーダ／プレーヤなどのアナログ・テープから、
テレビ・スタジオ及び放送局で使用される非常に高品質
で高価なＤ１ＶＴＲまで様々である。この技術には多
くの問題が存在する。こうした問題には、テープをロー
ドするために要する手作業や、機械ユニット、テープ・
ヘッド及びテープ自身の摩耗及び破損、並びにそれにか
かる費用などが含まれる。放送局を困難に陥れる１つの
重要な制約は、ＶＴＲが順次的に１度に１つの機能だけ
しか達成できないことである。各テープ・ユニットは７
５０００ドル乃至１５００００ドルの費用を要する。

【０００３】ＴＶ局は、短い映画に他ならないコマーシ
ャルからの歳入を増やそうとして、特殊コマーシャルを
正規の番組に挿入し、それにより各都市を別々の市場と
して位置付ける。これはテープ技術や、非常に高価なデ
ジタルＤ１テープ・システムまたはテープ・ロボットに
おいても、困難な作業である。

【０００４】マルチメディア・データのエンド・ユーザ
への従来の配布方法は、２つのカテゴリに分類される。
それらは１）放送業界の方法と、２）コンピュータ業界
の方法である。放送業界の方法（映画、ケーブル、テレ
ビ網及びレコード業界を含む）は、一般に、アナログま
たはデジタル的に記録されたテープ形式の記憶を提供す
る。テープの再生は等時性（isochronous）のデータ・
ストリームを生成し、これらが放送業界の装置を通じて
エンド・ユーザに伝達される。一方、コンピュータ業界
の方法は、一般にディスク形式またはテープ増補式ディ
スク形式の記憶を提供し、データをＤＶＩ、ＪＰＥＧ及
びＭＰＥＧなどの圧縮デジタル形式で記録する。要求次
第でコンピュータが非等時性データ・ストリームをエン
ド・ユーザに配布し、エンド・ユーザ側でハードウェア
がバッファリングし、特殊アプリケーション・コードが
データ・ストリームを平滑化して、連続的な映像または
音声を生成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、ビデオ・テープ
・サブシステムは、記憶媒体のコストの点で、コンピュ
ータ・ディスク・サブシステムに勝るコスト的利点を示
してきた。しかしながら、ビデオ・テープ・サブシステ
ムは、テープ管理、アクセス待ち時間（latency）及び
比較的低い信頼性などの欠点を有する。これらの欠点
は、実時間デジタル圧縮／伸長技術の出現と共に、コン
ピュータ記憶装置のコストが低下してくると、益々重大
となってくる。

【０００６】コンピュータ・サブシステムは、複合的な
コスト性能比の改良を示してきているが、一般に"ビデ
オ・フレンドリ"（video friendly）と見られていな
い。コンピュータは主に、"非等時性"（non-isochronou
s）と呼ばれるインタフェース及びプロトコルにより、
ワークステーション及び他のコンピュータ端末とインタ
フェースする。エンド・ユーザへのマルチメディア・デ
ータの円滑な（等時性の）配布を保証するために、コン
ピュータ・システムは特殊アプリケーション・コード及
び大きなバッファを要求することにより、従来の通信方
法における固有の弱点を克服しようとする。またコンピ
ュータは、等時性データ・ストリームを処理し、それら
の間を高度な正確度で切り替えるマルチメディア業界に
おける装置と互換のインタフェースを欠く点でも、ビデ
オ・フレンドリではない。

【０００７】ビデオ・マテリアルをデジタル形式で圧縮
し記憶するためにコンピュータを導入することにより、
テレビ放送、映画スタジオ製作、電話回線による"ビデ
オ・オン・デマンド"、及びホテルにおける有料映画な
どの複数の主要業界において、革命が起こりつつある。
圧縮技術は、１００乃至１８０分の１の圧縮率の達成に
より実用レベルに至った。こうした圧縮比は、ランダム
・アクセス・ディスク技術を従来のテープ・システムに
代わる魅力的なものとする。

【０００８】デジタル・ディスク・データをランダムに
アクセスする能力、並びに非常に高帯域のディスク・シ
ステムにより、要求されるシステム機能及び性能が、デ
ィスク技術の性能、ハードウェア・コスト、及び消費性
の範囲内に入るようになった。従来は、ビデオまたは映
画を記憶するためにディスク・ファイルを使用すること
は、その記憶コストの点で現実的ではなかった。最近で
はこのコストが著しく低下した。

【０００９】ＭＰＥＧ規格に準拠する圧縮ビデオ・デー
タを採用する新たに登場しつつある数多くの市場にとっ
て、ビデオ・データをコスト有効に記憶するための幾つ
かの方法が存在する。本発明は、多くの異なる性能要求
に対する階層的解決策であって、市場要求に適合するよ
うにカストマイズすなわち個別化されうるモジュラ・シ
ステム・アプローチを提案する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンピュータ
業界の従来のインタフェース上で、マルチメディア環境
における等時性データ・ストリームの配布を可能にす
る"ビデオ・フレンドリ"なコンピュータ・サブシステム
を提供する。本発明による媒体ストリーマは、等時性デ
ータ・ストリームの配布に最適化され、データを新たな
コンピュータ・ネットワークにＡＴＭ（非同期転送モー
ド）技術により入力することができる。本発明は、シス
テム制御のためのＶＴＲ（ビデオ・テープ・レコーダ）
メタファを提供する一方、ビデオ・テープの欠点を排除
する。本発明のシステムは、次の特徴を提供する。すな
わち、１個乃至１０００個の独立に制御されるデータ・
ストリームをエンド・ユーザに配布するスケーラビリテ
ィ（scaleability）、データの単一コピーから多くの等
時性データ・ストリームを配布する能力、混合出力イン
タフェース、混合データ・レート、単純な"オープン・
システム"制御インタフェース、自動制御サポート、記
憶階層サポート及び１配布ストリーム当たりの低コスト
である。

【００１１】本発明の１態様によれば、データ記憶シス
テムが、ビデオ・プレゼンテーションのデジタル表現な
どのデータ・エンティティ（実体）を記憶する大容量記
憶ユニットを含み、データ・エンティティが複数Ｎの一
時的順序化セグメントに区分化される。データ・バッフ
ァが大容量記憶ユニットに双方向に接続され、最大Ｍ個
の一時的順序化セグメントを記憶する。ここでＭはＮよ
りも小さい。データ・バッファは、記憶された一時的順
序化セグメントを出力するための出力を有する。データ
記憶システムは更に、大容量記憶ユニットとデータ・バ
ッファとの間で、個々の一時的順序化セグメントの転送
をスケジュールするデータ・バッファ・マネージャを含
む。データ・バッファ・マネージャは、個々の一時的順
序化セグメントがデータ・バッファから出力されるよう
に要求される予測時刻に少なくとも従い、転送をスケジ
ュールする。

【００１２】更に本発明によれば、少なくとも１つのビ
デオ・プレゼンテーションのデジタル表現を記憶する少
なくとも１つの記憶ノードを有する媒体ストリーマが提
供される。少なくとも１つのビデオ・プレゼンテーショ
ンは、それを完全に表示するために時間Ｔを要し、複数
のＮデータ・ブロックとして記憶される。各データ・ブ
ロックは、少なくとも１つのビデオ・プレゼンテーショ
ンのＴ／Ｎ部分に相当する。少なくとも１つの記憶ノー
ドは、Ｎデータ・ブロックの少なくとも１つをバッファ
リングする第１のデータ・バッファを含む。媒体ストリ
ーマは更に、各々が回路スイッチを介して、第１のデー
タ・バッファの出力に接続される入力ポートを有し、該
データ・バッファから複数のＮデータ・ブロックを順次
受信する複数の通信ノードを含む。順次受信されるＮデ
ータ・ブロックは、同一のビデオ・プレゼンテーション
または異なるビデオ・プレゼンテーションに関連付けら
れる。複数の通信ノードの各々は更に、複数の出力ポー
トを有し、複数の個々の出力ポートは特定のビデオ・プ
レゼンテーションのデジタル表現を出力する。複数の個
々の通信ノードは更に、Ｎデータ・ブロックの少なくと
も１つを出力する以前に、当該データ・ブロックをバッ
ファリングする第２のデータ・バッファを含む。媒体ス
トリーマは更に少なくとも１つの制御ノードを含み、制
御ノードは第１の動作状態に応答して、Ｎデータ・ブロ
ックの１つを第１のデータ・バッファから第１の通信ノ
ードの出力ポート、並びに第２の通信ノードの出力ポー
トへ転送させる。少なくとも１つの制御ノードは更に、
第２の動作状態に応答して、Ｎデータ・ブロックの１つ
を第１のデータ・バッファから通信ノードの１つの第２
のデータ・バッファへ、更に第２のデータ・バッファか
ら前記通信ノードの複数の出力ポートへ転送させる。

【００１３】記憶ノードまたは通信ノードにおいて、バ
ッファ・メモリに保存されるべきブロックを選択する好
適な分散データ・バッファ管理技法の実施例が開示され
る。これらの技法はビデオ・データ・ストリームの予測
可能な性質に依存し、従って、任意のデータ・ブロック
に対する将来要求の予測が可能になる。

【００１４】

【実施例】

用語説明：以降の説明の中で使用される用語について、
最初に説明する。・ＡＡＬ−５：ATM ADAPTATION LAYER-5。データ伝送に
好適なＡＴＭサービスのクラスを示す。・ＡＴＭ：ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE（非同期転送モ
ード）。ローカル若しくはワイド・エリア・ネットワー
ク、または両者で使用される高速スイッチング及び伝送
技術。データ及びビデオ／音声の両方を伝送するように
設計される。・Betacam：専門的品質のアナログ・ビデオ・フォーマ
ット。・ＣＣＩＲ６０１：デジタル・テレビの規格の解像
度。７２０×８４０（ＮＴＳＣ）または７２０×５７６
（ＰＡＬ）。輝度はクロミナンスと共に、水平方向に
２：１でサブサンプルされる。・ＣＰＵ：中央処理ユニット。コンピュータ・アーキテ
クチャにおいて、コンピュータ命令を処理する主エンテ
ィティ。・ＣＲＣ：CYCLIC REDUNDANCY CHECK（巡回冗長検
査）。データ・エラー検出機構。・Ｄ１：ＣＣＩＲ６０１に準拠するビデオ記録フォー
マット。１９ｍｍビデオ・テープ上の記録。・Ｄ２：ＳＭＰＴＥ２４４Ｍに準拠するデジタル・ビ
デオ記録フォーマット。１９ｍｍビデオ・テープ上の記
録。・Ｄ３：ＳＭＰＴＥ２４４Ｍに準拠するデジタル・ビ
デオ・フォーマット。１／２インチ・ビデオ・テープ上
の記録。・ＤＡＳＤ：DIRECT ACCESS STORAGE DEVICE（直接アク
セス記憶装置）。アドレス可能な任意のオンライン記憶
装置またはＣＤ−ＲＯＭプレーヤ。磁気ディスク・ドラ
イブと同義。・ＤＭＡ：直接メモリ・アクセス。コンピュータ・アー
キテクチャにおいて、ＣＰＵを必要とすることなく、デ
ータを転送する方法。・ＤＶＩ：通常ＣＤ−ＲＯＭディスクからコンピュータ
画面にビデオを再生するために使用される、比較的低品
質のデジタル・ビデオ圧縮フォーマット。・Ｅ１：Ｔ１（後述）の欧州版。・ＦＩＦＯ：FIRST IN FIRST OUT（先入れ先出し）。先
に到来したデータを先にサービスするように作用するキ
ュー処理方法。・GenLock：別のビデオ信号との同期処理。ビデオのコ
ンピュータ捕獲において、デジタル化処理をビデオ信号
の走査パラメータに同期させることが要求される。・Ｉ／Ｏ：入力／出力・等時性（Isochronous）：時間に感応的であり、（好
適には）中断無しに送信される情報をさすときに使用さ
れる。実時間で送信されるビデオ及び音声データは等時
性である。・ＪＰＥＧ：JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUP。ＩＳ
Ｏ（国際標準化機構）主催の下で、コンピュータ・シス
テムにおいて使用される静止画のデジタル圧縮の統一規
格を定義している活動委員会。・ＫＢ：キロバイト。１０２４バイト。・ＬＡＮ：ローカル・エリア・ネットワーク。端末、コ
ンピュータ、及び周辺装置を約１マイル以下の距離にお
いて一緒に接続するツイストペア、同軸または光ファイ
バ・ケーブル上での高速伝送。・ＬＲＵ：LEAST RECENTRY USED（最低使用頻度）。・ＭＰＥＧ：MOVING PICTURE EXPERTS GROUP。ＩＳＯ主
催の下で、動画ビデオ／音声のデジタル圧縮／伸長の規
格を定義している活動委員会。ＭＰＥＧ−１は初期の規
格であり、現在使用されている。ＭＰＥＧ−２は次の規
格となるもので、デジタルで柔軟なスケーラブルのビデ
オ伝送をサポートし、複数の解像度、ビット・レート及
び配布機構をカバーする。・ＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２：ＭＰＥＧ参照。・ＭＲＵ：MOST RECENTRY USED（最高使用頻度）。・ＭＴＮＵ：MOST TIME TO NEXT USE。・ＮＴＳＣフォーマット：NATIONAL TELEVISION STANDA
RDS COMMITTEE。米国と日本で使用されるカラー・テレ
ビジョン・フォーマット規格。・ＰＡＬ：PHASE ALTERNATION LINE。フランスを除くヨ
ーロッパで使用されるカラー・テレビジョン・フォーマ
ット規格。・ＰＣ：パーソナル・コンピュータ。家庭または事業で
使用される比較的低価格のコンピュータ。・ＲＡＩＤ：REDUNDANT ARRAY of INEXPENSIVE DISKS。
縦列をなして作用し、帯域幅出力を増加し、冗長バック
アップを提供する、複数の磁気または光ディスクを使用
する記憶配列。・ＳＣＳＩ：SMALL COMPUTER SYSTEM INTERFACE。周辺
装置及びそれらの制御装置をコンピュータに接続するた
めの業界標準。・ＳＩＦ：SOURCE INPUT FORMAT。ＣＣＩＲ６０１解
像度の４分の１。・ＳＭＰＴＥ：SOCIETY OF MOTION PICTURE & TELEVISI
ON ENGINEERS。・ＳＳＡ：SERIAL STORAGE ARCHITECTURE。周辺装置と
それらの制御装置をコンピュータに接続する規格。ＳＣ
ＳＩと置換可能。・Ｔ１：ビット・レート１．５４４Ｍビット／秒の電話
網へのデジタル・インタフェース。・ＴＣＰ／ＩＰ：伝送制御プロトコル／インターネット
・プロトコル。ネットワークを通じ異類のコンピュータ
をリンクするために、国防総省により開発された一連の
プロトコル。・ＶＨＳ：VERTICAL HELICAL SCAN。アナログ・ビデオ
を磁気テープ上に記録するための共通フォーマット。・ＶＴＲ：ビデオ・テープ・レコーダ。ビデオを磁気テ
ープ上に記憶するための装置。・ＶＣＲ：ビデオ・カセット・レコーダ。ＶＴＲと同
じ。

【００１５】本実施例は以下のように構成される。Ａ．一般アーキテクチャＢ．等時的配布のためのデジタル圧縮ビデオ・データの
階層的管理Ｂ１．テープ記憶装置Ｂ２．ディスク記憶システムＢ３．キャッシュからの映画Ｃ．媒体ストリーマ・データ・フロー・アーキテクチャＣ１．制御ノード１８機能Ｃ２．通信ノード１４Ｃ３．記憶ノード１６Ｃ４．ジャスト・イン・タイム・スケジューリングＣ５．再生アクションの詳細Ｄ．媒体ストリーマとのユーザ・インタフェース及びア
プリケーション・インタフェースＤ１．ユーザ通信Ｄ１．１．コマンド・ライン・インタフェースＤ１．２．グラフィカル・ユーザ・インタフェースＤ２．ユーザ機能Ｄ２．１．インポート／エクスポートＤ２．２．ＶＣＲ式再生制御Ｄ２．３．拡張ユーザ制御Ｄ３．アプリケーション・プログラム・インタフェースＤ４．クライアント／媒体ストリーマ通信Ｄ４．１．クライアント制御システム１１Ｄ４．２．媒体ストリーマ１０Ｅ．ビデオ配布のための媒体ストリーマ・メモリ構成及
び最適化Ｅ１．従来のキャッシュ管理Ｅ２．ビデオ用に最適化されたキャッシュ管理Ｅ２．１．ストリームに渡るセグメント・サイズのキャ
ッシュ・バッファの共有化Ｅ２．２．予測キャッシングＥ２．３．キャッシングを最適化する同期ストリームＦ．ビデオ用に最適化されたデジタル・メモリ割当てＦ１．メモリ割当てに使用されるコマンドＦ２．アプリケーション・プログラム・インタフェースＧ．ビデオ・アプリケーション用に最適化されたディス
ク・ドライブＨ．ビデオ・データに対応したデータ・ストライピングＩ．媒体ストリーマ・データ転送及び変換プロシージャＩ１．スイッチ１８へのビデオ配布のための動的帯域幅
割当てＪ．通信アダプタによる等時性ビデオ・データの配布Ｊ１．圧縮ＭＰＥＧ−１、１＋、またはＭＰＥＧ−２デ
ジタル・データ・フォーマットから、業界標準テレビジ
ョン・フォーマット（ＮＴＳＣまたはＰＡＬ）へのビデ
オ・イメージ及び映画の変換Ｋ．ＳＣＳＩ装置へのデジタル・ビデオの伝送Ｋ１．ＳＣＳＩレベルのコマンド記述Ｋ２．バッファ管理Ｋ２．１．バッファ選択及び位置Ｋ２．２．自動モードＫ２．３．マニュアル・モードＫ２．４．エラー管理Ｋ２．５．エラー回復Ｋ２．６．自動再試行

【００１６】Ａ．一般アーキテクチャ：ビデオ最適化ストリーム・サーバ・システム１０（以降
では"媒体ストリーマ"として参照される）が図１に示さ
れ、スケーラビリティ、高い使用可能性、及び構成の柔
軟性を提供する、アーキテクチャ的に別個の４つのコン
ポーネントを含む。これらの主要コンポーネントを次に
示す。１）低待ち時間スイッチ１２：通信ノード１４と、１つ
以上の記憶ノード１６、１７と、１つ以上の制御ノード
１８との間で、データ及び制御情報を配布する主なタス
クを有するハードウェア／マイクロコード・コンポーネ
ント。２）通信ノード１４：ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、Ｄ１、Ｄ２な
どの、通常、放送業界において既知の外部定義インタフ
ェース上で、"再生"（データの等時的配布）または"記
録"（データの等時的受信）を可能にする主なタスクを
有するハードウェア／マイクロコード・コンポーネン
ト。デジタル−ビデオ変換インタフェースが、各通信ノ
ード１４の出力に接続される複数のビデオ・ポート１５
に含まれるビデオ・カード内で実現される。３）記憶ノード１６、１７：ディスクなどの記憶媒体及
び関連する記憶使用可能性オプションを管理する主なタ
スクを有するハードウェア／マイクロコード・コンポー
ネント。４）制御ノード１８：コンピュータ業界において既知の
外部定義サブシステム・インタフェースから制御コマン
ドを受信し、実行する主なタスクを有するハードウェア
／マイクロコード・コンポーネント。

【００１７】６４ノードを有する通常の媒体ストリーマ
は、３１個の通信ノード、３１個の記憶ノード、及び２
個の制御ノードを含むことができ、これらは低待ち時間
スイッチ１２により相互接続される。小規模なシステム
ではスイッチを含まずに、通信、記憶及び制御機能をサ
ポートする単一のハードウェア・ノードを含みうる。媒
体ストリーマ１０の設計は、利用者によるその導入によ
り、小規模システムを大規模システムに発展させること
を可能にする。全ての構成において、媒体ストリーマ１
０の機能的能力は、配布ストリーム数及び記憶マルチメ
ディア時間を除き、同様である。

【００１８】図２は、低待ち時間スイッチ１２の詳細を
示す。複数の回路スイッチ・チップ（図示せず）が、プ
レーナ・ボードを介して相互接続されるクロスバー・ス
イッチ・カード２０上で相互接続される。プレーナ及び
単一カード２０は、１６個のノード・ポートを有する低
待ち時間クロスバー・スイッチを構成する。追加のノー
ド・ポートを構成するために、カード２０の追加が可能
であり、必要に応じて、アクティブ冗長ノード・ポート
により高い使用可能性を提供することもできる。低待ち
時間スイッチ１２の各ポートは、例えば２５Ｍバイト／
秒の全２重通信チャネルを可能にする。

【００１９】情報はスイッチ１２を介してパケットにて
転送される。各パケットは、各スイッチ・チップ内の個
々のクロスバー・スイッチ・ポイントのスイッチング状
態を制御するヘッダ部分を含む。制御ノード１８は他の
ノード（記憶ノード１６、１７及び通信ノード１４）
に、低待ち時間スイッチ１２を介して、ピア・ツー・ピ
ア・オペレーションを可能にするために必要な情報を提
供する。

【００２０】図３は、テープ記憶ノード１７の内部詳細
を示す。以降で説明されるように、テープ記憶ノード１
７は、ビデオ・プレゼンテーションのデジタル表現の記
憶のための高容量記憶機構を提供する。

【００２１】ここではビデオ・プレゼンテーションは、
表示または処理のための１つ以上のイメージを含むこと
ができ、また音声部分も含みうる。フィルム、映画また
は動画シーケンスの順次フレームなどの、１つ以上のイ
メージが論理的に関連される。これらのイメージは元
来、カメラ、デジタル・コンピュータ、またはカメラと
デジタル・コンピュータの組合わせにより生成されう
る。音声部分は連続イメージの表示に同期される。ここ
では、ビデオ・プレゼンテーションのデータ表現は、１
つ以上のイメージに加え、音声も表現できる、任意の適
切なデジタル・データ・フォーマットである。デジタル
・データは符号化または圧縮されうる。

【００２２】図３を再度参照すると、テープ記憶ノード
１７は、テープ・ライブラリ２６に含まれる複数のテー
プ・レコードへのアクセスを可能にするテープ・ライブ
ラリ制御装置インタフェース２４を含む。別のインタフ
ェース２８は、ＳＣＳＩバス相互接続を介して、他のテ
ープ・ライブラリへのアクセスを可能にする。内部シス
テム・メモリ３０は、インタフェース２４または２８か
ら受信される、或いはＤＭＡデータ転送パス３２を介し
て受信されるビデオ・データのバッファリングを可能に
する。システム・メモリ・ブロック３０はＰＣ３４の１
部であり、テープ・ライブラリ及びファイル管理アクシ
ョンのためのソフトウェア３６を含む。スイッチ・イン
タフェース及びバッファ・モジュール３８（ディスク記
憶ノード１６、通信ノード１４及び制御ノード１８でも
使用される）は、テープ記憶ノード１７と低待ち時間ス
イッチ１２との間の相互接続を可能にする。すなわち、
モジュール３８はデータ転送をパケットに区分し、スイ
ッチ１２がパケットを経路指定するために使用するヘッ
ダ部分を各パケットに追加する役割をする。パケットを
スイッチ１２から受信すると、モジュール３８は受信デ
ータを局所的にバッファリングするか、処理する以前に
ヘッダ部分を除去する役割をする。

【００２３】テープ・ライブラリ２６からのビデオ・デ
ータは、最初のバッファリング・アクションにおいて、
システム・メモリ３０に入力される。次に、制御ノード
１８からの初期命令に応答して、ビデオ・データは低待
ち時間スイッチ１２を介して、ディスク記憶ノード１６
に経路指定され、要求されたときの実質的な即時アクセ
スに備える。

【００２４】図４は、ディスク記憶ノード１６の詳細を
示す。各ディスク記憶ノード１６は、スイッチ・インタ
フェース及びバッファ・モジュール４０を含み、このモ
ジュールは、ＲＡＩＤバッファ・ビデオ・キャッシュ及
び記憶インタフェース・モジュール４２との間のデータ
転送を可能にする。インタフェース４２は受信ビデオ・
データを複数のディスク４５に渡し、データは擬似ＲＡ
ＩＤ式に複数のディスクに渡って分散される。ＲＡＩＤ
メモリ記憶装置の詳細は既知であり、Pattersonらによ
る"A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk
s（RAID）"（ACMSIGMOD Conference、Chicago、IL、Jun
e 1-3、1988 pages 109-116）で述べられている。

【００２５】ディスク記憶ノード１６は更に、ソフトウ
ェア・モジュール４６及び４８を含む内部ＰＣ４４を有
し、これらのモジュールは、それぞれ、記憶ノード制御
及びビデオ・ファイル・システム、及びディスク制御及
びディスク４５上の記憶データのＲＡＩＤマッピングを
提供する。本質的に、各ディスク記憶ノード１６は、テ
ープ記憶ノード１７よりもより即時性のあるビデオ・デ
ータの使用可能性を提供する。各ディスク記憶ノード１
６は更に、ビデオ・データの要求に際してビデオ・デー
タのより早い使用可能性を提供するために、ビデオ・デ
ータをスイッチ・インタフェース及びバッファ・モジュ
ール４０の半導体メモリに（キャッシュ形式に）バッフ
ァリングすることができる。

【００２６】一般に、記憶ノードは、大容量記憶ユニッ
ト（または大容量記憶ユニットとのインタフェース）
と、大容量記憶ユニットから読み書きされるデータを局
所的にバッファリングする能力とを有する。記憶ノード
は、１つ以上のテープ・ドライブ形式またはディスク・
ドライブ形式の順次アクセス大容量記憶装置、及びラン
ダム・アクセス形式にアクセスされる１つ以上のディス
ク・ドライブまたは半導体メモリなどのランダム・アク
セス記憶装置を含みうる。

【００２７】図５は、通信ノード１４の内部コンポーネ
ントのブロック図を示す。上述の各ノードと同様、通信
ノード１４は、上述のように低待ち時間スイッチ１２と
の通信を可能にするスイッチ・インタフェース及びバッ
ファ・モジュール５０を含む。ビデオ・データは、スイ
ッチ・インタフェース及びバッファ・モジュール５０と
ストリーム・バッファ及び通信インタフェース５２との
間で直接転送され、ユーザ端末（図示せず）に転送され
る。ＰＣ５４はソフトウェア・モジュール５６及び５８
を含み、これらはそれぞれ、通信ノード制御（例えばス
トリームの開始／停止アクション）及び等時性データ・
ストリームの連続的生成を可能にする。ストリーム・バ
ッファ及び通信インタフェース５２への追加の入力６０
は、出力データのフレーム同期を可能にする。このデー
タは、ストリーム・サーバ１０の全体的な動作制御を司
るシステム制御装置６４により制御される自動制御装置
６２から受信される（図１参照）。システム制御装置６
４はユーザ制御セット・トップ・ボックス（set top bo
x）６５からの入力に応答して、媒体ストリーマ１０が
要求ビデオ・プレゼンテーションをアクセスすることを
可能にするコマンドを生成する。システム制御装置６４
は更にユーザ・インタフェース及び表示機構６６を提供
され、これはユーザがハードまたはソフト・ボタンなど
によりコマンドを入力したり、ビデオ・プレゼンテーシ
ョンの識別、ビデオ・プレゼンテーションのスケジュー
リング、及びビデオ・プレゼンテーションの再生の制御
を可能にする他のデータを入力することを可能にする。

【００２８】各制御ノード１８はＰＣとして構成され、
低待ち時間スイッチ１２とインタフェースするスイッチ
・インタフェース・モジュールを含む。各制御ノード１
８はシステム制御装置６４からの入力に応答して、情報
を通信ノード１４及び記憶ノード１６、１７に提供し、
所望の相互接続が低待ち時間スイッチ１２を介して生成
される。更に制御ノード１８は、１つ以上のディスク記
憶ノード１６からの要求ビデオ・データのステージン
グ、並びにストリーム配布インタフェースを介するビデ
オ・データのユーザ表示端末への配布を可能にするソフ
トウェアを含む。制御ノード１８は更に、低待ち時間ス
イッチ１２を通じて送信されるコマンドを介して、テー
プ及びディスク記憶ノード１６、１７の両方のオペレー
ションを制御する。

【００２９】媒体ストリーマ１０は、図１に示されるよ
うに、３つの体系化された外部インタフェースを有す
る。これらの外部インタフェースを次に示す。１）制御インタフェース：ＴＣＰ／ＩＰプロトコル（イ
ーサネットＬＡＮ、トークンリングＬＡＮ、シリアル・
ポート、モデムなど）を実行するオープン・システム・
インタフェース。２）ストリーム配布インタフェース：データ・ストリー
ムの配布のために設計された複数の業界標準（ＮＴＳ
Ｃ、Ｄ１など）の１つ。３）自動制御インタフェース：ストリーム出力の正確な
同期のための業界標準制御インタフェースの集合（GenL
ock、BlackBurst、ＳＭＰＴＥクロックなど）。

【００３０】アプリケーション・コマンドは、制御イン
タフェースを介して、媒体ストリーマ１０に発行され
る。データ・ロード・コマンドが発行されると、制御ノ
ードは入力データ・ファイルをセグメント（すなわちデ
ータ・ブロック）に分断し、それらを１つまたは複数の
記憶ノードに分配する。マテリアル密度及びデータの同
時ユーザ数が、記憶ノード１６、１７上のデータの配置
に影響する。密度または同時ユーザが増えると、容量及
び帯域幅のために、より多くの記憶ノードを使用するこ
とになる。

【００３１】エンド・ユーザへのデータのストリーミン
グを開始するコマンドが、制御インタフェースを介して
発行されると、制御ノード１８は適切な通信ノード１４
を選択して活動化し、記憶ノード１６、１７上のデータ
・ファイル・セグメントの位置を示す制御情報を渡す。
通信ノード１４は関連する記憶ノード１６、１７を活動
化し、低待ち時間スイッチ１２を通じて送信されるコマ
ンド・パケットを介してこれらのノードと通信し、デー
タ転送を開始する。

【００３２】データがディスク記憶ノード１６と通信ノ
ード１４との間を低待ち時間スイッチ１２を介して、"
ジャスト・イン・タイム"（just in time）・スケジュ
ーリング・アルゴリズムに従い転送される。スケジュー
リング及びデータ・フロー制御に使用される技法は以降
で詳細に述べられる。通信ノード・インタフェース１４
から発行されたデータ・ストリームは、単一の通信ノー
ド・ストリームが各ディスク記憶ノード１６の容量及び
帯域幅の１部を使用するように、ディスク記憶ノード１
６に（またはディスク記憶ノードから）多重化（multip
lex）される。このように多くの通信ノード１４が、デ
ィスク記憶ノード１６上の同一のまたは異なるデータへ
のアクセスを多重化しうる。例えば、媒体ストリーマ１
０は１５００の個々に制御されるエンド・ユーザ・スト
リームを、通信ノード１４のプールから提供することが
でき、これらのストリームの各々は、ディスク記憶ノー
ド１６に渡り分散される単一のマルチメディア・ファイ
ルへのアクセスを多重化する。この能力は"単一コピー
多重ストリーム"（single copy multiple stream）と称
される。

【００３３】制御インタフェースを介して受信されるコ
マンドは、２つの異なるカテゴリにおいて実行される。
データを管理し、ストリーム制御に直接関係しないコマ
ンドは、"低優先順位"で実行される。これにより、エン
ド・ユーザへのデータ・ストリームの配布が妨害される
ことなく、アプリケーションが媒体ストリーマ１０に新
たなデータをロードすることができる。ストリームの配
布に影響するコマンド（すなわち出力）は、"高優先順
位"で実行される。

【００３４】制御インタフェース・コマンドが図６に示
される。媒体ストリーマ１０においてデータをロードし
管理する低優先順位のデータ管理コマンドには、VS-CRE
ATE、VS-OPEN、VS-READ、VS-WRITE、VS-GET-POSITION、
VS-SET_POSITION、VS-CLOSE、VS-RENAME、VS-DELETE、G
ET_ATTRIBUTES、及びVS-GET_NAMESが含まれる。

【００３５】ストリーム出力を開始し管理する高優先順
位のストリーム制御コマンドには、VS-CONNECT、VS-PLA
Y、VS-RECORD、VS-SEEK、VS-PAUSE、VS-STOP及びVS-DIS
CONNECTが含まれる。制御ノード１８は、要求が実行さ
れることを保証するためにストリーム制御コマンドをモ
ニタする。制御ノード１８におけるこの"容認制御"（ad
mission control）機構は、媒体ストリーマ１０の能力
を越えたときのストリーム開始要求を拒絶しうる。こう
した場合は次に示すような幾つかの状況において発生し
うる。１）あるコンポーネントがシステム内で故障し、最大オ
ペレーションを阻止するとき。２）データ・ファイルへの同時ストリームの指定数（VS
-CREATEコマンドのパラメータにより指定される）を越
えたとき。３）システムからの同時ストリームの指定数（導入構成
（installation configuration）により指定される）を
越えたとき。

【００３６】通信ノード１４は、各々が潜在的に異なる
帯域幅（ストリーム）能力及び物理定義を有する異種の
グループとして管理される。VS-CONNECTコマンドが媒体
ストリーマ１０に、通信ノード１４と、等時性データ・
ストリームの配布を可能にするその特定のまたは全ての
関連帯域幅とを割当てるように命令する。例えば媒体ス
トリーマ１０は、圧縮データ・ストリームをかなり低い
データ・レート（通常１Ｍビット／秒乃至１６Ｍビット
／秒）で他の通信ノード１４上に再生しながら、非圧縮
データ・ストリームを通信ノード１４を通じて、２７０
Ｍビット／秒で同時に再生することができる。

【００３７】記憶ノード１６、１７は、各々が潜在的に
異なる帯域幅（ストリーム）能力及び物理定義を有する
異種のグループとして管理される。VS-CREATEコマンド
は媒体ストリーマ１０に、１つまたは複数の記憶ノード
１６、１７に、マルチメディア・ファイル及びその関連
メタデータのための記憶域を割当てるように命令する。
VS-CREATEコマンドは、ストリーム密度及び要求される
同時ユーザの最大数の両方を指定する。

【００３８】放送業界においては、VS-CONNECT-LIST、V
S-PLAY-AT-SIGNAL、及びVS-RECORD-AT-SIGNALの３つの
追加のコマンドが、自動制御システムをサポートする。
VS-CONNECT-LISTは、アプリケーションがサブシステム
への単一のコマンド内に、再生コマンド・シーケンスを
指定することを可能にする。媒体ストリーマ１０は、各
再生コマンドをあたかも制御インタフェースを介して発
行されたかのように実行するが、ストリームをつなぎめ
無しに配布する。シーケンス例を次に示す。１）制御ノード１８が、FILE1、FILE2及びFILE3の１部
または全部が順次再生されるべきことを示す再生サブコ
マンドと一緒に、VS-CONNECT-LISTを受信する。制御ノ
ード１８はファイルの最大データ・レートを決定し、そ
の資源を通信ノード１４に割当てる。割当てられた通信
ノード１４は、詳細な再生リストを与えられ、等時性ス
トリームの配布を開始する。２）FILE1の配布の終りに近づくと、通信ノード１４はF
ILE2の配布を開始するが、ノードの出力ポートへはまだ
許可しない。FILE1が完了するか、自動制御インタフェ
ースから信号が発生すると、通信ノード１４は出力ポー
トを第１のストリームから第２のストリームに切り替え
る。これは１／３０秒または１標準ビデオ・フレーム時
間内に行われる。３）通信ノード１４は、FILE1に関連する資源を割当て
解除する。

【００３９】VS-PLAY-AT-SIGNAL及びVS-RECORD-AT-SIGN
ALコマンドにより、外部自動制御インタフェースからの
信号が、ビデオ・フレーム境界への再生及び記録オペレ
ーションのためのデータ転送を可能にする。上述の例で
は、VS-CONNECT-LISTコマンドは、外部自動制御インタ
フェース信号にもとづきFILE1からFILE2への遷移を可能
にするPLAY-AT-SIGNALサブコマンドを含む。代わりにサ
ブコマンドがVS-PLAYの場合には、遷移はFILE1転送が完
了したときにのみ発生する。

【００４０】媒体ストリーマ１０が実行する他のコマン
ドは、記憶階層を管理する能力を提供する。これらのコ
マンドには、VS-DUMP、VS-RESTORE、VS-SEND、VS-RECEI
VE、及びVS-RECEIVE_AND_PLAYが含まれる。これらのコ
マンドの各々は、記憶ノード１６と２つの外部定義階層
エンティティとの間での、１つまたは複数のマルチメデ
ィア・ファイルの転送を発生する。１）VS-DUMP及びVS-RESTOREコマンドは、制御ノード１
８がアクセスできるディスク記憶ノード１６とテープ記
憶ユニット１７との間のデータ転送を可能にする。デー
タ転送は制御アプリケーションにより、或いは制御ノー
ド１８により自動的に開始されうる。２）VS-SEND及びVS-RECEIVEコマンドは、マルチメディ
ア・ファイルを別の媒体ストリーマに伝送する方法を提
供する。任意選択的に受信媒体ストリーマは、入力ファ
イルをファイル全体を待機することなく、即時、予め割
当てられた通信ノードに再生することができる。

【００４１】媒体ストリーマ・アーキテクチャにおいて
定義されるモジュール設計及び機能セットに加え、デー
タ・フローが等時性データ転送に対応して最適化され、
コストを多大に低減する。特に、１）低待ち時間スイッチの帯域幅が接続ノードの帯域幅
を上回り、ノード間の通信に、ほとんどブロッキングが
生じなくなる。２）プロセッサ・メモリへのデータ転送が回避され、よ
り大きな帯域幅が提供される。３）データの処理が回避され、高価な処理ユニットが排
除される。４）データ転送が慎重にスケジュールされ、大きなデー
タ・キャッシュが回避される。

【００４２】従来のコンピュータ用語では、媒体ストリ
ーマ１０は、相互接続されるアダプタのシステムとして
機能し、これらのアダプタは低待ち時間スイッチ１２を
介して、ピア・ツー・ピアのデータ転送を実行する能力
を有する。低待ち時間スイッチ１２はデータ記憶装置へ
のアクセスを有し、"ホスト・コンピュータ"の介入無し
に、あるアダプタのメモリから別のアダプタのメモリへ
データ・セグメントを転送する。

【００４３】Ｂ．等時的配布のためのデジタル圧縮ビデ
オ・データの階層的管理媒体ストリーマ１０は階層的記憶要素を提供する。これ
は非常に小規模なビデオ・システムから、非常に大規模
なシステムに及ぶスケーラビリティを可能にする設計で
ある。更にビデオ・オン・デマンド、準ビデオ・オン・
デマンド、コマーシャル挿入、高品質非圧縮ビデオの記
憶、捕獲及び再生の機能を満足するために必要な様々な
要求に適応する、記憶管理の柔軟性を提供する。

【００４４】Ｂ１．テープ記憶装置媒体ストリーマ１０において、ビデオ・プレゼンテーシ
ョンは高性能デジタル・テープからディスクに転送さ
れ、エンド・ユーザにより要求されるより低いデータ・
レートで再生される。このようにして、ビデオ時間の最
小量だけがディスク・サブシステム上に記憶される。シ
ステムが"準ビデオ・オン・デマンド"の場合、例えば各
映画の５分間だけが、任意の時刻において、ディスク記
憶装置に存在する必要がある。典型的な２時間映画で
は、それぞれが５分間のセグメントが２２個だけ必要と
なる。結果的に任意の時刻において、全てのビデオ・プ
レゼンテーションがディスク・ファイル上に保持される
ことがないので、ビデオ・プレゼンテーションのための
総ディスク記憶要求が低減される。再生されるプレゼン
テーションの１部分だけが、ディスク・ファイル内に存
在することが必要である。

【００４５】換言すると、ビデオ・プレゼンテーション
がその全体を再生するために時間Ｔを要し、Ｎデータ・
ブロックを有するデジタル表現として記憶される場合、
各データ・ブロックはビデオ・プレゼンテーションの約
Ｔ／Ｎ期間に相当する当該ビデオ・プレゼンテーション
の１部を記憶する。Ｎデータ・ブロックの最後のデータ
・ブロックは、Ｔ／Ｎ期間よりも少ない期間を記憶す
る。

【００４６】システムに対する要求が大きくなり、スト
リーム数が増加すると、統計的平均として、ビデオ・ス
トリーム要求の約２５％が同じ映画に対するものとな
る。しかしながら、異なるサブ秒単位の時間間隔では、
観賞者への配布は、これらのサブ秒の要求の５０％以上
が１５の映画セグメントのグループに入る結果となる。

【００４７】本発明の１態様は、この要求を満足する最
適な技術を利用することである。（例えばＩＢＭ社によ
り生産される）ランダム・アクセス・カートリッジ・ロ
ーダは、１テープ当たりの大きな記憶容量、１ドロワ
（drawer）当たり１００本のテープを有する機械式ロボ
ット・ローディング、及び１ドロワ当たり最大２個のテ
ープ・ドライブを有する、デジタル・テープ・システム
である。結果的に、"ムービ・オン・デマンド"・システ
ムに対応する有効なテープ・ライブラリが提供される。
しかしながら、本発明は映画のための大容量記憶装置を
提供する非常に低コストのデジタル・テープ記憶ライブ
ラリ・システムを可能にし、更に、低い要求度の映画を
テープから速度マッチング・バッファに、そして次にビ
デオ伸長及び配布チャネルに直接再生することを可能に
する。

【００４８】階層テープ記憶を任意のビデオ・システム
に結合する第２の利点は、ディスクが不動作状態になっ
たときに、ディスク上に記憶される任意の映画に迅速な
バックアップを提供することである。通常のシステムで
は、あるディスクが故障したとき、映画がテープから再
ロードされるように"予備"のディスクを保持する。これ
は通常、ＲＡＩＤまたはＲＡＩＤ式システムと結合され
る。

【００４９】Ｂ２．ディスク記憶システムビデオ・ストリームに対する要求レベルが高くなると、
映画全体をディスク上に記憶して、ビデオ・データをテ
ープからディスクに連続的に転送するために要求される
システム性能オーバヘッドを低減することが、より効率
的となる。通常のシステムは、依然としてテープ上に記
憶される映画のライブラリを含む。なぜなら、ライブラ
リ内の通常の映画の数は、任意の時刻に再生される映画
の数の１０倍乃至１００倍多いからである。ユーザが特
定の映画を要求すると、その映画のセグメントがディス
ク記憶ノード１６にロードされ、そこから開始される。

【００５０】同一の映画を観賞したい多くのユーザが存
在する場合、ディスク上にその映画を保持することが有
利である。これらの映画は通常、その週の"ホットな"映
画であり、ピークの観賞時間帯に先立ち、テープからデ
ィスクにプリロードされる。これにより、ピーク時間帯
の間のシステムの作業負荷が軽減される。

【００５１】Ｂ３．キャッシュからの映画 "ホット"映画に対する要求が多くなると、媒体ストリー
マ１０はＭＲＵベースのアルゴリズムを通じ、主要映画
をキャッシュに転送するように決定する。これは実質的
なキャッシュ・メモリを必要とするが、コスト対アクテ
ィブ・ストリーム数の比率に関しては、キャッシュから
サポートされる高ボリュームが、媒体ストリーマ１０の
総コストを押し下げる。

【００５２】ビデオ・データの性質、システムが常に再
生中のビデオ、及び次に要求されるデータ、再生に要す
る時間が予め認識されることから、キャッシュ、内部バ
ッファ、ディスク記憶装置、テープ・ローダ、バス性能
などの使用を最適化する方法が提供される。

【００５３】全ての記憶媒体に渡り内容の配置及び分配
を制御するアルゴリズムが、広帯域スペクトル要求への
等時性データの配布を可能にする。等時性データの配布
は実質的に１００％予測可能であるので、これらのアル
ゴリズムは、コンピュータ業界の他のセグメントで使用
される従来のアルゴリズム、すなわちアクセス・データ
のキャッシングが常に予測可能ではないアルゴリズムと
は非常に異なる。

【００５４】Ｃ．媒体ストリーマ・データ・フロー・ア
ーキテクチャ上述のように、媒体ストリーマ１０はビデオ・ストリー
ムを、ＴＶセットやＬＡＮ、ＡＴＭなどのネットワーク
を介して接続されるセット・トップ・ボックスなどの、
様々な出力に配布する。記憶容量及び同時ストリーム数
に対する要求に適合するために、複数の記憶ノード及び
通信ノードを含む分散アーキテクチャが好適である。デ
ータは記憶ノード１６、１７上に記憶され、通信ノード
により配布される。通信ノード１４は、適切な記憶ノー
ド１６、１７からデータを獲得する。制御ノード１８は
単一のシステム・イメージを外界に提供する。ノードは
相互接続低待ち時間スイッチ１２により接続される。

【００５５】データ・レート及び配布データは、各スト
リームに対応して予測可能である。本発明はこの予測可
能性を利用することにより、資源を完全に利用し、各ス
トリームのデータが必要な時に、あらゆるステージにお
いて使用可能なことを保証するデータ・フロー・アーキ
テクチャを構成する。

【００５６】記憶ノード１６、１７と通信ノード１４と
の間のデータ・フローは、多数の異なる方法によりセッ
ト・アップされる。

【００５７】通信ノード１４は一般に、複数のストリー
ムを配布する役割をする。通信ノードは、これらのスト
リームの各々に対応する保留のデータ要求を有するかも
しれず、要求データが異なる記憶ノード１６、１７から
到来するかもしれない。データを同一の通信ノードに送
信するために、異なる記憶ノードが同時に試行すると、
１つの記憶ノードだけがデータを送ることができ、他の
記憶ノードは妨害される。この妨害はこれらの記憶ノー
ドにデータの送信を再試行させ、スイッチの利用度を低
下させ、記憶ノードから通信ノードにデータを送信する
ために要する時間に大きな変化をもたらす。本発明で
は、異なる記憶ノード１６、１７の間で、通信ノード１
４の入力ポートの競合は発生しない。

【００５８】要求されるバッファリング量は、次のよう
にして決定される。通信ノード１４が要求を記憶ノード
１６、１７に送信し、データを受信するために要する平
均時間を判断する。この時間は、要求を記憶ノードに送
信するための時間と、応答を受信するための時間、すな
わち記憶ノードが要求を処理するために要する時間とを
加算して決定される。記憶ノードは、ディスクからデー
タを読出すために要する平均時間と、要求の処理に関連
する遅延とを加算することにより、要求を処理するため
に要する平均時間を決定する。これが要求を処理する待
ち時間となる。要求バッファリング量はストリームのデ
ータ・レートにおいて、この待ち時間をカバーするため
に必要なメモリ記憶である。以降で述べられる解決策
は、媒体ストリーマ環境の特殊状態を利用することによ
り、待ち時間を低減し、それにより要求資源を低減す
る。待ち時間は、以前のステージからのデータの要求を
予想しながら、データのあらゆるステージ（例えば記憶
ノード内及び通信ノード内）において、"ジャスト・イ
ン・タイム"・スケジューリング・アルゴリズムを用い
ることにより低減される。

【００５９】記憶ノード１６、１７による通信ノード１
４の入力ポートの競合が、次の２つの基準を用いること
により回避される。１）記憶ノード１６、１７は特定の要求の受信に際して
のみ、通信ノード１４にデータを送信する。２）所与の通信ノード１４が、記憶ノードから読出され
るデータに対する全ての要求を直列化し、通信ノード１
４からデータを受信する１つの要求だけが、通信ノード
１４が配布するストリーム数に関係なく、任意の時点に
おいて優先される。

【００６０】上述のように、待ち時間の低減は、あらゆ
るステージにおけるジャスト・イン・タイム・スケジュ
ーリングにもとづく。基本原理は、ストリームのデータ
・フローのあらゆるステージにおいて、データに対する
要求が到来するとき、そのデータが使用可能であること
である。これにより待ち時間は、要求を送信し、任意の
データ転送を実行するのに要する時間に低減される。従
って、制御ノード１８が特定のストリームに対応するデ
ータの要求を記憶ノード１６に送信すると、記憶ノード
１６はこの要求にほとんど即時に応答することができ
る。この特徴は、上述の競合問題の解決策にとって重要
である。

【００６１】媒体ストリーマ環境において、データへの
アクセスは順次的であり、ストリームのデータ・レート
は予測可能であるので、記憶ノードは、特定のストリー
ムのデータの次の要求が期待される時期を予想すること
ができる。要求に応じて供給されるデータの識別も知る
ことができる。記憶ノード１６は、データが記憶されて
いる場所、及び他のストリームに対応して期待される要
求も知ることができる。この情報と、ディスクから読出
し要求を処理する予想時間から、記憶ノード１６は読出
しオペレーションをスケジュールし、要求が通信ノード
１４から到来する直前に、データが使用可能となる。例
えばストリーム・データ・レートが２５０ＫＢ／秒で、
記憶ノード１６が４セグメント目毎にビデオを含む場
合、そのストリームに対応するデータに対する要求は４
秒毎に到来する。読出し要求の処理時間が５００ミリ秒
であると（読出し要求が５００ミリ秒以内で完了するこ
とが必要条件）、その要求は、通信ノード１４から要求
が受信されると予想されるよりも、少なくとも５００ミ
リ秒以前にスケジュールされる。

【００６２】Ｃ１．制御ノード１８機能制御ノード１８の機能は、制御フローのために、媒体ス
トリーマ１０と外界との間のインタフェースを提供する
ことである。これはまた、たとえ媒体ストリーマ１０自
身が分散システムとして実現されたとしても、単一のシ
ステム・イメージを外界に提供する。制御ノードの機能
は、定義アプリケーション・プログラム・インタフェー
ス（ＡＰＩ）により実行される。ＡＰＩはビデオ・デー
タの再生／記録などの実時間機能の他に、媒体ストリー
マ１０においてビデオ内容を生成する機能を提供する。
制御ノード１８は通信ノード１４に、ビデオを再生また
は停止するための実時間要求を送る。

【００６３】Ｃ２．通信ノード１４通信ノード１４は、実時間ビデオ・インタフェースを専
用に処理する（同一プロセス内の）次のスレッド、すな
わち接続／切断要求を処理するスレッド、再生／停止要
求及び休止／再開要求を処理するスレッド、及びジャン
プ（前方検索または後方検索）要求を処理するスレッド
を有する。更に記憶ノード１６からストリームに対応す
るデータを読出す入力スレッド、及びデータを出力ポー
トに書込む出力スレッドを有する。

【００６４】通信ノード１４におけるビデオ再生の間の
データ処理のデータ・フロー構造が、図７に示される。
データ・フロー構造は、記憶ノード１６からデータを獲
得する入力スレッド１００を含む。入力スレッド１００
は記憶ノードからのデータの受信を直列化するので、任
意の時点において１つの記憶ノードだけがデータを送信
することになる。入力スレッド１００は、出力スレッド
１０２がバッファからストリームに対応して書込む必要
があるときに、バッファが既にデータにより充填されて
いることを保証する。更にストリームの入力及び出力オ
ペレーションの両方をスケジュールするスケジュール機
能１０４が存在する。この機能は、入力スレッド１００
及び出力スレッド１０２の両方により使用される。

【００６５】各スレッドは要求をキューから取り出す。
出力スレッド１０２に対応する要求キュー１０６は、ス
トリームを識別する要求、及び空にすべき関連バッファ
を指し示す要求を含む。これらの要求は、ビデオ出力イ
ンタフェースに書込まれるべき時間順に整列される。出
力スレッド１０２がバッファを空にすると、出力スレッ
ドはバッファを空とマークし、そのストリームに対する
入力キュー１０８内の要求を入力スレッドに待機する
（バッファを充填する）ように、スケジューラ機能１０
４を呼出す。入力スレッド１００に対応するキュー１０
８もまた、バッファが充填されるべき時間順に整列され
る。

【００６６】入力スレッド１００もまた、要求時間順に
整列される要求キュー１０８を処理する。そのタスクは
バッファを記憶ノード１６から充填することである。そ
のキュー内の各要求に対応して、入力スレッド１００は
次のアクションを実行する。すなわち入力スレッド１０
０は、ストリームの次のデータ・セグメントを有する記
憶ノード１６を決定する（ビデオ・ストリーム・データ
は好適には多数の記憶ノードに渡り、ストライプされ
る）。入力スレッド１００は次に、ストリーム・データ
の要求を決定された記憶ノードに送信し（スイッチ１２
を通じてメッセージを送信する）、データの到来を待機
する。

【００６７】このプロトコルは、任意の時刻に１つの記
憶ノード１６だけが特定の通信ノード１４にデータを送
信することを保証し、記憶ノードが非同期にデータを通
信ノード１４に送信する場合に起こりうる競合を回避す
る。要求データが記憶ノード１６から受信されると、入
力スレッド１００はバッファをフルとマークし、要求を
（ストリームのデータ・レートにもとづき）出力スレッ
ド１０２にバッファリングし、バッファを空にするため
にスケジューラ１０４を呼出す。

【００６８】Ｃ３．記憶ノード１６ストリームの再生をサポートする記憶ノード１６のデー
タ・フロー構造が、図８に示される。記憶ノード１６
は、ビデオ・データを含むバッファのプールを有する。
これは各論理ディスク・ドライブに対応する入力スレッ
ド１１０と、スイッチ・マトリックス１２を介して通信
ノード１４にデータを書込む出力スレッド１１２とを有
する。記憶ノード１６は更に、入力スレッド１１０及び
出力スレッド１１２により使用され、オペレーションを
スケジュールするスケジューラ機能１１４、並びにデー
タを要求する通信ノード１４からの要求を処理するメッ
セージ・スレッド１１６を有する。

【００６９】データ要求メッセージが通信ノード１４か
ら受信されると、メッセージ・スレッド１１６が既にバ
ッファされた要求データを順当に見い出し、要求（キュ
ー１１８）を出力スレッド１１２に待機する。要求は時
間順に待機される。出力スレッド１１２はバッファを空
にし、それをフリー・バッファのリストに追加する。各
入力スレッド１１０は固有の要求キューを有する。関連
ディスク・ドライブ上にビデオ・データを有する各アク
ティブ・ストリームに対応して、キュー１２０は要求時
間順（データ・レート、ストライプ・レベルなどにもと
づく）に次のバッファを充填するように整列される。ス
レッドはキュー１２０内の最初の要求を取り出し、それ
にフリー・バッファを対応付け、バッファをディスク・
ドライブからのデータにより充填するように入出力要求
を発行する。バッファが充填されると、それがフル・バ
ッファのリストに追加される。このリストは、ストリー
ムに対応するデータ要求が受信されるとき、メッセージ
・スレッド１１６によりチャックされる。データ要求メ
ッセージが通信ノード１４から受信され、要求バッファ
がフルでない場合、これは誤りデッドライン（missed d
eadline）と見なされる。

【００７０】Ｃ４．ジャスト・イン・タイム・スケジュ
ーリングジャスト・イン・タイム・スケジューリング技法は、通
信ノード１４及び記憶ノード１６の両方で使用される。
この技法は次のパラメータを使用する。ｂｃ＝通信ノード１４におけるバッファ・サイズｂｓ＝記憶ノード１６におけるバッファ・サイズｒ＝ビデオ・ストリーム・データ・レートｎ＝ビデオ・ストリームに対応するデータを含むビデオ
のストライプ数ｓｒ＝ストライプ・データ・レートｓｒ＝ｒ／ｎ

【００７１】使用アルゴリズムは次のようである。（１）ｓｆｃ＝ストリームに対応する通信ノードにおけ
る要求の頻度で、ｒ／ｂｃである。（２）ｄｆｃ＝記憶ノードにおけるディスク読出し要求
の頻度で、ｓｒ／ｂｓである。ビデオ・データの"ストライピング"については、後述の
セクションＨで詳細に述べられる。

【００７２】要求は上記式により決定される頻度でスケ
ジュールされ、データが必要とされるより以前に完成す
る。これはビデオ・ストリームの再生の開始時に、デー
タ・パイプにデータを予め"注入する"（prime）ことに
より達成される。

【００７３】ｓｆｃ及びｄｆｃの計算は、接続時にスト
リームを再生する通信ノード１４と、ビデオ・データを
含む記憶ノード１６の両方において、実施される。頻度
（またはその逆数すなわち時間間隔）は、記憶ノード１
６（図８参照）内において、ディスクからの入力をスケ
ジュールするために、また通信ノード１４（図７参照）
内において、ポートへの出力（及び記憶ノードからの入
力）をスケジュールするために使用される。

【００７４】ジャスト・イン・タイム・スケジューリン
グ例：４つの記憶ノード上にストライプされるビデオか
ら、２．０Ｍビット／秒（２５００００バイト／秒）で
ストリームを再生すると仮定する。また、通信ノードに
おけるバッファ・サイズが２５００００バイトで、ディ
スク・ノードにおけるバァファ・サイズが２５００００
バイトとする。更にデータが２５００００バイト／秒で
セグメントにストライプされるものとする。

【００７５】ジャスト・イン・タイム・アルゴリズムの
様々なパラメータ値を次に示す。ｂｃ＝２５００００バイト（通信ノード１４におけるバ
ッファ・サイズ）ｂｓ＝２５００００バイト（記憶ノードにおけるバッフ
ァ・サイズ）ｒ＝２５００００バイト／秒（ストリーム・データ・レ
ート）ｎ＝４（ストリームに対応するビデオのストライプ数）ｓｒ＝ｒ／ｎ＝６２５０バイト／秒または２５００００
バイト／４秒、すなわち毎４秒ごとに２５００００バイ
トｓｆｃ＝ｒ／ｂｃ＝１／秒（通信ノード１４における要
求の頻度）ｄｆｃ＝ｓｒ／ｂｓ＝１／秒（記憶ノード１６における
要求の頻度）

【００７６】ストリームを再生する役割をする通信ノー
ド１４は、入力及び出力要求を１／秒の頻度または１．
０秒の間隔でスケジュールする。通信ノード１４がスト
リームに専用の２つのバッファを有すると仮定すると、
通信ノード１４はビデオ・ストリームの出力を開始する
以前に、両方のバッファが充填されることを保証する。

【００７７】接続時に、通信ノード１４は、ビデオ・デ
ータのストライプを含む４つの全ての記憶ノード１６に
メッセージを送信する。最初の２つの記憶ノードは、ス
トライプからの最初のセグメントに対する要求を予想
し、バッファを充填するようにディスク要求をスケジュ
ールする。通信ノード１４は、それぞれが２５００００
バイトのサイズを有する２つのバッファに、最初の２つ
のセグメントを読出すように、入力要求（図７参照）を
スケジュールする。再生要求が到来すると、通信ノード
１４は最初に２つのバッファがフルであることを保証
し、次に全ての記憶ノード１６に再生が開始することを
通知し、ストリームの再生を開始する。第１のバッファ
が出力されると（これは２Ｍビット／秒または２５００
００バイト／秒で１秒を要する）、通信ノード１４は記
憶ノード１６からデータを要求する。通信ノード１４は
次に各記憶ノードから順番に１秒間隔でデータを要求す
る。すなわち、通信ノードは特定の記憶ノードからは４
秒間隔でデータを要求する。通信ノードは常に２５００
００バイトのデータを１度に要求する。通信ノードが記
憶ノード１６からデータを要求する頻度の計算は、接続
時に通信ノード１４により実行される。

【００７８】記憶ノード１６はストリーム・データに対
する要求を次のように予想する。ストライプ３を含む記
憶ノード１６（後述のセクションＨ参照）は、再生が開
始した１秒後に、そしてそれ以降は４秒毎に、次の２５
００００バイト・セグメントに対する要求を予想するこ
とができる。ストライプ４を含む記憶ノード１６は、再
生が開始した２秒後に、そしてそれ以降は４秒毎に、要
求を予想することができる。ストライプ２を含む記憶ノ
ード１６は、再生が開始した４秒後に、そしてそれ以降
も４秒毎に、要求を予想することができる。すなわち、
各記憶ノード１６は、（上述のような）特定の開始時点
から４秒毎に２５００００バイトの頻度でディスクから
の入力をスケジュールする。このスケジューリングは記
憶ノード１６において、再生コマンドの受信後、及びス
トリームに対応するバッファが出力された後に達成され
る。要求頻度の計算は、接続要求の受信時に実行され
る。

【００７９】通信ノード１４及び記憶ノード１６におい
て、異なるバッファ・サイズを使用することも可能であ
る。例えば通信ノード１４におけるバッファ・サイズが
５００００バイトで、記憶ノード１６におけるバッファ
・サイズが２５００００バイトであってもよい。この場
合、通信ノード１４における要求の頻度は５／秒（＝２
５００００／５００００）すなわち０．２秒間隔とな
り、記憶ノード１６における頻度は１／秒のままであ
る。通信ノード１４は、最初のストライプを含む記憶ノ
ードから、最初の２つのバッファ（１０００００バイ
ト）を読出す（ここでセグメント・サイズは２５０００
０バイトであり、最初のセグメントを含む記憶ノード１
６は、接続時にディスクからの入力をスケジュールす
る）。再生が開始するとき、通信ノード１４は記憶ノー
ド１６にそのことを通知し、第１のバッファを出力す
る。バッファが空になると、通信ノード１４は次の入力
をスケジュールする。バッファは０．２秒毎に空にな
り、通信ノード１４はこの頻度で記憶ノード１６から入
力を要求し、また同じ頻度で出力をスケジュールする。

【００８０】この例では、記憶ノード１６は０．２秒間
隔で到来する５つの要求を予想できる。（但し、１００
０００バイトが既に読出されている最初のセグメントの
場合を除く。従って、初期には再生の開始後に、３つの
要求が０．２秒毎に到来する。すなわち、５つの要求
（各々が５００００バイトに対応）の次のシーケンス
は、前のシーケンスの最後の要求の４秒後に到来す
る。）記憶ノードのバッファ・サイズは２５００００バ
イトなので、記憶ノード１６はディスクからの入力を、
４秒毎にスケジュールする（先に述べた例と同様）。

【００８１】Ｃ５．再生アクションの詳細次のステップでは、ストリームの再生アクションの制御
及びデータ・フローを追跡する。再生のためにビデオを
セットアップするステップが、図９に時間順に示され
る。１．ユーザが、以前にロードされた特定のビデオを有す
るポートをセットアップするコマンドを呼出す。要求が
制御ノード１８に送信される。２．制御ノード１８内のスレッドが、要求及びVS-CONNE
CTコマンドを受信する。３．制御ノードのスレッドがビデオのカタログ・エント
リをオープンし、ストライプ・ファイル情報を有するビ
デオのメモリ記述子をセットアップする。４．制御ノード１８が要求に対応して、通信ノード１４
及びそのノード上の出力ポートを割当てる。５．次に制御ノード１８が、割当てられた通信ノード１
４にメッセージを送信する。６．通信ノード１４内のスレッドが、制御ノード１８か
らメッセージを受信する。７．通信ノードのスレッドが、ストライプ・ファイルを
含む記憶ノードにオープン要求を送信する。８、９．オープン要求を送信される各記憶ノード１６の
スレッドが、要求を受信し、要求ストライプ・ファイル
をオープンし、任意の必要な資源を割当てると同時に、
ディスクからの入力をスケジュールする（ストライプ・
ファイルが最初の数セグメントを含む場合）。１０．記憶ノードのスレッドが、ストライプ・ファイル
のハンドル（識別子）を有する応答を通信ノード１４に
返送する。１１．通信ノード１４のスレッドが全ての関連記憶ノー
ドから応答を待機し、成功裡に応答を受信すると、スト
リームのために資源を割当てる。これには出力ポートの
セットアップが含まれる。１２．通信ノード１４が次に、ビデオ・データ・パイプ
ラインを注入するための入力をスケジュールする。１３．通信ノード１４が次に応答を制御ノード１８に返
送する。１４．制御ノードのスレッドが、通信ノード１４から成
功裡に応答を受信すると、このストリーム・インスタン
スに関連する続く要求に対応して使用されるハンドルを
ユーザに返却する。

【００８２】次に、ビデオ・ストリームが成功裡にセッ
トアップされた後に、再生要求の受信に際し実行される
ステップを、時間順に示す。これらのステップは図１０
に示される。１．ユーザが再生コマンドを呼出す。２．制御ノード１８のスレッドが要求を受信する。３．制御ノード１８のスレッドが、要求がセットアップ
されたストリームに対応することを確認し、再生要求を
割当てられた通信ノード１４に送信する。４．通信ノード１４のスレッドが再生要求を受信する。５．通信ノード１４が再生要求を全ての関連記憶ノード
１６に送信し、これらのノードが、このストリームの続
く要求の予想に対応して、独自のオペレーションをスケ
ジュールできるようにする。ここで"関連"記憶ノードと
は、対象のビデオ・プレゼンテーションの少なくとも１
つのストライプを記憶する記憶ノードをさす。６．各関連記憶ノード１６のスレッドが要求を受信し、
このストリームの将来の要求をサービスするためのスケ
ジュールをセットアップする。各関連記憶ノード１６は
応答を通信ノード１４に返送する。７．通信ノードのスレッドは、パイプラインが注入され
る（ビデオ・データによりプリロードされる）ことを保
証し、ストリームの出力を可能にする。８．通信ノード１４が次に応答を制御ノード１８に返送
する。９．制御ノード１８が、ストリームが再生されているこ
とを示す応答をユーザに返送する。

【００８３】入力及び出力スレッドは、停止／休止コマ
ンドが受信されるか、ビデオが終了するまで、ビデオ・
プレゼンテーションを指定ポートに配布し続ける。

【００８４】Ｄ．媒体ストリーマとのユーザ・インタフ
ェース及びアプリケーション・インタフェース媒体ストリーマ１０は受動サーバであり、外部制御シス
テムから制御コマンドを受信すると、ビデオ・サーバ・
オペレーションを実行する。図１１は媒体ストリーマ１
０アプリケーションのシステム構成を示し、システム内
に存在するインタフェースを示す。

【００８５】媒体ストリーマ１０は、そのオペレーショ
ンを制御するために、ユーザ及びアプリケーション・プ
ログラムに対応した２レベルのインタフェース、すなわ
ちユーザ・インタフェース（図１１の（Ａ））と、アプ
リケーション・プログラム・インタフェース（図１１の
（Ｂ））を提供する。

【００８６】両レベルのインタフェースはクライアント
制御システム上に提供され、これらは遠隔プロシージャ
呼出し（ＲＰＣ）機構を通じて、媒体ストリーマ１０と
通信する。媒体ストリーマ１０上の代わりに、クライア
ント制御システム上にインタフェースを提供することに
より、媒体ストリーマ１０からのアプリケーション・ソ
フトウェアの分離が達成される。このことは、クライア
ント制御システム上のアプリケーション・ソフトウェア
の変更または置換を必要としないため、媒体ストリーマ
のアップグレードまたは置換を容易にする。

【００８７】Ｄ１．ユーザ通信媒体ストリーマ１０は、次の２タイプのユーザ・インタ
フェースを提供する。・コマンド・ライン・インタフェース・グラフィカル・ユーザ・インタフェース

【００８８】Ｄ１．１．コマンド・ライン・インタフェ
ースコマンド・ライン・インタフェースは、ユーザ・コンソ
ールまたはインタフェース（図１の６５、６６）上にプ
ロンプトを表示する。コマンド・プロンプトの後、ユー
ザはコマンドを入力する。実際にはコマンド・キーワー
ドに続いてパラメータを入力する。コマンドが実行され
ると、インタフェースは再度プロンプトを表示し、次の
コマンド入力を待機する。媒体ストリーマ・コマンド・
ライン・インタフェースは、特に次に示す２タイプのオ
ペレーションに好適である。

【００８９】バッチ制御：バッチ制御は、一連のビデオ
制御コマンドを含むコマンド・スクリプトの実行の開始
に関連する。例えば放送業界では、拡張期間における事
前記録済みのスケジュール番組を含むコマンド・スクリ
プトが、予め用意される。スケジュールされた開始時間
に、単一のバッチ・コマンドによりコマンド・スクリプ
トが実行され、オペレータの介入無しに放送が開始され
る。

【００９０】自動制御：自動制御は、プログラムにより
生成されたコマンド・リストの実行に関連し、媒体スト
リーマ１０上に記憶されたマテリアルを更新／再生す
る。例えばニュース機関が、毎日、新たなマテリアルを
媒体ストリーマ１０にロードする。新たなマテリアルを
管理するアプリケーション制御プログラムが、媒体スト
リーマ１０を新たなマテリアルにより更新する媒体スト
リーマ・コマンド（例えば、ロード（Load）、消去（De
lete）、アンロード（Unload））を生成する。生成され
たコマンドが、その実行のために、コマンド・ライン・
インタフェースに送られる。

【００９１】Ｄ１．２．グラフィカル・ユーザ・インタ
フェース図１２は、媒体ストリーマ・グラフィカル・ユーザ・イ
ンタフェースの例を示す。このインタフェースは、再生
（Play）、休止（Pause）、巻戻し（Rewind）、停止（S
top）などの制御ボタンを有するビデオ・カセット・レ
コーダの制御パネルに類似する。更にこれは、オペレー
ションがユーザによる選択に関連するときに（例えばロ
ード（Load）は、ユーザにビデオ・プレゼンテーション
のロードを選択するように要求する）、選択パネルを提
供する。グラフィカル・ユーザ・インタフェースは、直
接ユーザ対話において特に有用である。

【００９２】"バッチ"（Batch）・ボタン１３０及び"イ
ンポート／エクスポート"・ボタン１３２が、グラフィ
カル・ユーザ・インタフェースに含まれる。これらの機
能については後述される。

【００９３】Ｄ２．ユーザ機能媒体ストリーマ１０は、次の３つの汎用タイプのユーザ
機能を提供する。・インポート／エクスポート・ＶＣＲ式再生制御・拡張ユーザ制御

【００９４】Ｄ２．１．インポート／エクスポートインポート／エクスポート機能は、ビデオ・データを媒
体ストリーマ１０に、または媒体ストリーマから転送す
るために使用される。ビデオがクライアント制御システ
ムから媒体ストリーマ１０に転送されるとき（インポー
ト）、ビデオ・データのソースが、クライアント制御シ
ステムのファイルまたはデバイスとして指定される。ビ
デオ・データのターゲットは、媒体ストリーマ１０内の
特定の名前で指定される。ビデオが媒体ストリーマ１０
からクライアント制御システムに転送されるときには
（エクスポート）、ビデオ・データのソースは、媒体ス
トリーマ１０内のその名前により指定され、ビデオ・デ
ータのターゲットは、クライアント制御システムのファ
イルまたはデバイスとして指定される。

【００９５】ユーザ機能のインポート／エクスポート・
カテゴリでは、媒体ストリーマ１０はビデオを除去す
る"消去"（delete）機能、及び記憶ビデオに関する情報
を獲得する"属性獲得"（get attributes）機構を提供す
る。

【００９６】グラフィカル・ユーザ・インタフェースを
介して、インポート／エクスポート機能を呼出すため
に、ユーザは"インポート／エクスポート"・ソフト・ボ
タン１３２（図１２）をクリックする。すると、個々の
機能を呼出すために、"インポート"、"エクスポー
ト"、"消去"及び"属性獲得"ボタンを含む新たなパネル
（図示せず）が現れる。

【００９７】Ｄ２．２．ＶＣＲ式再生制御媒体ストリーマ１０は、一連のＶＣＲ式再生制御を提供
する。図１２の媒体ストリーマ・グラフィカル・ユーザ
・インタフェースは、次の機能、すなわちロード、取出
し、再生、スロー、休止、停止、巻戻し、早送り、及び
無声（Mute）が使用可能であることを示す。これらの機
能は、グラフィカル・ユーザ・インタフェース上の対応
するソフト・ボタンをクリックすることにより活動化さ
れる。媒体ストリーマ・コマンド・ライン・インタフェ
ースは、次に示す類似の機能セットを提供する。セットアップ：特定の出力ポートに対応して、ビデオを
セットアップする。ＶＣＲへのビデオ・カセットのロー
ディングに類似。再生：セットアップされたビデオの再生を開始するか、
休止されていたビデオの再生を再開する。休止：ビデオの再生を休止する。切離し（Detach）：ＶＣＲからのビデオ・カセットの取
出しに類似。状態（Status）：再生中のビデオ、再生経過時間などの
ポートの状態を表示する。

【００９８】Ｄ２．３．拡張ユーザ制御放送業界などの特定のアプリケーション要求をサポート
するために、本発明は次の幾つかの拡張ユーザ制御を提
供する。再生リスト（Play list）：複数のビデオ及びポート上
に再生されるそれらのシーケンスをセットアップする。再生長（Play length）：ビデオの再生時間を制限す
る。バッチ・オペレーション：コマンド・ファイルに記憶さ
れるオペレーション・リストを実行する。

【００９９】再生リスト及び再生長の制御は、グラフィ
カル・ユーザ・インタフェース上の"ロード"・ボタン１
３４により達成される。各"セットアップ"・コマンド
は、特定のポートに対応する再生リストに追加されるビ
デオを指定する。これはまた、ビデオが再生される時間
制限を指定する。図１３は、グラフィカル・ユーザ・イ
ンタフェース上の"ロード"・ソフト・ボタン１３４のク
リックに応答して、再生リストに追加されるビデオを選
択し、ビデオ再生の時間制限を指定するために現れるパ
ネルを示す。ユーザが"ファイル"・ボックス１３６内の
ファイル名をクリックすると、その名前が"ファイル名"
ボックス１３８に入力される。ユーザが"追加"ボタン１
４０をクリックすると、"ファイル名"ボックス１３８内
のファイル名が、その時間制限と一緒に"再生リスト"・
ボックス１４２に追加され、現在の再生リストを（再生
リスト上の各ビデオの時間制限と一緒に）表示する。

【０１００】バッチ・オペレーションは、グラフィカル
・ユーザ・インタフェース上の"バッチ"・ソフト・ボタ
ン１３０（図１２参照）を使用することにより実行され
る。

【０１０１】"バッチ"・ボタン１３０が活動化される
と、ユーザがコマンド・ファイル名（図１４参照）を選
択または入力するためのバッチ選択パネルが表示され
る。バッチ選択パネル上の"実行"ボタン１４４を押下す
ることにより、選択コマンド・ファイル内のコマンドの
実行が開始する。図１４は、グラフィカル・ユーザ・イ
ンタフェース上の"バッチ"及び"実行"オペレーションの
例である。例えば、ユーザは最初に、c:/batchcmdディ
レクトリ内のファイル"batch2"にコマンド・スクリプト
を生成する。ユーザは次に、図１２に示されるグラフィ
カル・ユーザ・インタフェース上の"バッチ"・ボタン１
３０をクリックし、バッチ選択パネルを呼出す。次にユ
ーザは、バッチ選択パネルの"ディレクトリ"・ボックス
１４６内の"c:/batchcmd"をクリックする。すると、"フ
ァイル"・ボックス１４８内にファイルのリストが表示
される。"ファイル"・ボックス１４８内の"batch2"の行
をクリックすると、これが"ファイル名"ボックス１５０
に入力される。最後に、ユーザは"実行"ボタン１４４を
クリックし、"batch2"ファイル内に記憶されるコマンド
を順次実行する。

【０１０２】Ｄ３．アプリケーション・プログラム・イ
ンタフェース媒体ストリーマ１０は、上述のアプリケーション・プロ
グラム・インタフェース（ＡＰＩ）を提供する。それに
より、アプリケーション制御プログラムは媒体ストリー
マ１０と対話し、そのオペレーションを制御することが
できる（図１１参照）。

【０１０３】ＡＰＩは遠隔プロシージャ呼出し（ＲＰ
Ｃ）ベースのプロシージャを含む。アプリケーション制
御プログラムは、プロシージャ呼出しにより、ＡＰＩ機
能を呼出す。プロシージャ呼出しのパラメータが、実行
される機能を指定する。アプリケーション制御プログラ
ムは、媒体ストリーマ１０の論理及び物理ロケーション
を考慮することなく、ＡＰＩ機能を呼出す。ビデオ・サ
ービスを提供する媒体ストリーマ１０の識別は、クライ
アント制御システムのスタートアップ時、または任意選
択的に、アプリケーション制御プログラムの開始時のい
ずれかに確立される。媒体ストリーマ１０の識別が確立
されると、プロシージャ呼出しがサービスに対応する適
正な媒体ストリーマ１０に仕向けられる。

【０１０４】後述される以外では、ＡＰＩ機能は同期式
に処理される。すなわち、機能呼出しが呼出し人に返却
されると、その機能は実行され、媒体ストリーマ１０に
おいて追加の処理は必要とされない。ＡＰＩ機能を同期
オペレーションとして構成することにより、コンテキス
ト・スイッチングのための追加の処理オーバヘッド、非
同期信号送信、及びフィードバックが回避される。この
性能は厳しい実時間要求のために、ビデオ・サーバ・ア
プリケーションにおいては重要である。

【０１０５】ＡＰＩ機能の処理は、要求が受信される順
に実行される。このことはユーザ・オペレーションが正
しい順序で処理されることを保証する。例えば、ビデオ
はその再生以前に接続（セットアップ）されなければな
らない。別の例では、"再生"要求に続く"休止"要求によ
る順序の切替えが、完全に異なる結果をユーザに与え
る。

【０１０６】VS-PLAY機能はビデオの再生を開始し、
（ビデオ再生の完了まで待機することなく、）制御を呼
出し人に即時返却する。このアーキテクチャの論理的根
拠は、ビデオ再生の時間は通常、長く（数分から数時
間）、予測できないために（休止または停止コマンドが
発生しうる）、VS-PLAY機能を非同期にすることによ
り、予測不能なまま長時間割当てられうる資源を解放す
ることである。

【０１０７】ビデオ再生の終了時に、媒体ストリーマ１
０は、アプリケーション制御プログラムにより指定され
るシステム／ポート・アドレスに非同期呼出しを生成
し、アプリケーション制御プログラムにビデオ完了事象
を通知する。システム／ポート・アドレスは、アプリケ
ーション制御プログラムがビデオを接続するために、AP
I VS-CONNECT機能を呼出す際に指定する。ここでVS-PLA
Yに対応するコールバック・システム／ポート・アドレ
スが、個々のビデオ・レベルにおいて指定されることを
述べておく。このことは、アプリケーション制御プログ
ラムが、自由にビデオ完了メッセージを任意の制御ポイ
ントに転送できることを意味する。例えば、あるアプリ
ケーションが、多くのまたは全てのクライアント制御シ
ステムに対するビデオ完了メッセージを処理するため
に、１つの中央システム／ポートの使用を望むかもしれ
ない。一方、別のアプリケーションにおいて、複数の異
なるシステム／ポート・アドレスが、あるクライアント
制御システムに対するビデオ完了メッセージを処理する
ために使用されうる。

【０１０８】ＡＰＩアーキテクチャにより、媒体ストリ
ーマ１０は、異種のハードウェア及びソフトウェア・プ
ラットフォームを有する複数の並行クライアント制御シ
ステムをサポートできるようになり、オペレーション要
求の正しい順序を保証する上で、同期及び非同期タイプ
の両方のオペレーションを効率的に処理可能となる。例
えば媒体ストリーマ１０は、ＰＳ／２システム上で実行
されるＩＢＭＯＳ／２オペレーティング・システムを
使用し、一方、クライアント制御システムは、ＲＳ／６
０００システム上で実行されるＩＢＭＡＩＸオペレー
ティング・システムを使用することができる（ＩＢＭ、
ＯＳ／２、ＰＳ／２、ＡＩＸ、及びＲＳ／６０００は全
てＩＢＭ社の商標である）。

【０１０９】Ｄ４．クライアント／媒体ストリーマ通信クライアント制御システムと媒体ストリーマ１０との間
の通信は、例えば既知のタイプの遠隔プロシージャ呼出
し（ＲＰＣ）機構を通じて達成される。図１５は、クラ
イアント制御システム１１と媒体ストリーマ１０との間
の通信のためのＲＰＣ構造を示す。媒体ストリーマ機能
の呼出しにおいて、クライアント制御システム１１はＲ
ＰＣクライアントとして機能し、媒体ストリーマ１０は
ＲＰＣサーバとして機能する。これは図１５の（Ａ）に
示される。しかしながら、非同期機能、すなわちVS-PLA
Yでは、その完了により媒体ストリーマ１０がクライア
ント制御システム１１へ呼出しを生成する。この場合、
クライアント制御システム１１はＲＰＣサーバとして機
能し、媒体ストリーマ１０はＲＰＣクライアントとして
機能する。これは図１５の（Ｂ）に示される。

【０１１０】Ｄ４．１．クライアント制御システム１１クライアント制御システム１１では、ユーザ・コマンド
・ライン・インタフェースが３つの内部並列プロセス
（スレッド）を含む。第１のプロセスはユーザ・コマン
ド・ライン入力を解析し、ＡＰＩ機能を呼出すことによ
り、要求オペレーションを実行する。その結果、ＲＰＣ
呼出しが媒体ストリーマ１０に発行される（図１５の
（Ａ））。このプロセスはまた、様々な出力ポートに対
応してセットアップされ再生されるビデオの状態を追跡
する。第２のプロセスは、周期的に、各ビデオの経過再
生時間を、その指定時間制限に対してチェックする。ビ
デオがその時間制限に達すると、ビデオは停止されて切
断され、同一出力ポートに対応する待機キュー内の次の
ビデオが、（もし存在する場合には）開始される。クラ
イアント制御システム１１における第３のプロセスは、
ＲＰＣサーバとして機能し、媒体ストリーマ１０からVS
-PLAY非同期終了通知を受信する（図１５の（Ｂ））。

【０１１１】Ｄ４．２．媒体ストリーマ１０媒体ストリーマ１０のスタートアップの間、クライアン
ト制御システム１１と媒体ストリーマ１０との間のＲＰ
Ｃをサポートするために、２つの並列プロセス（スレッ
ド）が呼出される。第１のプロセスは、クライアント制
御システム１１から到来するＡＰＩ機能呼出しに対し、
ＲＰＣサーバとして機能する（図１５の（Ａ））。第１
のプロセスはＲＰＣ呼出しを受信し、要求機能（VS-CON
NECT、VS-PLAY、VS-DISCONNECTなど）を実行するため
に、適切なプロシージャをディスパッチする。第２のプ
ロセスは、適切なクライアント制御システム・アドレス
を呼出すＲＰＣクライアントとして機能し、アプリケー
ション制御プログラムに非同期終了事象を通知する。こ
のプロセスは内部パイプ上で待機して、自身をブロック
する。このパイプは、ビデオの再生を処理する他のプロ
セスにより書込まれる。後者すなわち他のプロセスがビ
デオの終りまたは異常終了状態に達すると、これはパイ
プにメッセージを書込む。ブロックされたプロセスはメ
ッセージを読出し、適切なクライアント制御システム１
１のポート・アドレスにＲＰＣ呼出しを生成し（図１５
の（Ｂ））、それによりクライアント制御システムはそ
の状態を更新し、適宜アクションを起こすことができ
る。

【０１１２】Ｅ．ビデオ配布のための媒体ストリーマ・
メモリ構成及び最適化本発明の１態様は、キャッシュ管理及び関連入出力オペ
レーションをビデオ配布環境に個別に適合化する統合機
構を提供する。次に、本発明のこの態様について詳細に
説明する。

【０１１３】Ｅ１．従来のキャッシュ管理従来のキャッシュ管理機構は、キャッシュ制御装置及び
オペレーティング・システムのファイル・サブシステム
内に組込まれる。これらは汎用使用に対応して設計され
ており、ビデオ配布のニーズに適合するように特殊化さ
れていない。

【０１１４】図１６は、ビデオ配布に対応して、従来の
キャッシュ管理機構が構成される１つの方法を示す。こ
の技法は、２つのディスク・ファイル１６０、１６２の
間でのビデオの分離（なぜならビデオが１ファイルにと
って大き過ぎるので）と、ファイル・システム１６６、
媒体サーバ１６８及びビデオ・ドライバ１７０を含むプ
ロセッサとを使用する。更に図には、２つのビデオ・ス
トリームに対応する２つのビデオ・アダプタ・ポート１
７２、１７４が示される。また、ディスク・ファイル１
６０のセグメントを主記憶に読出し、順次データを第１
のビデオ・ポート１７２に書込むデータ・フロー、並び
に同一のセグメントを読出し、それを第２のビデオ・ポ
ート１７４に書込むデータ・フローが示される。図１６
は、本発明の媒体ストリーマ１０により克服される従来
技術の問題を説明するために使用される。

【０１１５】図１６のステップＡ１乃至Ａ１２の説明：Ａ１．セグメントＳＫをビデオ・ドライバ１７０内のバ
ッファに読出すために、媒体サーバ１６８がファイル・
システム１６６を呼出す。Ａ２．ファイル・システム１６６がＳＫの１部をファイ
ル・システム１６６内のキャッシュ・バッファに読出
す。Ａ３．ファイル・システム１６６がキャッシュ・バッフ
ァを媒体サーバ１６８内のバッファにコピーする。ステップＡ２及びＡ３が複数回繰返される。Ａ４．ＳＫをビデオ・ポート１（１７２）に書込むため
に、媒体サーバ１６８がビデオ・ドライバ１７０を呼出
す。Ａ５．媒体サーバ１６８がＳＫの１部を、ビデオ・ドラ
イバ１７０内のバッファにコピーする。Ａ６．ビデオ・ドライバ１７０がバッファをビデオ・ポ
ート１（１７２）に書込む。ステップＡ５及びＡ６が複数回繰返される。

【０１１６】ステップＡ７乃至Ａ１２は、ポート１がポ
ート２に変更される以外は、同様に機能する。ポート２
に対応して要求されるとき、ＳＫの１部がファイル・シ
ステム１６６のキャッシュ内に存在すれば、ステップＡ
８がスキップされうる。

【０１１７】上述の説明から理解されるように、ビデオ
配布は複数のデータ・ストリームによる大量のデータの
転送を含む。全体的使用パターンは、キャッシングを最
適化するために使用される従来の２つのパターン、すな
わちランダム及び順次のいずれにも適合しない。ランダ
ム・オプションが選択されると、大部分のキャッシュ・
バッファが、最近読出されたビデオ・セグメントからの
データを含みうるが、消滅以前に読出される見込みのあ
るビデオ・ストリームを有さないであろう。順次オプシ
ョンが選択されると、大部分の最近使用されたキャッシ
ュ・バッファが最初に再使用されるので、ファイル・シ
ステム・キャッシュ内で、必要セグメント部分を見い出
す機会は稀である。上述のように、ビデオ配布の重要な
要素は、観賞者またはユーザが不快に感じるような中断
無しに、データ・ストリームを等時的に配布することで
ある。従来のキャッシング機構は、図示のように、ユー
ザへのビデオ・データ・ストリームの等時的配布を保証
することができない。

【０１１８】図１６に示される別の問題点を次に示す。ａ．ディスク及びビデオ・ポート入出力が、一般のファ
イル・システム要求を満足する比較的小さなセグメント
において実行される。このことは、ビデオ・セグメント
・サイズのセグメントにより要求されるよりも、より大
きな処理時間、ディスク・シーク・オーバヘッド、及び
バス・オーバヘッドを要求する。ｂ．ファイル・システム・キャッシュ・バッファと媒体
サーバ・バッファとの間、及び媒体サーバ・バッファと
ビデオ・ドライバ・バッファとの間でデータをコピーす
るために要する処理時間は、排除されるべき好ましくな
いオーバヘッドである。ｃ．同一ビデオ・セグメントのコピーを同時に含むため
に、２つのビデオ・バッファ（すなわち１７２、１７
４）を使用することは、主メモリの使用を非効率的にす
る。更に、同一データがファイル・システム・キャッシ
ュ及びビデオ・ドライバ・バッファの両方に記憶される
ときには、より大きな無駄が生じる。

【０１１９】Ｅ２．ビデオ用に最適化されたキャッシュ
管理本発明のこの態様によれば、キャッシュ管理オペレーシ
ョンの３つの主要な面（facet）が存在する。それら
は、ストリームに渡るセグメント・サイズのキャッシュ
・バッファの共有化、予測キャッシング、及びキャッシ
ングの最適化のための同期化である。

【０１２０】Ｅ２．１．ストリームに渡るセグメント・
サイズのキャッシュ・バッファの共有化ビデオは固定サイズのセグメントに記憶され、管理され
る。セグメントは順次番号付けされ、例えばセグメント
５は、セグメント６よりもプレゼンテーションの開始に
より近いビデオ・プレゼンテーション部分を記憶する。
セグメント・サイズは、ディスク入出力、ビデオ入出
力、バス使用度、及びプロセッサ使用度を最適化するよ
うに選択される。ビデオのセグメントは、ビデオ名だけ
に依存する固定の内容、及びセグメント番号を有する。
ディスク及びビデオ出力への全ての入出力、及び全ての
キャッシング・オペレーションは、セグメント境界上に
整列されて実行される。

【０１２１】本発明のこの態様は、基礎となるハードウ
ェアがピア・ツー・ピア・オペレーションをサポートす
るかどうか、すなわち、通信ノード内のキャッシュ・メ
モリを介することなく、ディスクと通信ノード１４内の
ビデオ出力カードとの間の直接データ・フローをサポー
トするかどうかにより、２つの形態を取る。ピア・ツー
・ピア・オペレーションでは、キャッシングがディスク
記憶ユニット１６で実行される。ピア・ツー・ピア・オ
ペレーションをサポートしないハードウェアでは、デー
タがセグメント・サイズのブロックにより、（通信ノー
ド１４内の）ページ変え連続キャッシュ・メモリに直接
読出され、入出力オペレーション及びデータ転送を最小
化する（Ｆ．ビデオ用に最適化されたデジタル・メモリ
割当てを参照）。

【０１２２】データは同一ロケーションに留まり、ビデ
オ・セグメントがもはや必要とされなくなるまで、この
ロケーションから直接書込まれる。ビデオ・セグメント
がキャッシングされる間、ビデオ・セグメントを出力す
る必要のある全てのビデオ・ストリームが、同一のキャ
ッシュ・バッファをアクセスする。従って、ビデオ・セ
グメントの単一のコピーが多くのユーザにより使用さ
れ、同一ビデオ・セグメントの追加のコピーを読出すた
めの追加の入出力、並びにプロセッサ及びバッファ・メ
モリの使用が回避される。ピア・ツー・ピア・オペレー
ションでは、残りの入出力の半分、並びにほとんど全て
のプロセッサ及び主メモリの使用が、通信ノード１４に
おいて回避される。

【０１２３】図１７は、ピア・ツー・ピア・オペレーシ
ョンを持たないシステムの場合の本発明の実施例を示
す。ビデオ・データがディスク記憶ノード１６上でスト
ライプされ、奇数番号のセグメントが第１のディスク記
憶ノード１８０に、また偶数番号のセグメントが第２の
ディスク記憶ノード１８２上に配置される（後述のセク
ションＨ参照）。

【０１２４】この構成におけるデータ・フローもまた図
１７に示される。図からわかるように、セグメントＳＫ
がディスク１８２から通信ノード１８６内のキャッシュ
・バッファ１８４に読出され、次にビデオ出力ポート１
及び２に書込まれる。ＳＫビデオ・データ・セグメント
は、１入出力オペレーションによりキャッシュ・バッフ
ァ１８４に直接読出され、次にポート１に書込まれる。
次にＳＫビデオ・データ・セグメントが１入出力オペレ
ーションにより、キャッシュ・バッファ１８４からポー
ト２に書込まれる。

【０１２５】以上から理解されるように、図１６の従来
のアプローチに関連して述べられた全ての問題が、図１
７に示されるシステムにより克服される。

【０１２６】図１８は、ディスク記憶ノードとビデオ出
力カードとの間のピア・ツー・ピア・オペレーションを
サポートする構成の場合のデータ・フローを示す。１対
のディスク・ドライブ１９０、１９２が、ストライプさ
れたビデオ・プレゼンテーションを含み、これが介入す
る通信ノード１４の主メモリを通過することなく、１対
のビデオ・ポート１９４、１９６に直接供給される。

【０１２７】この構成のデータ・フローは、（１入出力
オペレーションにより、）セグメントＳＫをディスク１
９２からディスク・キャッシュ・バッファ１９８を介し
て、直接ポート１に読出す。

【０１２８】セグメントＳＫをポート２に読出す呼出し
が続く場合、（１入出力オペレーションにより）セグメ
ントＳＫがディスク・キャッシュ・バッファ１９８から
ポート２に直接読出される。

【０１２９】ポート１に対応してディスク・キャッシュ
・バッファ１９８に読出されたデータが、ポート２への
書込みに対応してまだ存在すると、メモリ、バス及びプ
ロセッサ資源の最適な使用により、ポート１及び２への
ビデオ・セグメントの転送が達成される。

【０１３０】ピア・ツー・ピア及び主メモリ・キャッシ
ング機構を組合わせることが可能である。例えば、通信
ノード１４の１つのポートだけに再生されているビデオ
・プレゼンテーションに対応して、ピア・ツー・ピア・
オペレーションを使用し、通信ノード１４の複数のポー
トに再生されているビデオ・プレゼンテーションに対応
して、通信ノード１４内にキャッシングする。

【０１３１】ディスク記憶ノードと通信ノードとの間で
キャッシングの役割を分割する方法は、所与のハードウ
ェア構成によりサポートされるビデオ・ストリーム数を
最大化するために選択される。サポートされるストリー
ムの数が知られている場合には、キャッシング記憶の容
量及び配置が決定されうる。

【０１３２】Ｅ２．２．予測キャッシング予測キャッシング機構は、ビデオ配布に好適なキャッシ
ング方法のニーズに適合する。ビデオ・プレゼンテーシ
ョンは、一般に、非常に予測可能である。通常、これら
は最初から再生を開始し、かなり長い所定時間を固定の
レートで再生し、終りに達したときにのみ停止する。媒
体ストリーマ１０のキャッシング・アプローチはこの予
測性を利用し、任意の時にキャッシングされるビデオ・
セグメントのセットを最適化する。

【０１３３】この予測性は、キャッシュ・バッファを充
填する読出しオペレーションのスケジューリングと、キ
ャッシュ・バッファの再使用のためのアルゴリズムの駆
動の両方に対応して使用される。消滅以前の使用が予測
されない内容を有するバッファは即時再使用され、より
高い優先順位の使用のためにその空間を解放する。それ
に対して、合理的な時間内に使用される見込みのある内
容を有するバッファは、たとえそれらの最後の使用がず
っと以前であっても再使用されない。

【０１３４】より詳細には、ビデオｖ１、ｖ
２、．．．、及びストリームｓ１、ｓ２、．．．、が与
えられ、これらのビデオを再生する場合、各ストリーム
ｓｊは１つのビデオｖ（ｓｊ）を再生し、ｖ（ｓｊ）の
ｋ番目のセグメントを書込むために予測される時間は、
次の線形関数で表される。

【数１】ｔ（ｓｊ、ｋ）=ａ（ｓｊ）+ｒ（ｓｊ）ｋ

【０１３５】ここでａ（ｓｊ）は開始時間及び開始セグ
メント番号に依存し、ｒ（ｓｊ）はセグメントを再生す
るために要する一定時間であり、ｔ（ｓｊ、ｋ）はスト
リームｓｊのｋ番目のセグメントを再生するためにスケ
ジュールされる時間である。

【０１３６】この情報はキャッシュ・バッファを充填す
る読出しオペレーションのスケジューリングと、キャッ
シュ・バッファを再使用するアルゴリズムの駆動の両方
に対応して使用される。キャッシュ管理アルゴリズムの
オペレーションの幾つかの例について、次に示す。

【０１３７】例Ａ：現在再生中の任意のビデオ・ストリ
ームによる再生が予測されないビデオ・セグメントを含
むキャッシュ・バッファが、再生が予測される任意のバ
ッファより先に再使用される。この制約を満足した後、
ビデオの再生頻度及びセグメント番号が、キャッシュ済
みのビデオ・セグメントを保存するための優先順位を決
定する重みとして使用される。このグループ内の最も高
い保存優先順位が、頻繁に再生されるビデオの早期に発
生するビデオ・セグメントに割当てられる。

【０１３８】例Ｂ：再生が予測されるビデオ・セグメン
トを含むキャッシュ・バッファに対して、次の予測再生
時間及びビデオ・セグメントを再生するために残された
ストリーム数が、キャッシュ済みのビデオ・セグメント
を保存するための優先順位を決定する重みとして使用さ
れる。これらの重みは、実質的に、あるキャッシュ・バ
ッファの保存優先順位を、（任意のビデオ・セグメント
に対応して）再使用されるキャッシュ・バッファを有す
る入出力の予測数と、保存されるキャッシュ・バッファ
を有する入出力の予測数との差にセットする。

【０１３９】例えば、ｖ５がｓ７上で再生されており、
ｖ８がｓ２及びｓ３上で再生されており、ｓ２がｓ３よ
りも５秒遅れており、ｖ４がストリームｓ１２乃至ｓ２
０上で再生されており、各ストリームが次のストリーム
より３０秒遅れるとすると、ｓ７により既に使用された
ｖ５データを含むバッファが最初に再使用され、次にｓ
２により既に使用されたｖ８データを含むバッファ、続
いてｓ１２により既に使用されたｖ４データを含むバッ
ファが再使用され、次に最も低い保存優先順位を有する
残りのバッファが再使用される。

【０１４０】キャッシュ管理アルゴリズムは、接続オペ
レーション（ビデオ・セグメントが近い将来再生される
ことが予測されるが、その時期を正確に予測することが
できない）、及び停止オペレーション（以前の予測が修
正されなければならない）などの特殊な場合に対応して
変化を提供する。

【０１４１】Ｅ２．３．キャッシングを最適化する同期
ストリーム所与のビデオ・セグメントを要求する全てのストリーム
をクラスタ化し、そのセグメントを含むキャッシュ・バ
ッファが記憶されなければならない時間を最小化し、そ
れにより、より多くのシステム容量を他のビデオ・スト
リームのために使用可能にすることが望ましい。ビデオ
再生において、通常、セグメントの再生レートにほとん
ど柔軟性はない。しかしながら、ビデオ配布の特定のア
プリケーションでは、再生レートに柔軟性がある（すな
わち、人間の逆反応を引き起こすこと無く、ビデオ及び
音声が僅かに加速または減速されうる）。更にビデオが
即時観賞以外の目的で配布されることもありうる。レー
トの変化が可能な場合、ストリーム間のギャップを無く
し、セグメントがバッファリングされていなければなら
ない時間を低減するために、時間的に先に出力されるス
トリームが最小許容レートで再生され、後に出力される
ストリームが最大許容レートで再生される。

【０１４２】同一のビデオ・プレゼンテーションを使用
するストリームのクラスタ化は、接続及び再生オペレー
ションの間にも考慮される。例えば、VS-PLAY-AT-SIGNA
Lは、複数ストリーム上で同時にビデオの再生を開始す
るときに使用される。これはクラスタ化を改良し、他の
ビデオ・ストリームのためにより多くのシステム資源を
残し、システムの有効容量を拡張する。より詳細には、
１番目のストリームを２番目のストリームに一致させる
ように、短い時間遅延させることによるクラスタ化は、
キャッシュ内のセグメントの１つのコピーを両方のスト
リームに対応して使用可能とし、処理資産を節約する。

【０１４３】Ｆ．ビデオ用に最適化されたデジタル・メ
モリ割当てデジタル・ビデオ・データは、非ランダムすなわち順次
的で、大容量で、内容に厳格ではなく時間に厳格である
点で、通常のデータ処理データとは異なる属性を有す
る。データ経路における全ての非本質的なオーバヘッド
を最小化するように、複数のデータ・ストリームが高ビ
ット・レートで配布されなければならない。媒体ストリ
ーマ１０の効率及び容量を最大化するために、慎重なバ
ッファ管理が要求される。メモリ割当て、割当て解除及
びアクセスがこのプロセスにおける主要な要素であり、
不適切な使用はメモリ断片化（fragmentation）、効率
の低下、及びビデオ・データの遅延または破損（破壊）
を招きうる。

【０１４４】本発明の媒体ストリーマ１０は、高レベル
・アプリケーションがデジタル・ビデオ・データに対応
して、スワップ不能なページ変え連続メモリ・セグメン
ト（ブロック）を割当て及び割当て解除することを可能
にする、メモリ割当てプロシージャを使用する。このプ
ロシージャは、ビデオ伝送アプリケーションに、単純で
高レベルのインタフェースを提供し、要求サイズのメモ
リ・ブロックを割当てるために、低レベルのオペレーテ
ィング・システム・モジュール及びコード・セグメント
を使用する。メモリ・ブロックは連続的であり、物理メ
モリ内に固定され、仮想メモリのスワッピングまたはペ
ージングにおいて生じうる遅延または破壊（corruptio
n）、並びにデータ伝送ソフトウェアにおいて必要な収
集／分散（gather/scatter）ルーチンによる複雑化を排
除する。

【０１４５】高レベル・インタフェースは更に、要求メ
モリ・ブロックに対応して様々なアドレッシング・モー
ド値を返却し、媒体ストリーマ環境において並行に動作
しうる様々なメモリ・モデルに適合するための、高価な
動的アドレス変換の必要を排除する。物理アドレスは、
様々なアプリケーションによりプロセス・リニア・アド
レス及びプロセス・セグメント化アドレスとして使用さ
れる以外に、固定ディスク・ドライブなどの他のデバイ
ス・ドライバによる直接アクセスに対しても使用されう
る。メモリ・ブロックをシステムに返却する割当て解除
ルーチンも提供され、断片化問題を回避する。なぜな
ら、メモリは全て単一ブロックとして返却されるからで
ある。

【０１４６】Ｆ１．メモリ割当てに使用されるコマンド１．物理メモリの割当て：要求サイズのメモリ・ブロッ
クを割当て、制御ブロックがメモリ領域の様々なメモリ
・モデル・アドレス及びブロック長と共に返却される。２．物理メモリの割当て解除：メモリ・ブロックをオペ
レーティング・システムに返却し、関連メモリ・ポイン
タを解放する。

【０１４７】Ｆ２．アプリケーション・プログラム・イ
ンタフェースデバイス・ドライバはシステム構成ファイル内で定義さ
れ、システムが起動するとき、自動的に初期化される。
アプリケーションが次にデバイス・ドライバを擬似デバ
イスとしてオープンし、そのラベルを獲得し、次にイン
タフェースを用いてコマンド及びパラメータを受渡す。
サポートされるコマンドは、メモリ割当て及びメモリ割
当て解除であり、パラメータにはメモリ・サイズ及び論
理メモリ・アドレスをさすポインタが含まれる。これら
のアドレスは、メモリの物理ブロックが割当てられ、物
理アドレスが論理アドレスに変換されると、デバイス・
ドライバによりセットされる。割当てが失敗すると、ヌ
ル（null）が返却される。

【０１４８】図１９は、このプロシージャを使用するア
プリケーションの典型的なセットを示す。データに対応
してバッファ１が３２ビット・アプリケーションにより
要求され、データが変更されてバッファ２に配置され
る。このバッファは次に、セグメント化アドレスを用い
る１６ビット・アプリケーションにより、または固定デ
ィスク・ドライブなどの物理装置により直接処理され
る。この割当て機構により、固定の物理連続バッファを
予め割当てることにより、各アプリケーションは、その
固有の直接アドレッシングによりデータをアクセスでき
るようになり、アドレス変換遅延及び動的メモリ割当て
遅延が排除される。ビデオ・アプリケーションはこのア
プローチにより、デジタル・ビデオ・データを直接物理
ディスクからバッファに転送し、次にプロセス内でデー
タを複数回転送することなく、出力装置に直接転送する
ことにより、データ転送を最小化することもできる。

【０１４９】Ｇ．ビデオ・アプリケーション用に最適化
されたディスク・ドライブビデオ・ストリームはそれらの宛先に等時的に配布され
ることが重要である。すなわち、人間の目により動作が
不連続と感じられたり、耳により音の中断として感じら
れるような遅延が生じないことが重要である。現ディス
ク技術は、例えば予測故障分析の実行など、データ・ア
クセスにおいて相当の遅延を生じうる周期的アクション
を含んだりする。ほとんどの入出力オペレーションは１
００ｍｓ以内に完了するが、１００ｍｓの周期的遅延は
一般的であり、丸々３秒の遅延が発生しうる。

【０１５０】媒体ストリーマ１０は、高データ転送レー
トを効率的に支持できなければならない。汎用データ記
憶及び検索用に構成されたディスク・ドライブは、ビデ
オ・サーバ・アプリケーション用に最適化されないと、
メモリ、ディスク・バッファ、ＳＣＳＩバス、及びディ
スク容量の使用において、非効率化を招く。

【０１５１】本発明の１態様によれば、ディスク・ドラ
イブがディスク・パラメータの最適化により、大量のデ
ータを円滑かつタイムリに配布するように、個別に適合
化される。パラメータは、ビデオ・サーバとして特殊化
されるディスク・ドライブの製造に組込まれたり、コマ
ンド機構を通じてセットされる変数であったりする。

【０１５２】周期的アクションを制御するパラメータ
は、遅延を最小化または排除するようにセットされる。
バッファ使用度に影響するパラメータは、単一の読出し
または書込みオペレーションにより、非常に大量のデー
タの転送を可能にするようにセットされる。ＳＣＳＩバ
スとプロセッサ・バス間の速度マッチングに影響するパ
ラメータは、データ転送の開始が早過ぎたり遅すぎたり
しないように、調整される。ディスク媒体自身は、有効
容量及び帯域幅を最大化するセクタ・サイズによりフォ
ーマットされる。

【０１５３】最適化を達成するために、物理ディスク媒
体は、最大可能な物理セクタ・サイズによりフォーマッ
トされる。このフォーマット化オプションは、セクタ間
のギャップで浪費される空間を最小化し、装置容量及び
バースト・データ・レートを最大化する。好適な実施例
は７４４バイト・セクタである。

【０１５４】ディスクは関連バッファを有してもよい。
このバッファは、データ転送のためのバスの使用可能性
とは非同期に、ディスク媒体からデータを読出すために
使用される。同様にバッファは、ディスク媒体へのデー
タの転送とは非同期に、バスから到来するデータを保持
するためにも使用される。バッファは多数のセグメント
に分割され、その数はパラメータにより制御される。余
りに多くのセグメントが存在すると、各セグメントは１
回の転送で要求されるデータ量を保持することができな
くなる。バッファがフルの時、装置は再接続を開始し、
転送を開始しなければならない。この時バスまたは装置
が使用可能でないと、回転遅延が続いて発生する。好適
な実施例では、この値は、任意のバッファ・セグメント
が少なくともデータ転送サイズの大きさを有するよう
に、例えば１にセットされる。

【０１５５】バッファ・セグメントが読出しにおいて充
填を開始すると、ディスクはホストへのデータ転送を可
能にするように、バスへの再接続を試行する。ディスク
がこの再接続を試行する時点は、バス利用の効率に影響
を及ぼす。バス及びディスクの相対速度が、充填オペレ
ーションの間における、ホストへのデータ転送を開始す
る最適な時点を決定する。同様に書込みオペレーション
の間にも、バッファはホストからのデータの到来により
充填され、充填プロセスにおける特定の時点で、ディス
クがバスへの再接続を試行するべきである。正確な速度
マッチングは、ＳＣＳＩバス上における切断／再選択サ
イクルを低減し、最大スループットを向上させる。

【０１５６】再接続の時期を制御するパラメータは、"
読出しバッファ・フル率（read buffer full ratio）"
及び"書込みバッファ・エンプティ率（write buffer em
pty ratio）"と呼ばれる。ビデオ・データでは、これら
の比率を計算する好適なアルゴリズムは、２５６×（瞬
間ＳＣＳＩデータ転送レート−最大ディスク・データ転
送レート）／（瞬間ＳＣＳＩデータ転送レート）であ
る。現在使用される好適なバッファ・フル率及びバッフ
ァ・エンプティ率の値は、約２０４である。

【０１５７】ディスク・ドライブの設計において、温度
変化により、ヘッド位置の周期的な再較正を要求するも
のがある。これらのディスク・ドライブ・タイプの中に
は、更に、アセンブリ内の全てのヘッドに対して温度補
償を同時に実行するものと、１度に１ヘッドだけの温度
補償を実行するものとが存在する。全てのヘッドが１度
に実行される場合、ビデオ・データの読出しオペレーシ
ョンの間に、数１００ミリ秒の遅延が発生しうる。読出
し時における遅延が長くなるほど、マルチメディア・プ
レゼンテーションにおけるデータ・フローを円滑化し、
不自然さを回避するために、より大きな主メモリ・バッ
ファを必要とする。好適なアプローチは、１度に１ヘッ
ドの補償を可能にする温度補償ヘッド制御機能をプログ
ラムすることである。

【０１５８】エラー・ログの保管及び予測故障分析の実
行は、数秒を要する。これらの遅延は、マルチメディア
・プレゼンテーションにおける遅延を円滑化し、不自然
さを回避するための非常に大きな主メモリ・バッファ無
しには、ビデオ・サーバ・アプリケーションにより個別
に適合化され得ない。遊休時間制限機能パラメータは、
エラー・ログの保管機能及び遊休時間の実行機能を禁止
するために使用される。好適な実施例では、これらの機
能を制限するように、パラメータをセットする。

【０１５９】Ｈ．ビデオ・データに対応したデータ・ス
トライピングビデオ・アプリケーションでは、同一データ（例えば映
画）から複数のストリームを配布する必要が存在する。
この要求は高データ・レートでデータを読出す必要性を
意味する。すなわち、１ストリームを配布するのに必要
なデータ・レートに、同一データを同時にアクセスする
ストリームの数を乗じたレートが要求される。従来、こ
の問題は、一般にデータの複数のコピーを有することで
解決されたが、これは追加の費用を要する。本発明の媒
体ストリーマ１０は、データの単一のコピーから多くの
同時ストリームをサービスする技法を使用する。この技
法は、個々のストリームのデータ・レートと、データを
同時にアクセスしうるストリーム数を考慮する。

【０１６０】上述のデータ・ストライピングは、データ
がストライプと呼ばれる複数のファイル要素に存在する
ように区分化される論理ファイルの概念を含む。各スト
ライプは異なるディスク・ボリューム上に存在するよう
にされ、それにより論理ファイルは複数の物理ディスク
に跨ることになる。ディスクは局所的であったり、遠隔
的であったりする。

【０１６１】データが論理ファイルに書込まれるとき、
データは論理長（すなわちセグメント）に分離され、こ
れらが順次ストライプに配置される。図２０に示される
ように、ビデオに対応する論理ファイル（ビデオ１）
が、各々が特定のサイズ、例えば２５６ＫＢのＭ個のセ
グメントまたはブロックに区分化される。最後のセグメ
ントは部分的にデータが充填されうる。１番目のデータ
・セグメントは第１のストライプに配置され、２番目の
セグメントは第２のストライプに配置され、以降同様に
して配置される。セグメントが各ストライプに書込まれ
ると、次のセグメントが第１のストライプに書込まれ
る。従って、ファイルがＮ個のストライプにストライプ
される場合、ストライプ１はセグメント１、Ｎ＋１、２
Ｎ＋１などを含み、ストライプ２はセグメント２、Ｎ＋
２、２Ｎ＋２などを含む。

【０１６２】データの類似のストライピングが、ＲＡＩ
Ｄ構成のデータ処理で知られており、ここではストライ
ピングの目的は、ディスクが失われた場合のデータの保
全性を保証することである。こうしたＲＡＩＤ記憶シス
テムは、Ｎ個のディスクの１個を、データ回復の際に使
用されるパリティ・データの記憶に充当させる。媒体ス
トリーマ１０のディスク記憶ノード１６は、ＲＡＩＤ式
構造に構成されるが、パリティ・データは要求されない
（ビデオ・データのコピーがテープ記憶から使用可能に
なるので）。

【０１６３】図２１は、このデータ構成の重要な態様を
示す。すなわち、各ビデオ・プレゼンテーションが、複
数の使用可能なディスク・ドライブに渡り、データ・ブ
ロックまたはセグメントに分離され、各ビデオ・プレゼ
ンテーションが複数のコピーを要求すること無しに、複
数のドライブから同時にアクセスされる。従って、概念
的にはストライピングの１つであるが、その目的はデー
タ保全性または性能的な理由ではなく、同時並行性また
は帯域幅の理由による。このように媒体ストリーマ１０
は、ビデオ・プレゼンテーションをバイト・ブロックに
よるのではなく、再生セグメントによりストライプす
る。

【０１６４】図２１に示されるように、ビデオ・データ
・ファイル１はＭ個のセグメントに区分化され、４個の
ストライプに分割される。ストライプ１はビデオ・ファ
イル１のセグメント１、５、９などを含むファイルであ
り、ストライプ２はビデオ・ファイル１のセグメント
２、６、１０などを含むファイルであり、ストライプ３
はビデオ・ファイル１のセグメント３、７、１１などを
含むファイルであり、ストライプ４はビデオ・ファイル
１のセグメント４、８、１２などを含むファイルであ
り、このようにして、ビデオ・ファイル１のＭ個の全て
のセグメントが、４つのストライプ・ファイルのいずれ
かに含まれる。

【０１６５】上述のストライピング方法により、各個々
のビデオのストライピングをカストマイズすなわち個別
化するために、次のように計算される。

【０１６６】最初に、ディスクから合理的な有効なデー
タ・レートを獲得するように、セグメント・サイズが選
択される。しかしながら、これは待ち時間に逆効果を及
ぼすほど大きくあってはならず、またメモリにバッファ
／キャッシュできるように、十分小さいことが必要であ
る。好適なセグメント・サイズは２５６ＫＢであり、１
２８ＫＢ／秒乃至５１２ＫＢ／秒の範囲のデータ・レー
トのビデオ・プレゼンテーションにおいて一定である。
ビデオ・データ・レートがより高い場合には、より大き
なセグメント・サイズを使用することが好ましい。セグ
メント・サイズは、同一媒体上に記憶されるビデオ・プ
レゼンテーションの範囲における入出力オペレーション
の基本単位に依存する。採用する原理は、約０．５秒乃
至２秒のビデオ・データを含むセグメント・サイズを使
用することである。

【０１６７】次に、ストライプ数すなわちビデオ・デー
タが配布されるディスクの数が決定される。この数は要
求される総データ・レートを支持するように、十分大き
くなければならず、予想使用レートにもとづき、各ビデ
オ・プレゼンテーションに対応して個々に計算される。
より詳しくは、各ディスクは、関連付けられる論理ボリ
ュームを有する。各ビデオ・プレゼンテーションは、必
要とされるストライプ数と同じ数の要素ファイルに分割
される。各要素ファイルは、異なる論理ボリューム上に
記憶される。例えば、ビデオ・データが１ストリーム当
たり２５０ＫＢ／秒で配布されなければならず、３０の
同時ストリームが同一ビデオから例えば１５秒間隔で開
始してサポートされる場合、少なくとも７．５ＭＢ／秒
の総データ・レートが獲得される。ディスク・ドライブ
が平均３ＭＢ／秒をサポートできる場合、少なくとも３
つのストライプがビデオ・プレゼンテーションにおいて
要求される。

【０１６８】ディスクからデータが読出される有効レー
トは、読出しオペレーションのサイズにより影響され
る。例えば、データがディスクから４ＫＢブロックで読
出される場合（ディスク上のランダム位置）、有効デー
タ・レートは１ＭＢ／秒である。それに対して、データ
が２５６ＫＢブロックで読出される場合、レートは３Ｍ
Ｂ／秒である。しかしながら、データが非常に大きなブ
ロックで読出される場合には、バッファとして要求され
るメモリも増加し、読出されたデータを使用する待ち時
間及び遅延も増加する。なぜなら、読出しオペレーショ
ンが、データがアクセスされる以前に完了しなければな
らないからである。データ転送のサイズを選択する上
で、トレードオフが存在する。サイズは装置の特性及び
メモリ構成にもとづき選択される。好適には、データ転
送のサイズは、選択セグメント・サイズに等しい。所与
のセグメント・サイズに対応して、装置からの有効デー
タ・レートが決定される。例えば、特定のディスク・ド
ライブでは、２５６セグメント・サイズが、ディスク・
ドライブの有効使用（有効データ・レート３ＭＢ／秒）
とバッファ・サイズ（２５６ＫＢ）間の良好なバランス
を提供する。

【０１６９】ストライピングが使用されない場合、支持
されるストリームの最大数は、ディスクの有効データ・
レートにより制限される。例えば、有効データ・レート
が３ＭＢ／秒で、ストリーム・データ・レートが２００
ＫＢ／秒の場合、１５ストリームほどがディスクから供
給されうる。例えば６０ストリームの同一ビデオが必要
とされる場合、データは４つのディスク上に複製される
必要がある。しかしながら、本発明によるストライピン
グが使用される場合、４分の１の容量の４つのディスク
が使用できる。１５のストリームが４つの各ストライプ
から同時に再生され、合計６０の同時ストリームが、ビ
デオ・データの単一のコピーから再生される。ストリー
ムの開始時には、６０ストリームに対する要求がストラ
イプ間で等間隔になるようにスキューされる。ここでス
トリームが互いに接近して開始されると、入出力に対す
るニーズが、キャッシュされるビデオ・データを使用す
ることにより低減されることを述べておく。

【０１７０】所与のビデオに対するストライプ数は、２
つのファクタにより影響される。その第１は、任意の時
点において、ビデオから供給されうるストリームの最大
数であり、第２のファクタは、任意の時点で、そのビデ
オと同じディスク上に記憶される全てのビデオから供給
されるべきストリームの総数である。

【０１７１】ビデオに対応するストライプ数ｓは次のよ
うに決定される。

【数２】ｓ＝最大（ｒ*ｎ／ｄ、ｒ*ｍ／ｄ）

【０１７２】ここで、ｒはストリームが再生される名目
データ・レート、ｎはこのビデオ・プレゼンテーション
からの名目データ・レートの同時ストリームの最大数、
ｄはディスクからの有効データ・レート（ディスクから
の有効データ・レートはセグメント・サイズに影響され
る）、ｍはこのビデオ・プレゼンテーションの１部を含
む全てのディスクからの名目データ・レートの同時スト
リームの最大数、ｓはビデオ・プレゼンテーションのス
トライプ数である。

【０１７３】ビデオ・プレゼンテーションのデータがス
トライプされるディスクの数は、セットとして管理さ
れ、非常に大きな物理ディスクとして考えられる。スト
ライピングにより、ビデオ・ファイルは、システムの物
理ファイル・システムが許容する最大ファイルのサイズ
限界を越えることができる。ビデオ・データは一般に、
常にセット内の全てのディスク上に、同量の記憶を要求
する訳ではない。ディスクの使用を均等化するために、
ビデオがストライプされるとき、ストライピングは最も
多くの自由空間を有するディスクから開始される。

【０１７４】例えば、２Ｍビット／秒（２５００００バ
イト／秒）、すなわちｒ＝２５００００バイト／秒で再
生される必要のあるビデオ・プレゼンテーションの場合
について考えてみよう。ここでこのビデオから、最大３
０の同時ストリームを配布する必要があると仮定する。
すなわち、ｎ＝３０である。またこの例では、ｍも３
０、すなわち全てのディスクから配布されるストリーム
の総数も３０とする。更に、データが２５００００バイ
トのセグメントにストライプされ、所与のセグメント・
サイズ（２５００００バイト）に対応するディスクから
の有効データ・レートが、３００００００バイト／秒と
する。従って、必要なストライプ数ｎは２．５（＝２５
００００*３０／３００００００）となり、切り上げら
れて３となる（ｓ＝上限（ｒ*ｎ／ｄ））。

【０１７５】このデータを含む全てのディスクからのス
トリームの最大数が、例えば４５の場合、２５００００
*４５／３００００００すなわち３．７５ストライプが
必要となり、実際には切り上げられて４ストライプとな
る。

【０１７６】ビデオを３つのストライプに分割すること
が、ビデオの単一のコピーから３０のストリームを配布
する要求に十分適合するとしても、そのビデオを含むデ
ィスクが他の内容を含み、そのビデオからサポートされ
るストリームの総数が４５であれば、４つのディスク・
ドライブが必要となる（ストライピング・レベル４）。

【０１７７】媒体ストリーマ１０においてこのアルゴリ
ズムが使用される様子を次に述べる。記憶装置（複数の
ディスク・ドライブ）が、ディスクのグループに分けら
れる。各グループは特定の容量、及び所与の数の同時ス
トリームを（所定のセグメント・サイズにもとづく１デ
ィスク当たりの有効データ・レートで）配布する能力を
有する。各グループのセグメント・サイズは一定であ
る。異なるグループは異なるセグメント・サイズを選択
しうる（従って、異なる有効データ・レートを有しう
る）。ビデオ・プレゼンテーションがストライプされる
とき、グループが次に述べる基準により、最初に選択さ
れる。

【０１７８】セグメント・サイズはビデオのデータ・レ
ートと整合する。すなわち、ストリーム・データ・レー
トが２５００００バイト／秒の場合、セグメント・サイ
ズは１２５ＫＢ乃至５００ＫＢの範囲である。次の基準
は、グループ内のディスクの数が同時ストリームの最大
数をサポートするのに十分であるように保証することで
ある。すなわち、"ｒ"がストリーム・データ・レー
ト、"ｎ"が同時ストリームの最大数、"ｄ"がグループ内
のディスクの有効データ・レートとすると、必要ディス
ク数はｒ*ｎ／ｄである。最後に、ディスク・グループ
内の全てのビデオからサポートされる必要のある同時ス
トリームの合計が、その容量を越えないことである。す
なわち、"ｍ"がグループの容量とすると、"ｍ−ｎ"がグ
ループ内に既に記憶されているビデオから同時に再生さ
れうる全てのストリームの総数以上であるべきである。

【０１７９】計算は、ビデオ・データが媒体ストリーマ
１０にロードされるときに、制御ノード１８において実
行される。最も単純な場合では、全てのディスクが、記
憶及びサポート可能なストリーム数の両方の点で、媒体
ストリーマ１０の総容量を定義する単一のプール内に存
在する。この場合には、所与の同時ストリーム数をサポ
ートするために必要なディスク（またはストライプ）の
数が、式ｍ*ｒ／ｄから計算され、ここでｍはストリー
ム数、ｒはストリームのデータ・レート、ｄはディスク
の有効データ・レートである。ストリームが異なるレー
トの場合には、上述の式のｍ*ｒは最大（全ての同時ス
トリームのデータ・レートの合計）により置換される。

【０１８０】データの書込みにこの技法を使用すること
により、ビデオ・プレゼンテーションのデジタル表現の
複数のコピーを必要とすること無く、データを読出し、
多くのストリームを指定レートで配布することができ
る。複数のディスク・ボリュームに渡りデータをストラ
イプすることにより、あるストリームの配布のためのフ
ァイルの１部の読出しが、別のストリームの配布のため
のそのファイルの別の部分の読出しを妨害しない。

【０１８１】Ｉ．媒体ストリーマ・データ転送及び変換
プロシージャＩ１．スイッチ１８へのビデオ配布のための動的帯域幅
割当て従来、ビデオ・サーバは一般に、２つのプロファイルの
いずれかに適合する。すなわち、低コストの（しかしな
がら低帯域幅の）ビデオ・サーバを生成するためにＰＣ
技術を用いるか、高帯域幅の（しかしながら高価な）ビ
デオ・サーバを生成するためにスーパー・コンピュータ
技術を使用する。本発明の目的は、高コストのスーパー
・コンピュータ技術を使用せずに、高帯域幅のビデオを
配布することである。

【０１８２】低コストで高帯域幅を達成する１つのアプ
ローチは、低待ち時間スイッチ（クロスバー回路スイッ
チ・マトリックス）１２により、低コストのＰＣベース
の"ノード"をビデオ・サーバに相互接続することである
（図１参照）。媒体ストリーマ・アーキテクチャの重要
な態様は、各記憶ノード１６及び通信ノード１４内で使
用可能なビデオ・ストリーム帯域幅を効率的に使用する
ことである。帯域幅はビデオ・データの特殊な性質（１
回の書込み及び複数回の読出し）と、低コストのスイッ
チ技術による動的で実時間の帯域幅割当て能力とを組合
わせることにより最大化される。

【０１８３】図２２は、スイッチ・インタフェースと記
憶ノードとの間の従来の論理接続を示す。スイッチ・イ
ンタフェースは全２重であり（すなわち情報が同時に双
方向に送信される）、記憶ノードへ入力及び記憶ノード
から出力されるビデオ（及び制御情報）の転送を可能に
する。ビデオ内容は記憶ノードへ１回書込まれ、複数回
読出されるので、記憶ノードに対する帯域幅要求の大部
分はスイッチに向かう方向を取ることになる。通常のス
イッチ・インタフェースでは、記憶ノードの帯域幅の利
用度は低い。なぜなら、書込み機能に充当される帯域幅
の半分が稀にしか使用されないからである。

【０１８４】図２３は、本発明によるスイッチ・インタ
フェースを示す。このインタフェースはノードの現要求
に適合するように、その総帯域幅を実時間でスイッチ１
８にまたはスイッチ１８から割当てる（図では１例とし
て記憶ノード１６が使用される）。通信ノード１４は類
似の要求を有するが、それらの帯域幅の大部分はスイッ
チ１８から向かう方向となる。

【０１８５】動的割当ては、スイッチ１２に対する適切
なルーティング・ヘッダを用い、複数の物理スイッチ・
インタフェースを１つの論理スイッチ・インタフェース
１８ａにグループ化することにより達成される。（例え
ば読出しに対応する）ビデオ・データが次に２つの物理
インタフェース間で分離される。これは上述のように、
データを複数の記憶ユニットに渡りストライプすること
により可能になる。受信ノードはビデオ・データを単一
の論理ストリームに再結合する。

【０１８６】例えば図２２では、スイッチ・インタフェ
ースが全２重２ＸＭＢ／秒、すなわち各方向において
ＸＭＢ／秒で規定される。しかしながら、ビデオ・デ
ータは通常、一方向にのみ送信される（記憶ノードから
スイッチへ）。従って、たとえノードが２倍の能力（２
Ｘ）を有するとしても、ＸＭＢ／秒の帯域幅だけが記
憶ノードから配布されることになる。図２３のスイッチ
・インタフェースは、２ＸＭＢ／秒の帯域幅全部を、
記憶ノードからスイッチへ送信されるビデオに動的に割
当てる。その結果、ノードからの帯域幅が増加し、ビデ
オ・サーバからの帯域幅が高くなり、１ビデオ・ストリ
ーム当たりのコストが低下する。

【０１８７】Ｊ．通信アダプタによる等時性ビデオ・デ
ータの配布デジタル・ビデオ・データは順次的で、連続的で、大容
量であり、内容的に厳格ではないが時間的に厳格であ
る。ビデオ・データのストリームは高ビット・レートで
等時的に配布されなければならず、データ経路における
全ての非本質的なオーバヘッドが最小化されることを要
求する。通常、受信ハードウェアはビデオ・セット・ト
ップ・ボックスまたは他の好適なビデオ・データ・レシ
ーバである。標準のシリアル通信プロトコルは、同期及
びデータ検証のために、しばしばハードウェア・レベル
において、追加のデータ・ビット及びバイトをストリー
ムに挿入する。レシーバが透過的にこの追加データを除
去できないと、ビデオ・ストリームは破損してしまう。
これらのビット及びバイトにより導入される追加のオー
バヘッドもまた、有効データ・レートを低下させ、ビデ
オ伸長エラー及び変換エラーを生成する。

【０１８８】標準の通信アダプタを介するビデオ・デー
タ伝送において、ユーザへの等時的配布を保証するため
に、大部分の標準シリアル通信プロトコル属性を無効に
することが合意決定された。これを達成する方法は、使
用される通信アダプタに依存して変わるが、その基本的
な概念について次に述べることにする。図２４におい
て、通信ノード１４内のシリアル通信チップ２００が、
データ・フォーマッティング、並びにパリティ、スター
ト及びストップ・ビット、巡回冗長検査（ＣＲＣ）コー
ド及び同期バイトなどの保全情報を無効にし、アイドル
文字の生成を禁止する。データ・ブロックのロードのた
めのバス・サイクルを可能にする一方で、一定（等時
性）出力ビデオ・データ・ストリームを保証するため
に、入力ＦＩＦＯバッファ２０２、２０４、２０６など
が使用される。１０００バイトのＦＩＦＯバッファ２０
８が、ＣＰＵ及びバス・ローディング論理を単純化す
る。

【０１８９】シリアル通信チップ２００が初期同期（sy
nc）バイト生成を禁止しないと、同期バイトの値は各デ
ータ・ブロックの第１バイトの値にプログラムされる
（そして、データ・ブロック・ポインタが第２バイトに
増分される）。バイト合わせも実時間で管理されなけれ
ばならない。なぜなら、埋込みバイトが実際の圧縮ビデ
オ・データの１部でないと、これらがデータ・ストリー
ムを壊す（corrupt）からである。

【０１９０】高品質レベルの圧縮ビデオ・データに要求
される一定の高速シリアル・データ出力を達成するため
に、循環バッファまたは複数の大きなバッファ（例えば
２０２、２０４、２０６）が使用されなければならな
い。これは、前回充填されたバッファからデータを出力
しながら、入力バッファを充填するのに十分な時間を許
容するために必要となる。バッファの詰め込みがビデオ
・データ・ストリーム経路において早期に実行されない
と、ビデオの終りの状態が非常に小さなバッファとな
り、これが次のバッファ転送が完了する以前に出力され
て、データのアンダーランを生じうることになる。この
ためには最低でも３つの大きな独立のバッファが必要と
なる。デュアル・モード・メモリ（読出し中に書込み可
能）の循環バッファの使用も好適である。

【０１９１】Ｊ１．圧縮ＭＰＥＧ−１、１＋、またはＭ
ＰＥＧ−２デジタル・データ・フォーマットから、業界
標準テレビジョン・フォーマット（ＮＴＳＣまたはＰＡ
Ｌ）へのビデオ・イメージ及び映画の変換上述のように、デジタル・ビデオ・データは、ディスク
からバッファ・メモリに転送される。十分なデータがバ
ッファ・メモリに存在すると、これはメモリから通信ノ
ード１４内のインタフェース・アダプタに転送される。
使用されるインタフェースはＳＣＳＩ２０ＭＢ／秒、
高速／広帯域インタフェースまたはＳＳＡシリアルＳＣ
ＳＩインタフェースである。ＳＣＳＩインタフェースは
１５アドレスを扱うように拡張され、ＳＳＡアーキテク
チャは最大２５６アドレスをサポートする。他の好適な
インタフェースには、ＲＳ４２２、Ｖ．３５、Ｖ．３６
などが含まれる。

【０１９２】図２５に示されるように、インタフェース
からのビデオ・データは、通信ノード１４から通信バス
２１０を介して、ＮＴＳＣアダプタ２１２に渡され（図
２４も参照のこと）、ここでバッファリングされる。ア
ダプタ２１２はデータを局所バッファ２１４から引き出
すが、ここにはバスの性能を最大化するために複数のデ
ータ・ブロックが記憶される。アダプタ２１２の主要な
目的は、メモリ２１４からＭＰＥＧチップ２１６、２１
８、そしてＮＴＳＣチップ２２０、及びＤ／Ａ２２２へ
のデータの等時的フローを維持することであり、それに
よりビデオ及び音声の配布に中断が生じないように保証
する。

【０１９３】ＭＰＥＧ論理モジュール２１６、２１８
は、デジタル（圧縮）ビデオ・データを要素レベルのビ
デオ及び音声に変換する。ＮＴＳＣエンコーダ２２０
は、信号をＮＴＳＣベースバンド・アナログ信号に変換
する。ＭＰＥＧ音声デコーダ２１６は、デジタル音声を
パラレル・デジタル・データに変換し、これが次にデジ
タル−アナログ変換器２２２を通過し、フィルタリング
されて、左右の音声出力を生成する。

【０１９４】速度マッチング及び等時的配布問題に対す
る解決策は、システムの帯域幅の配布を最大化するだけ
でなく、最も少ない性能的制限を課すアプローチであ
る。

【０１９５】通常、アプリケーション開発者は、プロセ
ッサとディスク・ファイル、テープ・ファイル、光記憶
ユニットなどの機械的記憶装置との間のデータの制御及
び配布のために、ＳＳＡ及びＳＣＳＩなどのバス構造を
使用する。これらの両方のバスは、ビデオ・データの速
度及び等時的配布を制御する手段が取られるならば、ビ
デオ・データの高帯域幅の配布に好適な属性を含む。

【０１９６】ＳＣＳＩバスは、２０ＭＢ／秒でのデータ
のバースト転送を許容するので、任意のビデオ信号がバ
ッファ・メモリから特定のＮＴＳＣアダプタに転送され
る時間量を最小化する。アダプタ・カード２１２は大き
なバッファ２１４を含み、これはデータをバス２１０か
らメモリに高いピーク・レートでバースト転送し、デー
タをバッファ２１４からより低いレートで取り出し、Ｍ
ＰＥＧデコーダ・チップ２１６、２１８に配布する性能
を有する。バッファ２１４は更に小さなバッファにセグ
メント化され、ソフトウェア制御により、循環式に接続
される複数のバッファとして機能するように接続され
る。

【０１９７】このことは、システムが可変ブロック・サ
イズのデータを別々のバッファに配布することを可能に
し、再生シーケンスを制御する。このアプローチの利点
は、ビデオ・データの要求に先立ち、ビデオ・データの
ブロックを非常に高い転送レートで配布する必要からソ
フトウェアを解放する。それにより媒体ストリーマ１０
は、動的なスループット要求により、多くのビデオ・ス
トリームを管理する能力を提供される。通信ノード内の
プロセッサが時間を有するとき、プロセッサは順番に再
生される複数の大きなデータ・ブロックを配布すること
ができる。これが実行されると、プロセッサは解放さ
れ、即時低速の連続等時性データを各ポートに配布する
必要無しに、他のストリームを制御する。

【０１９８】デコーダ・システムのコスト有効性を更に
改良するために、小さなＦＩＦＯメモリ２２４が、大き
なデコーダ・バッファ２１４とＭＰＥＧデコーダ２１
６、２１８との間に挿入される。ＦＩＦＯメモリ２２４
は、制御装置２２６がバッファ２１４からＦＩＦＯ２２
４に小データ・ブロック（通常は５１２バイト）を転送
することを可能にし、ＦＩＦＯ２２４は次にこのデータ
をシリアル・ビット・ストリームに変換して、ＭＰＥＧ
デコーダ２１６、２１８に配布する。音声及びビデオの
デコーダ・チップ２１６、２１８は、それぞれの入力を
同じシリアル・データ・ストリームから受取り、内部的
に要求データを分離し復号化する。ＦＩＦＯメモリ２２
４の出力からのデータの伝送は、等時的または実質的に
等時的に発生し、ユーザまたは利用者への中断の無いビ
デオ・プレゼンテーションの配布を保証する。

【０１９９】Ｋ．ＳＣＳＩ装置へのデジタル・ビデオの
伝送図２６に示されるように、バッファ・メモリからの圧縮
デジタル・ビデオ・データ及びコマンド・ストリーム
は、デバイス・レベルのソフトウェアによりＳＣＳＩコ
マンド及びデータ・ストリームに変換され、ＳＣＳＩバ
ス２１０を介して、ＳＣＳＩＩＩ高速データ・レート
でターゲット・アダプタ２１２に転送される。データは
次にバッファリングされ、要求内容出力レートでＭＰＥ
Ｇ論理に供給されて伸長され、アナログ・ビデオ及び音
声データに変換される。データ・フローの速度を一定に
維持し、適正なバッファ管理を保証するために、ＳＣＳ
Ｉバス２１０を通じてフィードバックが提供される。

【０２００】ＳＣＳＩＮＴＳＣ／ＰＡＬアダプタ２１
２は、標準のＳＣＳＩプロトコルのサブセットをサポー
トする高レベルのインタフェースをＳＣＳＩバス２１０
に提供する。通常の動作モードではアダプタ２１２を開
放して、データ（ビデオ及び音声）ストリームをそれに
書込み、書込みの完了に際してのみアダプタ２１２を閉
鎖する。アダプタ２１２は、通信ノード１４及び記憶ノ
ード１６がデータ・ブロックを提供し続ける間に、その
バッファ・フルを維持するのに必要な速度でデータを引
き出す。ここでデータ・ブロックは、バス・データ転送
を最適化し、バス・オーバヘッドを最小化するようにサ
イズ化される。

【０２０１】システム・パラメータは必要に応じて、モ
ード選択ＳＣＳＩコマンドにより、制御パケットを介し
て上書きされる。ビデオ／音声同期はアダプタ２１２内
で実施され、外部制御は必要とされない。自動再同期化
及び継続する音声／ビデオ出力により、エラーは最小化
される。

【０２０２】Ｋ１．ＳＣＳＩレベルのコマンド記述ＳＣＳＩビデオ出力アダプタの機能に適合するために、
標準のコマンドと同様に、直接アクセス装置コマンドと
逐次装置コマンドとの混合が使用される。全てのＳＣＳ
Ｉコマンドでは、有効ステータス・バイトがあらゆるコ
マンドの後に返却され、チェック状態が返却されると、
センス・データ領域にエラー状態がロードされる。使用
される標準ＳＣＳＩコマンドには、RESET、INQUIRY、RE
QUEST SENSE、MODE SELECT、MODE SENSE、READ、WRIT
E、RESERVE、RELEASE、TEST UNIT READYが含まれる。

【０２０３】ビデオ・コマンド：ビデオ制御コマンドは
ユーザ・レベルのビデオ出力制御コマンドであり、上記
リストされた標準コマンドの拡張である。これらは低レ
ベル・オペレーティング・システムへの単純化されたユ
ーザ・レベル・フロント・エンド、またはＳＣＳＩビデ
オ出力アダプタ２１２と直接インタフェースするＳＣＳ
Ｉコマンドを提供する。各コマンドはマイクロコードを
用いて達成され、必要なビデオ装置機能をエミュレート
し、無効な制御状態により生じるビデオ及び音声異常を
回避する。単一のＳＣＳＩコマンドすなわちSCSI START
/STOP UNITコマンドにより、ビデオ制御コマンドがター
ゲットＳＣＳＩビデオ出力アダプタ２１２に変換され、
コマンドと共に、必要なパラメータが転送される。これ
によりユーザ・アプリケーション・インタフェース及び
アダプタ・カード２１２のマイクロコードの両方が単純
化される。次に示すコマンドが使用される。

【０２０４】Stop（SCSI START/STOP 1 - parameter =
mode）ＭＰＥＧチップ・セット（２１６、２１８）へのデータ
入力が停止され、音声が無声化され、ビデオがブランキ
ングされる。パラメータ・フィールドは停止モードを選
択する。通常モードでは、バッファ及び位置ポインタが
現状を維持し、従って、再生はビデオ・ストリームの同
じ位置から継続する。第２のモード（映画の終了または
アボート）では、バッファ・ポインタは次のバッファの
開始にセットされ、現バッファを解放する。第３のモー
ドも映画の終了状態に対応するが、データ・バッファが
空になるまで、停止（無声化及びブランキング）が遅延
される。第４のモードは特定のＭＰＥＧデコーダと一緒
に使用され、音声の遅延停止を提供するが、フレームに
ついては、データが尽きたときの最後の有効フレームで
フリーズ（freeze）する。これらのそれぞれの場合にお
いて、ビデオ・アダプタ２１２のマイクロコードが停止
ポイントを決定し、ビデオ及び音声出力が適切な境界上
で停止され、明確な再スタートを可能にする。

【０２０５】Pause（SCSI START/STOP 2 - no paramete
rs）ＭＰＥＧチップ・セット（２１６、２１８）へのデータ
入力が停止され、音声が無声化され、ビデオがブランキ
ングされる。ＭＰＥＧビデオ・チップ・セット（２１
６、２１８）が、最後の良好なフレームをフリーズす
る。これはビデオ・チューブのバーンイン（burn-in）
を回避するために制限される。Stopコマンドは好適には
制御ノード１８により発行されるが、コマンドが５分以
内に受信されない場合には、ビデオ出力は自動的にブラ
ンクとなる。アダプタ２１２のマイクロコードはバッフ
ァ位置及びデコーダ状態を維持し、再生への円滑な遷移
を可能にする。

【０２０６】Blank-Mute（SCSI START/STOP 3 - parame
ter = mode）このコマンドは、音声出力に影響すること無くビデオ出
力をブランキングするか、ビデオ出力に影響すること無
く音声出力を無声化するか、或いはそれらの両方を実行
する。無声化及びブランキングの両者は、モード・パラ
メータを用いる単一のコマンドによりオフされ、円滑な
遷移及びコマンドのオーバヘッドの低減を可能にする。
これらのことが伸長及びアナログへの変換後に、ハード
ウェア制御によりビデオ・アダプタ２１２上において実
行され、確実で円滑な遷移を保証する。

【０２０７】Slow Play（SCSI START/STOP 4 - paramet
er = rate）このコマンドは、ＭＰＥＧチップ・セット（２１６、２
１８）へのデータ入力レートを低速化し、フレームを断
続的にフリーズさせ、ＶＣＲ上での低速再生機能をシミ
ュレートする。デジタル・エラー・ノイズを回避するた
めに音声が無声化される。パラメータ・フィールドは、
相対速度を０乃至１００に指定する。別の例では、デコ
ーダ・チップ・セット（２１６、２１８）のエラー処理
を禁止し、デコーダ・チップ・セットへのデータ・クロ
ッキング速度を、所望の再生速度に変更する。これはビ
デオ・アダプタのクロック・アーキテクチャの柔軟性に
依存する。

【０２０８】Play（SCSI START/STOP 5 - parameter =
buffer）このコマンドはＭＰＥＧチップ・セット（２１６、２１
８）へのデータ供給プロセスを開始し、音声及びビデオ
出力を可能にする。再生シーケンスを開始するバッファ
を決定するバッファ選択番号が渡され、ゼロ値は現再生
バッファが使用されるべきことを示す（通常のオペレー
ション）。非ゼロ値は、アダプタ２１２が停止モードの
場合にのみ受諾され、休止モードでは、バッファ選択パ
ラメータは無視され、再生が現バッファ選択及び位置に
より再開される。

【０２０９】再生中、制御装置２２６がバッファを順次
回転させ、ＭＰＥＧチップ・セット（２１６、２１８）
への安定なデータ・ストリームを維持する。データはバ
ッファのアドレス０から開始して、Ｎバイトが読出され
るまで、適切なレートでＭＰＥＧバスに読出され、次に
制御装置２２６が次のバッファに切り替え、データの読
出しを継続する。アダプタ・バス及びマイクロコード
が、アダプタ・バッファ２１４へのＳＣＳＩ高速データ
転送、並びにＭＰＥＧ伸長チップ（２１６、２１８）に
データを供給する出力ＦＩＦＯ２２４へのデータの安定
ローディングの両方に対応する、十分な帯域幅を提供す
る。

【０２１０】Fast Forward（SCSI START/STOP 6 - para
meter = rate）このコマンドは、ＶＣＲの高速先送りをエミュレートす
るようにデータを走査する。レート・パラメータにより
決定される２つの動作モードが存在する。レート０は、
ビデオ及び音声がそれぞれブランキング及び無声化され
る高速先送りを意味し、バッファはフラッシュ（flus
h）され、データがビデオ・ストリームの順方向の新た
な位置から受信されると再生が暗黙的に実行される。１
乃至１０の整数値は、入力ストリームが先送りされるレ
ートを示す。ビデオは指定の平均データ・レートを達成
するために、データ・ブロックをスキップしてサンプリ
ングされる。アダプタ２１２はほぼ通常のレートでデー
タの１部を再生し、前方へ飛び越した後、次の部分を再
生し、高速先送り動作をエミュレートする。

【０２１１】Rewind（SCSI START/STOP 7 - parameter
= buffer）このコマンドは、ＶＣＲの巻戻しをエミュレートするよ
うに、データを後方走査する。レート・パラメータによ
り決定される２つの動作モードが存在する。レート０
は、ビデオ及び音声がそれぞれブランキング及び無声化
される高速巻戻しを意味し、バッファはフラッシュさ
れ、データがビデオ・ストリームの逆方向の新たな位置
から受信されると、再生が暗黙的に実行される。１乃至
１０の整数値は、入力ストリームが巻戻されるレートを
示す。ビデオは指定の平均データ・レートを達成するた
めに、データ・ブロックをスキップしてサンプリングさ
れる。巻戻しデータ・ストリームは、ビデオ・ストリー
ムの順次的に早い位置からサンプリングされる小さなデ
ータ・ブロックを組合わせることにより生成される。ア
ダプタ・カード２１２は、遷移及び同期を円滑に処理し
て通常のレートで再生し、次のサンプル部分にスキップ
して戻ることにより、巻戻し走査をエミュレートする。

【０２１２】Ｋ２．バッファ管理デジタル・ビデオ・サーバは多くの並行出力装置にデー
タを提供するが、デジタル・ビデオ・データ伸長及び変
換は、一定のデータ・ストリームを要求する。データの
バッファリング技法が、ＳＣＳＩデータ・バースト・モ
ード伝送を利用するために使用され、データのアンダー
ランまたはバッファのオーバランを回避する一方、媒体
ストリーマ１０が最小の介入により、データを多くのス
トリームに送信することを可能にする。ＳＣＳＩビデオ
・アダプタ・カード２１２（図２５、２６参照）は、Ｓ
ＣＳＩバースト・モード・データ転送プロセスを完全に
使用可能にするビデオ・データ用の大きなバッファ２１
４を含む。一般的な構成は７６８Ｋの１つのバッファ２
１４であり、局所論理により循環回路バッファとして処
理される。循環バッファは、可変データ・ブロック・サ
イズを動的に処理する場合に固定長バッファよりも好適
である。後者は、デジタル・ビデオ・データを転送する
ときの記憶オーバヘッド及び管理オーバヘッドの両方の
点で、非効率的である。

【０２１３】ビデオ・アダプタ・カード２１２のマイク
ロコードは、複数のバッファ・ポインタをサポートし、
データの現在の長さ及び先頭の他に、データの最後の先
頭を保持する。このことは必要に応じて、失敗伝送を上
書きする再試行を可能にしたり、ポインタを現バッファ
内のバイト位置に配置することを可能にする。データ・
ブロック長は、デコード・チップ・セット（２１６、２
１８）への有効データの転送を保証するように、送信時
と同じに維持される（たとえ中間論理によりロング・ワ
ード構成が使用されるとしても、バイトまたはワード特
有である）。このアプローチは、データ・バッファの柔
軟な制御を維持しながら、安定状態動作のオーバヘッド
を最小化する。

【０２１４】Ｋ２．１．バッファ選択及び位置複数のバッファ・セットが要求される場合、全てのバッ
ファ関連オペレーションにおいて、複数のポインタが使
用可能である。例えば、第１のセットは再生バッファ及
びそのバッファ内の現在位置を選択するために使用さ
れ、第２のセットはデータ・プリロード・オペレーショ
ンに対応して、書込みバッファ及びそのバッファ内の位
置（通常は０）を選択するために使用される。受信され
る各データ・ブロックに対応して、現在長及び最大長が
保持される。なぜなら、可変長データ・ブロックもサポ
ートされるからである。

【０２１５】Ｋ２．２．自動モードバッファ・オペレーションはビデオ・アダプタの制御装
置２２６により管理され、Ｎバイトのデータが次の使用
可能なバッファ空間のアドレス０から配置される。制御
装置２２６は、各バッファ内のデータ長及びそのデータ
が再生されたかどうかを追跡する。十分なバッファ空間
が解放されていると、アダプタ・カードは次のWRITEコ
マンドを受諾し、データをそのバッファにＤＭＡ転送す
る。完全なデータ・ブロックを受入れるのに十分なバッ
ファ空間が解放されていないと（典型的には低速再生
（Slow Play）または休止状態）、WRITEコマンドは受諾
されず、バッファ・フル復帰コードが返却される。

【０２１６】Ｋ２．３．マニュアル・モード LOCATEコマンドは、各バッファ・アクセス・コマンド
（WRITE、ERASEなど）に対応して、現書込みバッファ及
びそのバッファ内の位置（通常は０）を選択するために
使用される。バッファ位置は、成功裡に伝送された最後
のデータ・ブロックのデータの開始に関連付けられる。
これは好適にはビデオ・ストリーム遷移管理のために実
行され、システム内のコマンド・オーバヘッドを最小化
するために、自動モードができる限り早く再活動化され
る。

【０２１７】Ｋ２．４．エラー管理デジタル・ビデオ・データ転送は、データ処理アプリケ
ーションにおいて、通常、ＳＣＳＩを使用するランダム
・データ・アクセスの場合とは異なるエラー管理要求を
有する。少量のデータ損失は伝送の中断に比較して重要
ではなく、従来の再試行及びデータ検証方法が変更また
は使用禁止にされる。通常のＳＣＳＩエラー処理プロシ
ージャでは、ステータス・フェーズの間の各コマンドの
完了時に、ステータス・バイトが戻される。ステータス
・バイトは、ターゲットＳＣＳＩチップ２２７がコマン
ドを受諾できないと、良好（００）状態またはビジー
（０８ｈ）を示し、エラーが発生すると、チェック状態
（０２ｈ）を示す。

【０２１８】Ｋ２．５．エラー回復ＳＣＳＩビデオ・アダプタ２１２の制御装置２２６は、
チェック状態応答の際に、要求センス・コマンドを自動
的に生成し、エラー及びステータス情報をロードし、回
復プロシージャが可能かどうかを決定する。通常の回復
プロシージャはエラー状態をクリアし、破壊されたデー
タを廃棄し、できるだけ早く通常の再生を再開する。最
悪の場合、アダプタ２１２はリセットされ、再生以前に
再ロードされたデータが再開されうる。エラー状態は記
録され、次の問合わせ（INQUIRY）または要求センス（R
EQUEST SENSE）ＳＣＳＩオペレーションにおいて、ホス
ト・システムに報告される。

【０２１９】Ｋ２．６．自動再試行バッファ・フルまたは装置ビジー状態では、再試行がス
トリーム・データ・レートに依存して、最高Ｘ回自動的
に実行される。これは次のデータ・バッファが到来した
時点にのみ許可される。その時点で、その状態が予想で
きない場合には（例えば休止または低速再生モードでな
いのにバッファ・フルである）、エラーが記憶され、ビ
デオ再生を回復し継続するためには、装置リセットまた
はクリアが必要となりうる。

【０２２０】これまで主にビデオ・プレゼンテーション
をユーザに配布する内容について述べてきたが、双方向
ビデオ・アダプタを使用することにより、ビデオ・プレ
ゼンテーションを受信し、それをデータ表現としてデジ
タル化し、データ表現をバス２１０を介して通信ノード
１４に伝送し、低待ち時間スイッチ１８を介して、制御
ノード１８により指定される記憶ノード１６、１７に記
憶することが可能であることが理解されよう。

【０２２１】上述の説明は本発明の単なる１実施例に過
ぎず、当業者には、本発明の範囲を逸脱すること無く、
様々な代替例及び変更が考案されよう。従って、本発明
はこうした全ての代替例及び変更を含むものである。

【０２２２】

【０２２３】

【０２２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンピュータ業界の従来のインタフェースにより、マル
チメディア環境における等時的データ・ストリーム転送
を可能にする"ビデオ・フレンドリ"なコンピュータ・サ
ブシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組込んだ媒体ストリーマのブロック図
である。

【図２】図１の回路スイッチの詳細を示すブロック図で
ある。

【図３】図１のテープ記憶ノードの詳細を示すブロック
図である。

【図４】図１のディスク記憶ノードの詳細を示すブロッ
ク図である。

【図５】図１の通信ノードの詳細を示すブロック図であ
る。

【図６】高優先順位で実行されるビデオ・ストリーム出
力制御コマンドのリストと、低優先順位で実行されるデ
ータ管理コマンドのリストである。

【図７】通信ノードのデータ・フローを示すブロック図
である。

【図８】ディスク記憶ノードのデータ・フローを示すブ
ロック図である。

【図９】接続を可能にする制御メッセージ・フローを示
す図である。

【図１０】再生を可能にする制御メッセージ・フローを
示す図である。

【図１１】媒体ストリーマとクライアント制御システム
との間に存在するインタフェースを示す図である。

【図１２】媒体ストリーマを動作するために使用される
複数の"ソフト"・キーを示す表示パネルを示す図であ
る。

【図１３】図１２のLOADソフト・キーの選択時に表示さ
れるLOAD選択パネルを示す図である。

【図１４】図１２のバッチ・キーの選択時に表示される
バッチ選択パネルを示す図である。

【図１５】クライアント制御システムと媒体ストリーマ
の間に存在する複数のクライアント／サーバ関係を示す
図である。

【図１６】ビデオ・データをアクセスし、それを１つ以
上の出力ポートに供給する従来技術を示す図である。

【図１７】複数のビデオ・ポートが、通信ノード・キャ
ッシュ・メモリに含まれる単一のビデオ・セグメントを
アクセスする様子を示すブロック図である。

【図１８】複数のビデオ・ポートが、ディスク記憶ノー
ド上のキャッシュ・メモリに含まれるビデオ・セグメン
トを直接アクセスする様子を示す図である。

【図１９】本発明により使用されるメモリ割当て機構を
示す図である。

【図２０】ビデオ１に対応するセグメント化論理ファイ
ルを示す図である。

【図２１】ビデオ１の様々なセグメントが複数のディス
ク・ドライブに渡りストライプされる様子を示す図であ
る。

【図２２】記憶ノードとクロス・バー・スイッチとの間
の従来のスイッチ・インタフェースを示す図である。

【図２３】記憶ノードに対応して拡張出力帯域幅を提供
するように、図２２に示される従来のスイッチ・インタ
フェースが変更される様子を示す図である。

【図２４】ビデオ出力バスへの一定ビデオ出力を保証す
るプロシージャを示すブロック図である。

【図２５】デジタル・ビデオ・データをアナログ・ビデ
オ・データに変換するために使用されるビデオ・アダプ
タのブロック図である。

【図２６】図２５のビデオ・アダプタ・カードの制御の
ためにＳＣＳＩバス・コマンドの使用を可能にする制御
モジュールのブロック図である。

【符号の説明】

２、３、４ストライプ１０ビデオ最適化ストリーム・サーバ・システム（媒
体ストリーマ）１２低待ち時間スイッチ１４通信ノード１５ビデオ・ポート１６、１７記憶ノード１８制御ノード２０クロスバー・スイッチ・カード２４制御装置インタフェース２６テープ・ライブラリ２８インタフェース３０内部システム・メモリ３２ＤＭＡデータ転送パス３４、５４ＰＣ３６ソフトウェア３８、５０バッファ・モジュール４４内部ＰＣ４５ディスク４６、４８、５６、５８ソフトウェア・モジュール５２通信インタフェース６０入力６２自動制御装置６４システム制御装置６５ユーザ制御セット・トップ・ボックス６６表示機構１００、１１０入力スレッド１０４、１１４スケジュール機能１０２、１１２出力スレッド１０６要求キュー１０８入力キュー１１６メッセージ・スレッド１３０バッチ・ボタン１３２インポート／エクスポート・ボタン１３４ "ロード"・ソフト・ボタン１３６ "ファイル"・ボックス１３８、１５０ "ファイル名"ボックス１４０ "追加"ボタン１４２ "再生リスト"・ボックス１４４ "実行"ボタン１４６ "ディレクトリ"・ボックス１６０、１６２ディスク・ファイル１６６ファイル・システム１６８媒体サーバ１７０ビデオ・ドライバ１７２、１７４ビデオ・アダプタ・ポート１８０、１８２ディスク記憶ノード１８６通信ノード１９０、１９２ディスク・ドライブ１９４、１９６ビデオ・ポート１９８ディスク・キャッシュ・バッファ２００シリアル通信チップ２０２、２０４、２０６入力ＦＩＦＯバッファ２０８ＦＩＦＯバッファ２１０ＳＣＳＩバス２１２ＮＴＳＣアダプタ２１４局所バッファ２１６、２１８ＭＰＥＧチップ（論理モジュール）２２０ＮＴＳＣエンコーダ２２２Ｄ／Ａ変換器２２４ＦＩＦＯメモリ２２６制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マーサ・アール・ヘンレィアメリカ合衆国、カリフォルニア州モーガン・ヒル、ジョン・テルファー・ドライブ 17660 (72)発明者ロレンゾ・ファルコン、ジュニアアメリカ合衆国95123、カリフォルニア州サン・ホセ、オウミラ・ドライブ 253 (72)発明者トーマス・イー・フレインアメリカ合衆国95125、カリフォルニア州サン・ホセ、バーンサイド・ドライブ 6858 (72)発明者メイ−ラン・ルオアメリカ合衆国95120、カリフォルニア州サン・ホセ、パソ・ロス・チェリトス 6066 (72)発明者アショク・ラジャ・サクセナアメリカ合衆国95120、カリフォルニア州サン・ホセ、バレイ・クワイル・サークル 1236 (56)参考文献特開平４−287217（ＪＰ，Ａ) 実開平１−178641（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/06 G06F 12/00 G06F 12/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのビデオ・プレゼンテーシ
ョンのデジタル表現を記憶する少なくとも１つの記憶ノ
ードであって、前記少なくとも１つのビデオ・プレゼン
テーションが、それを完全に表示するために時間Ｔを要
し、各々が前記少なくとも１つのビデオ・プレゼンテー
ションのＴ／Ｎ部分を含む複数のＮデータ・ブロックと
して記憶され、前記少なくとも１つの記憶ノードが、前
記Ｎデータ・ブロックの少なくとも１つをバッファリン
グする第１のデータ・バッファを含む、前記記憶ノード
と、各々が回路スイッチを介し、前記第１のデータ・バッフ
ァの出力に接続される入力ポートを有し、該データ・バ
ッファから複数の前記Ｎデータ・ブロックを順次受信す
る複数の通信ノードであって、前記順次受信されるＮデ
ータ・ブロックが、同一のビデオ・プレゼンテーション
または異なるビデオ・プレゼンテーションに関連付けら
れ、前記複数の各通信ノードが複数の出力ポートを有
し、前記複数の個々の出力ポートが特定のビデオ・プレ
ゼンテーションのデジタル表現を出力し、前記複数の個
々の通信ノードが更に、前記Ｎデータ・ブロックの少な
くとも１つを出力する以前に、当該データ・ブロックを
バッファリングする第２のデータ・バッファを含む、前
記通信ノードと、第１の動作状態に応答して、前記Ｎデータ・ブロックの
１つを前記第１のデータ・バッファから第１の前記通信
ノードの出力ポート、並びに第２の前記通信ノードの出
力ポートへ転送させる少なくとも１つの制御ノードであ
って、前記少なくとも１つの制御ノードが更に、第２の
動作状態に応答して、前記Ｎデータ・ブロックの１つを
前記第１のデータ・バッファから前記通信ノードの１つ
の前記第２のデータ・バッファへ、更に前記第２のデー
タ・バッファから前記通信ノードの前記１つの複数の前
記出力ポートへ転送させる、前記制御ノードと、を含む、媒体ストリーマ。
【請求項２】前記Ｎデータ・ブロックの１つが所定時間
内に前記通信ノードの少なくとも１つから出力されると
予測される場合、当該データ・ブロックを前記第１のデ
ータ・バッファ内に選択的に保存する手段を含む、請求
項１記載の媒体ストリーマ。
【請求項３】前記Ｎデータ・ブロックの１つが所定時間
内に前記通信ノードの前記出力ポートの少なくとも１つ
から出力されると予測される場合、当該データ・ブロッ
クを前記第２のデータ・バッファ内に選択的に保存する
手段を含む、請求項１記載の媒体ストリーマ。
【請求項４】保存されるべきでない前記Ｎデータ・ブロ
ックの１つに対し、前記媒体ストリーマが当該データ・
ブロックを前記第１のデータ・バッファ内で置換する手
段を含み、前記置換手段が、関連ビデオ・プレゼンテー
ションに対して予測される要求、及び前記Ｎデータ・ブ
ロックの前記１つの対応データ表現内におけるロケーシ
ョンに応答して、当該データ・ブロックを前記第１のデ
ータ・バッファ内に保存する優先順位を、該バッファ内
に記憶される前記Ｎデータ・ブロックの他のデータ・ブ
ロックに対して決定する、請求項２記載の媒体ストリー
マ。
【請求項５】データ表現の開始または開始近くに配置さ
れるデータ・ブロックに、前記データ・ブロックの終り
または終り近くに配置されるデータ・ブロックよりも高
い優先順位を割当てる、請求項４記載の媒体ストリー
マ。
【請求項６】保存されるべきでない前記Ｎデータ・ブロ
ックの１つに対し、前記媒体ストリーマが当該データ・
ブロックを前記第２のデータ・バッファ内で置換する手
段を含み、前記置換手段が、関連ビデオ・プレゼンテー
ションに対して予測される要求、及び前記Ｎデータ・ブ
ロックの前記１つの対応データ表現内におけるロケーシ
ョンに応答して、当該データ・ブロックを前記第２のデ
ータ・バッファ内に保存する優先順位を、該バッファ内
に記憶される前記Ｎデータ・ブロックの他のデータ・ブ
ロックに対して決定する、請求項３記載の媒体ストリー
マ。
【請求項７】データ表現の開始または開始近くに配置さ
れるデータ・ブロックに、前記データ・ブロックの終り
または終り近くに配置されるデータ・ブロックよりも高
い優先順位を割当てる、請求項６記載の媒体ストリー
マ。
【請求項８】保存されるべき前記Ｎデータ・ブロックの
１つに対して、前記媒体ストリーマが、当該データ・ブ
ロックが前記通信ノードの少なくとも１つから出力され
るように要求される次の予測時刻、及び当該データ・ブ
ロックが関連付けられるデジタル表現を出力する前記出
力ポート数に応答して、当該データ・ブロックを前記第
１のデータ・バッファ内で置換する手段を含む、請求項
２記載の媒体ストリーマ。
【請求項９】保存されるべき前記Ｎデータ・ブロックの
１つに対し、前記媒体ストリーマが、当該データ・ブロ
ックが関連通信ノードの前記出力ポートの少なくとも１
つから出力されるように要求される次の予測時刻、及び
当該データ・ブロックが関連付けられるデジタル表現を
出力する前記出力ポート数に応答して、当該データ・ブ
ロックを前記第２のデータ・バッファ内で置換する手段
を含む、請求項３記載の媒体ストリーマ。
【請求項１０】前記少なくとも１つの制御ノードが、第
１の出力データ表現を第２の出力データ表現に同期させ
る手段を含み、前記第１のデータ表現及び前記第２のデ
ータ表現が、前記Ｎデータ・ブロックの同一ブロックか
らのデータを同時に出力する、請求項１記載の媒体スト
リーマ。
【請求項１１】前記第１のデータ・バッファ及び前記第
２のデータ・バッファがほぼ等しいサイズを有する、請
求項１記載の媒体ストリーマ。
【請求項１２】前記第１のデータ・バッファ及び前記第
２のデータ・バッファが単一のデータ・バッファの要素
であり、前記少なくとも１つの記憶ノードと前記複数の
通信ノードとの間で分散される、請求項１記載の媒体ス
トリーマ。