CN1890966A - 用于检索数据的方法和电路 - Google Patents

Abstract

数据对象的不相邻的存储，严重妨碍所述数据对象(202)的检索速度。此外，在检索其中有些是分段的多个数据对象时，所有数据对象的检索时间变得更不可预测。因此，期望只检索非分段的数据对象。对于某些情形来说，可能不必检索一个特定的数据对象。在这种情况下，检索一个相同类型的类似数据对象就足够了。为此，本发明主要提供一种用于数据的检索的方法和电路(124)。本发明特别适合于检索用于特技播放的音像数据。当一个为再现而被选择的第一帧是分段存储的时，选择和检索一个第二非分段的帧代替该第一帧。

Description

用于检索数据的方法和电路

技术领域

本发明涉及一种检索在以分配单元形式组织的存储装置中存储的数据对象的方法。

本发明进一步涉及一种用于检索在以分配单元形式组织的存储装置中存储的数据对象的电路。

本发明也涉及一种用于再现音像数据的设备，该设备包含一个用于检索在以分配单元形式组织的存储装置中存储的数据对象的电路音像数据。

本发明也涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品对处理单元编程，以执行一种检索在以分配单元形式组织的存储装置中存储的数据对象的方法。

本发明涉及用于存储这种计算机程序产品的记录载体。

本发明也涉及一种被编程的计算机，其能执行一种检索在以分配单元形式组织的存储装置中存储的数据对象的方法。

背景技术

存储器中存储的数据，最好是被连续存储的。这样，数据就能被读单元在一个读动作中检索出。然而，由于文件的删除以及像数据文件和音像数据流等其它数据对象的存储，在数据对象之间出现相对小的间隙。这是自由空间，但是通常不足以存储一个完整的数据对象。然而为了利用自由空间，必须将数据对象分段存储。这是不利的。这是因为在检索期间，读单元必须在分段之间转换。在这种转换期间，不能读数据。对于如可执行的计算机程序和文本文件这样的数据对象的检索来说，这倒未必成问题，因为这种数据对象的无错检索一般比实际检索速度更重要。

另一方面，在检索如视频流的音像数据时，及时交付是重要的。视频数据一般在存储之前被压缩。像MPEG-2这样的最常用压缩算法，基于的是预测性(predictive)压缩，就是说，为了至少一些视频帧的解压，需要多个(未压缩的)其它帧的数据。如果不及时提供这个数据，在再现声频数据过程中就发生问题；视频中会发生打嗝，屏幕甚至黑屏。对于正在看电影的消费者来说，这是非常恼人的。

在调度数据检索请求时可以考虑由数据对象的分段引起的增加的检索时间，但是这非常困难。在快速特技播放(trickplay)回放时尤其如此，在这种情况中，只有较少数量的帧被检索(特技播放回放是非实时的回放，如快进/快倒和慢进/慢倒)。如果不在调度时加以考虑，一个对象的检索时间的大幅增加可能严重地干扰***的实时性能。

这个问题，例如不但在硬盘驱动器上存储的视频数据上发生(这里数据对象分段是众所周知的)，而且，随着如DVD+RW等能够删除和存储独立文件的可再写光驱在消费电子世界的迅速普及，这个问题在光驱上也发生。

US5842046提出一个在分开的分配单元中不分段地存储I帧的方法，以方便用于特技播放的数据检索。然而，由于I帧大小不一，在分配单元中总是留下自由空间，导致存储空间的浪费。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种降低数据对象的分段对这些数据对象的检索的不利影响的方法。这个目的以一种按照本发明的包含以下步骤的方法实现：选择要检索的一个特定类型的多个预定的数据对象；确定被选择的第一数据对象是否被分段存储在多个分配单元上；如果被选择的第一数据对象确实被分段存储在多个分配单元上，则选择靠近该被选择的第一数据对象而存储的该特定类型的一个第二数据对象，该第二数据对象不是分段存储在多个分配单元上的，取消选择所述被选择的第一数据对象；检索被选择的数据对象。

当要检索一个被选择的数据对象序列时(其中所有数据对象是一个特定类型的)，是否要检索一个特定的被选择的数据对象并不要紧的情况是可想像的。它可能最好恰恰也是接近被选择的数据对象的该特定类型的另一个数据对象。这例如已经由未公开专利申请EP-03100973.1(申请人案号PHNL030361)提出，该专利申请提供对一个不同问题的解决方案。从这个起点推断，从选择的角度来看，几乎区分不了究竟是第一个被选择的、分段的数据对象被检索还是第二个被选择的、但是未分段的数据对象被检索，第二个被选择的数据对象在序列中接近第一个被选择的数据对象。然而，从数据检索的角度来看，这确实形成一个大的区别，因为第二个被选择的、但是未分段的数据对象的检索，比第一个被选择的、分段的数据对象的检索，花费少得多的时间。因此，按照本发明的方法具有重要的优势。

在本发明的一个实施例中，数据对象是被存储在一个序列中的，并且第二数据对象是从处在以下数据对象之间并包括以下数据对象的一组数据对象中选择的：一个被选择的第三数据对象(其中被选择的第三数据对象是所述序列中所述被选择的第一数据对象之前最接近该第一数据对象的被选择数据对象)；和被选择的第一数据对象。

第二数据对象可以在被选择的第一数据对象之前、也可以在被选择的第一数据对象之后被选择，一般来说，这没有大的差别。然而，当位于被选择的第一数据对象之后的特定类型的数据对象与被选择的第一数据对象的偏差大于位于被选择的第一数据对象之前的数据对象时，所希望的是选择位于被选择的第一数据对象之前的第二数据对象。这样，最有代表性的特技播放流被提供给观众。

在基于前述实施例的另一个实施例中，第二数据对象是被选择的第三数据对象。

按照本发明方法的这个实施例更进一步减少检索所需的时间。然而，当为了再现和显示使用本发明检索音像数据流时，这确实带来在特技播放流的播放中引入一些抖动的缺点。另一方面，对于更高的特技播放速度来说，这并不是问题。此外，当分配单元的容量充分大于要检索的数据对象的大小时，被选择的数据对象是被分段的的概率相当低。

按照本发明的电路包含一个用来执行以下步骤的处理单元：选择要检索的一个特定类型的多个预定的数据对象；确定被选择的第一数据对象是否被分段存储在多个分配单元上；如果被选择的第一数据对象被分段存储在多个分配单元上，则选择靠近所述被选择的第一数据对象之前或之后存储的该特定类型的一个第二数据对象，该第二数据对象不是分段存储在多个分配单元上的；并且取消选择所述被选择的第一数据对象；检索被选择的数据对象。

依照本发明的设备包含用于存储音像数据的存储器、按照权利要求9的用于从存储器中检索音像数据的电路和用于再现被检索的音像数据的装置。

按照本发明的计算机程序产品用于对处理单元编程以使其执行按照权利要求1的方法。

按照本发明的记录载体携带按照权利要求11的计算机程序产品。

按照本发明的被编程的计算机能执行按照权利要求1的方法。

附图说明

本发明将借助于附图更详细地描述本发明的实施例，附图中：

图1示出了一种设备框图，该设备包括依照本发明的电路的实施例；

图2示出了一个音像数据流和一个被选择帧的流；

图3示出了另一个音像数据流和按分配单元划分的存储介质的示意表示；

图4表示按照本发明方法的一个实施例。

具体实施方式

图1表示消费娱乐***100，其包含作为按照本发明的设备的实施例的消费电子设备110、用户控制装置160和电视机150。

设备110包含一个存储装置-最好是用于存储音像数据的硬盘驱动器122；一个处理单元124，用于控制该设备；一个只读存储器(ROM)126，作为按照本发明的记录载体的实施例，用于存储对处理单元124编程的程序数据；一个DMA控制器128，用于从硬盘驱动器122向一个也是该设备所包含的视频再现单元130进行快速数据传输；一个用户命令控制器134，用于接收用户命令。ROM 126能以各种方式实现：固态ROM、EEPROM、磁性数据载体、光数据载体或任何其它载体。处理单元124和ROM 126构成了依照本发明的电路的实施例。

电视机150包含屏幕152。电视机通过第一连接器132连接到消费电子设备110。

用户控制装置160包含播放按钮162、倒片按钮164和快进按钮166，用于控制消费电子设备110回放音像数据流的方向和速度。用户控制装置160通过第二连接器136连接到消费电子设备110。连接可以是无线的或者是有线的，这对本发明的工作来说无关紧要。

消费电子设备110用来回放被存储在硬盘驱动器122中的音像数据流。在另一个实施例中，也可以就用光盘存储。回放由例如按下播放按钮162的用户命令启动。这在用户控制装置160中生成一个控制信号，由用户命令控制器134接收并被传送到处理单元124。

接收到控制信号后，由ROM 126中的程序编程的处理单元124开始从硬盘驱动器122中检索音像数据并安排把所检索的数据通过DMA控制器128向视频再现单元130传送。视频再现单元130解码该音像数据，在这个实施例中，音像数据是按照MPEG(运动图像专家组)2标准被压缩的。视频再现单元的输出是按照一种已知格式(例如SECAM或PAL)的、可在电视机150上显示的视频信号。该视频信号是通过第一连接器132提供的。

图2示出了按照MPEG 2标准压缩的压缩视频数据流200。流200是由三种不同类型的压缩帧组成的。它们被按所谓的图像组或GOP分组。就本例而言，采用大小为6的GOP，但是该领域技术人员知道，其它GOP大小是允许的。

“I”帧是内部编码的，这意味着它们能用适当的解压算法和来自帧本身的数据解压。“B”和“P”帧是帧间编码的，这意味着要解压这些帧，也需要来自其它(解码的)帧的数据。为了解码压缩的P帧，需要直接处在前的I帧或P帧的数据。为了B帧的解压，需要来自在前的或后继的I帧或P帧的数据。

在正常的实时数据回放期间显示所有图像，在电视机150(图1)的显示器152(图1)上再现流畅的电视片，因为在前一段描述的所有解码都能实时地进行。在快速回放视频数据的情况下，例如在实时回放期间用户按下倒片按钮164或快进按钮166时，与快速回放同步地解码所有的帧不再可能。这也是不必要的，因为在这样的情况下，要被再现的帧多得超过能被人类眼睛和头脑处理的数量。

因此，一般只再现I帧。对于流200来说，这意味着对于快速回放来说，第一I帧202、第二I帧204、第三I帧206和第四I帧208被组合成一个特技播放流220。以流200的相同帧速率回放该特技播放流220，将产生6倍的速度增长。当所有的帧要以3倍长的时间被显示时，这将导致2倍的速度增加。

为了更高的再现速度，例如12倍实时，可以省略一些I帧的再现，而只再现选定数目的I帧。这在显示流300的图3中例示。流300是被用MPEG 2标准压缩的。为了简化，只指示了I帧；GOP大小是6(每个I帧后有一个P帧和4个B帧)。由于GOP大小是6，并且每一个GOP有一个I帧，因此，由图3中的箭头所指示的每个第二I帧必须被再现，其中每个帧被显示的时间如正常回放速度期间时的那样，回放的加速因数是12。

诸如硬盘驱动器122的硬盘驱动器是以分配单元形式组织的。对于诸如视频存储器的消费电子应用来说，分配单元相当大。明白分配单元与扇区不同是重要的。对于视频存储器来说，它们至少充分地(至少10倍)大于一个I帧的大小。不过，一个I帧的数据可以这样被存储，即被分段地存储在两个不相邻的分配单元上。这意味着，这样一个I帧的检索，花费的时间量是检索一个不分段的I帧所需的时间量的两倍。

实际增加的时间量取决于两个分配单元之间的寻找距离和旋转延迟。其原因是，在一个盘请求期间，只能检索至少一个分配单元的仅仅一个连续块的数据。当分布在两个不相邻的分配单元上的诸如I帧的分段数据对象要按照一个文件请求的顺序被检索时，必须发出和执行两个盘请求。从文件请求到盘请求的转换，由文件***进行，文件***是主机软件栈的一部分。

条350是硬盘驱动器122的一部分的示意表示，并且被划分为第一分配单元352、第二分配单元354、第三分配单元356和第四分配单元358。尽管一个分配单元的容量大于一个I帧的大小，一个I帧仍然有可能被分段地存储在两个分配单元上。此外，分配单元尽管在图中是相邻的，它们在盘上未必非要位于相邻的位置不可。

当分配单元在盘上的位置不相邻时，这导致这样的问题，即要检索一个I帧，必须从两个分配单元检索数据。这意味着，为了一个文件请求，需要执行两个盘请求；用一个盘请求能检索最多一个分配单元的数据。与不分段的I帧的数据检索相比，这增加了分段的I帧的检索时间。

为了音像数据的回放，重要的是数据被及时从硬盘驱动器122(图1)中检索出来并及时地被再现单元130(图1)再现。此外，当硬盘驱动器被一个以上应用使用时，应当高效地检索数据，以限制盘请求的数目。

为了真正快速地、例如以与视频流的实时播放相比多于10倍的速度特技播放(以非实时的速度更快或更慢地再现一个视频流)一个视频流，是否严格地按周期地选择I帧并不重要。例如如图3中所示，这就意味着，选择第三或第五I帧代替第四I帧用于再现，以及选择第七或第九I帧代替第八I帧用于再现，几乎没有差别。

由于上述原因，使用按照本发明的一个实施例，流300的快速重放将导致用图4所示的流程图400所示的方法检索和再现第一、第五、第八和第十二I帧。通过检索第五I帧代替第四I帧用于再现，所需的盘请求数少一个，因此，流300的快速重放的数据检索所需的时间更少。

将通过流程图400对刚刚讨论的按照本发明方法的实施例做更详细的说明。流程图400以起点402开始，其中接收到一个特技播放命令。下一步，在过程步骤404中，选择第一帧检索和再现。选择哪些帧，主要取决于用户所选择的特技播放速度。对于快速的特技播放速度来说，相比于较低速度的特技播放，要选择相互之间的距离更大的而数目更少的帧。对于图3中所示的例子来说，选择每一个第四帧。

●下一步，在判断步骤406，检查任何被选择的第一帧是否是分段存储的，即分布在多个非相邻的分配单元上。这可以各种方式进行：

文件***一般保持文件数据的存储所在的盘位置的一个列表。因此，对于任何数据对象，像一个要被检索的文件那样的片断(例如起始偏移字节量、按字节算的长度)，可以找到位置。当一个数据对象的所有盘位置并非是相邻的时，该数据对象是分段存储的。这样，判断某个数据对象是否是分段的，是简单的事情。

视频应用可以保持一个列表，描述诸如I帧的视频片断以及它们在文件(或视频流)中的位置，例如一个CPI(特征信息点)文件，其中有对应每个I帧的起始偏移字节量、按字节算的长度。因此对于给定的I帧寻找要被检索的文件的片断就非常简单。综合上述两种方法直接得出一个I帧的检索是否是分段的。

●像I帧那样的数据对象，被存储一个链接分配单元列表中。该数据对象被分配到的两个连续的分配单元可能是相邻的，或者是不相邻的。可以将数据被不相邻地存储所在的那些点保持在一个列表中，以与文件的起点相距的距离来表示(按位或兆位(Mbits)计)。此外，也可以将每个I帧的起点和长度存储在一个列表中，其中的起点也能以与文件的起点相距的距离(按位或兆位(Mbits)计)和按位或兆位(Mbits)计的对应长度来表示。将这两个列表组合起来，就能容易地通过平行地扫描两个列表而确定哪些I帧是相邻地存储的。

设p_1、p_2、p_3、...、p_n代表不相邻地存储的数据在文件中的位置。设(s_1，1_1)、(s_2，1_2)、(s_3，1_3)、...、(s_m，1_m)是连续的I帧的开始位置和长度的列表。于是，我们可以扫描第二个列表，直到找到一个j，使得1.s_j＜p_1＜s_j+1_j或2.s_j+1_j＜p_1＜s_(j+1)。

在第一种情况中，我们得出在文件中的第一个非相邻点(non-continuity)分割一个I帧，准确地说是第j个I帧。在第二种情况中，它不分割一个I帧。该过程可以继续，以检查所有的不相邻点。

当至少一个被选择的I帧是分段的时，在过程步骤412中，选择接近分段的第一帧的第二I帧。这可以是直接位于分段的第一帧之前的或者之后的第二I帧，但是也可以是第一I帧组中的分段的I帧之前的或者之后的第二I帧。这意味着，“接近”被定义为或者是时间上靠近(在回放时间的意义上)或者逻辑上靠近(在按位计的距离的意义上)。它未必意味着在盘片(disk platter)上的空间上的靠近。

在一个有益的实施例中，选择直接位于分段的I帧之前的或者之后的一个被选择的第一I帧。换言之，上一个被显示的I帧被再次显示，以代替分段的I帧的显示。这个实施例的一个优点是甚至节省了两个盘请求。在另一个实施例中，直接位于分段的I帧之后的被选择的I帧被显示，以代替分段的I帧的显示。

在步骤412中选择了第二I帧后，在步骤414中，分段的第一I帧被取消选择。然后，过程继续到步骤408，被选择的(第一和第二)I帧被检索出来用于再现。如果在判断步骤406中检测到被选择的I帧没有被分段存储的，则过程直接继续到步骤408。最后，在最后一个步骤410中，被检索的I帧被再现，用于在电视机150(图1)的屏幕152(图1)上显示。

尽管通过一个在其上存储了按照MPEG-2标准压缩的视频流的硬盘描述了本发明的实施例，本发明也适用于其它情形。其它情形的例子是如MPEG-4和DV的其它视频存储标准。在不偏离本发明范围的情况下可能有各种变体。硬盘驱动器能被代之以光盘或磁-光盘、甚至固态存储器。另外，也可以使用其它压缩算法。此外，要被检索的数据也可以是视频数据以外的数据。一个例子是要从高级音频紧致盘(SuperAudio Compact Disc)中检索出音频脉冲串用于快速特技播放的情形。

本发明的实施例是按照只在特技播放期间检索I帧而描述的。然而，也可以检索P帧，如果已经解码了在前的I帧或P帧，因为这个帧是解码一个P帧所需要的。理论上，这意味着也可以检索B帧，但是在快速特技播放模式中，可能需要太多的处理能力并且需要检索和解码太多的其它帧，使这个实施方式效率不高。因此，尽管按照本发明是要检索“特定类型”的帧，在把本发明应用于供快速特技播放的MPEG2编码的数据的检索时，“特定类型”却不限定于I帧。

同样，当检索非音像数据的被选择的部分时，也能使用本发明，尽管对这种情况的实时要求一般更宽松。在从一个测量值序列中进行选择，以确定例如平均值、中值或标准偏差和被选择的部分之间的波动不太高时，也能使用本发明。

另外，被描述为由单个处理单元执行的各种任务，在本发明的其它实施例中也可以由多个模块执行，而不会偏离本发明的范围。另一方面，被描述为由多个模块执行的任务也可以组合在一个处理模块中。

对本发明可以总结如下：数据对象的不相邻的存储，严重妨碍所述数据对象的检索速度。此外，在检索其中有些是被分段的多个数据对象时，所有数据对象的检索时间变得更不可预测。因此，期望只检索非分段的数据对象。对于某些情形来说，可能不必检索一个特定的数据对象。在这种情况下，检索一个相同类型的类似数据对象就足够了。为此，本发明主要提供一种用于数据的检索的方法和电路。本发明特别适合于检索用于特技播放的音像数据。当一个为再现而被选择的第一帧是分段存储的时，选择和检索一个第二非分段的帧代替该第一帧。

Claims (13)

1.检索被存储在一个按分配单元(352，354，356，358)组织的存储装置(122)中的数据对象(202，204，206，208)的方法，该方法包含以下步骤：

a)选择要检索的一个特定类型的多个预定的数据对象；

b)确定一个被选择的第一数据对象是否被分段存储在多个分配单元上；

c)如果被选择的第一数据对象是被分段存储在多个分配单元上，则：

i.)选择靠近所述被选择的第一数据对象而存储的该特定类型的一个第二数据对象，该第二数据对象不是分段存储在多个分配单元上的；

ii.)取消选择所述被选择的第一数据对象；

d)检索被选择的数据对象。

2.按照权利要求1的方法，其中，数据对象是被存储在一个序列中的，并且第二数据对象是从在以下数据对象之间并包括它们的一组数据对象中选择的：

a)一个被选择的第三数据对象，其中该被选择的第三数据对象是所述序列中所述被选择的第一数据对象之前最接近的被选择数据对象；和

b)被选择的第一数据对象。

3.按照权利要求2的方法，其中，第二数据对象是被选择的第三数据对象。

4.按照权利要求1的方法，其中，数据对象是被存储在一个序列中的，并且第二数据对象是从在以下数据对象之间并包括它们的一组数据对象中选择的：

a)一个被选择的第四数据对象，其中该被选择的第四数据对象是所述序列中所述被选择的第一数据对象之后最接近的被选择数据对象；和

b)被选择的第一数据对象。

5.按照权利要求4的方法，其中，第二数据对象是被选择的第四数据对象。

6.按照权利要求1的方法，其中，数据对象是由一个视频流(200)包含的帧。

7.按照权利要求6，其中，该流是编码的，并且包含内部编码的和帧间编码的帧，并且该特定类型的数据对象是内部编码的帧。

8.按照权利要求1的方法，其中，存储装置是基于盘的介质。

9.用于检索被存储在一个按分配单元(352，354，356，358)组织的存储装置(122)中的数据对象(202，204，206，208)的电路(124)，该电路包含一个处理单元(124)以用于：

a)选择要检索的一个特定类型的多个预定的数据对象；

b)确定一个被选择的第一数据对象是否被分段存储在多个分配单元上；

c)如果被选择的第一数据对象被分段存储在多个分配单元上，则：

i.)选择靠近所述被选择的第一数据对象之前或之后存储的该特定类型的一个第二数据对象，该第二数据对象不是分段存储在多个分配单元上的；

ii.)取消选择所述被选择的第一数据对象；

d)检索被选择的数据对象。

10.用于音像数据的再现的设备(110)，包含用于存储音像数据的存储器、按照权利要求9的用于从存储器中检索音像数据的电路和用于再现被检索的音像数据的装置。

11.用于对处理单元编程使其执行按照权利要求1的方法的计算机程序产品(126)。

12.携带按照权利要求11的计算机程序产品的记录载体(126)。

13.能执行按照权利要求1的方法的被编程的计算机。

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