CN1965368A - 记录或回放数据流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

应当提供一种能够支持流数据的实时记录的分布式存储***。因此，在MXF文件的基础上，将数据流打包为至少第一MXF文件和第二MXF文件。将第一连接数据***第一MXF文件中，其中，该第一连接数据指向第二MXF文件。此外，将第二连接数据***第二MXF文件中，其中，第二连接数据指向第一MXF文件。能够对作为元数据***MXF文件的这些连接数据使得能够进行无缝实时流记录和流化数据回放。

Description

记录或回放数据流的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在分布式存储***上记录数据流的方法或设备，此外，本发明涉及一种用于回放在分布式存储***上记录的这样的数据流的方法和设备。
背景技术
基于对等(P2P)技术，分布式存储***可以利用相连对等体(即节点)的所有存储容量来存储数据，如在不同的对等体中复制重要数据、或者在不同的对等体中分割大块数据、以及共享或存储这些数据。
本文献涉及特定素材交换格式(MXF)。MXF是一种以具有相关联的数据和元数据的音视频素材的交换为目的的开放文件格式。设计并实现MXF，以便提高服务器、工作站和其它内容创建设备之间基于文件的互用性。
基本MXF结构
如从MXF标准规范中摘录的图1所示，MXF格式由文件头、文件体和文件尾组成。
文件头包含头元数据，总体上提供文件信息，包括用于解码器一致性(compliance)的早期确定的标记。
文件体包括存储于本质容器(essence container)中的画面、声音和数据本质(essence)。如图2所示，可以对来自不同轨道的本质容器进行交织或分离。文件体的主体分割块可以选择性地包含头元数据的重复。
文件尾终止文件，并且可以选择性地包含头元数据。文件尾还可以包括在写文件头时不可用的一些信息(如文件的持续时间)。在特定情况下，可以省略文件尾。
将文件头设计为足够小，以使得可以易于隔离和发送至微处理器进行分析。文件的大部分通常将是文件体，即画面、声音和数据本质。文件尾提供了将头元数据放置在文件末端处的能力。原因在于：在诸如将流记录至MXF文件之类的特定应用中，将会有直至记录结束才知道的头元数据值。文件尾提供了这样做的机制。还提供了文件已终止的清楚指示。
基本MXF结构支持整个MXF文件中嵌入的元数据。
使用流接口的MXF互操作
经常会在流环境中处理MXF文件。这将包括前往或来自录像带和数据磁带的流，以及在单向链路或具有窄带返回信道的链路上的传输。
当源、链路或目标仅在流模式中操作时，有必要进行顺序写入。例如，在数据传输之前或之后，可允许随机访问写入，以优化下游访问特性。
MXF操作模式具有专用限定符(qualifier)比特，用来指示已创建用于流的文件。
可以直接从诸如MPEG2***和基本流、AES3数据流(音频工程协会标准)和数字视频(DV)DIF分组流之类的标准化格式中创建MXF文件。可以从诸如SMPTE 259M(串行数字接口，SDI)、SMPTE305M(串行数字传输接口，SDTI)、SMPTE 292M(高分辨率串联数字接口，HD-SDI)、或者具有如IEEE-1394、ATM、IEEE802(以太网)、ANSI光纤信道等实时协议的传输接口之类的多个实时接口之一中对这些格式进行映射。
当捕获流文件时创建文件头，以及内容是在捕获时打包的KLV(关键帧长度值)。由于KLV的打包和头的添加导致数据速率提高。实时流设备必须确保满足随这种数据速率改变的流接口的任何缓冲需求。
基本MXF结构支持流的记录和回放。
分布式存储***的文件分割需求
将来，分布式存储家庭网络***的行为将可能以通过对所有种类数据进行方便的自动“仓储式管理(storekeeping)”为特征。用户任何情况下都不会知道将内容存储在哪里。所以可以将这种分布式存储***看作单片存储块，以及在不受用户任何管理作用、以及具有对所需应用的透明行为的情况下，***必须由自身来寻找与自由存储器容量相匹配的存储设备。
分布式存储***必须处理与不同标准(如，MPEG-2、DV等)的流数据一起到来的不同长度的应用分组。当必须由分布式存储***处理流数据时，通常不可能提前得知数据大小。所以，当将到达对等体、或节点的最大容量时，数据的无缝实时分割是必要的。本发明提出了一种在记录和回放条件的分布式存储环境中用于流数据处理的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够支持流数据的实时记录的分布式存储***。
根据本发明，通过一种在分布式存储***上记录数据流的方法来实现该目的，所述方法包括：将所述数据流打包(packing)为至少第一MXF文件和第二MXF文件，将第一连接数据***所述第一MXF文件，所述第一连接数据指向所述第二MXF文件，以及将第二连接数据***所述第二MXF文件，所述第二连接数据指向所述第一MXF文件。
此外，提供了一种用于在分布式存储***上记录数据流的相应的设备，包括：打包装置，用于将所述数据流打包为至少第一MXF文件和第二MXF文件，数据处理装置，用于将第一连接数据***所述第一MXF文件，所述第一连接数据指向所述第二MXF文件，以及用于将第二连接数据***所述第二MXF文件，所述第二连接数据指向所述第一MXF文件。
同时，提供了用于回放记录在分布式存储***上的数据流的方法，所述方法通过以下实现：从第一MXF文件中读取连接数据，所述连接数据指向第二MXF文件，在所述连接数据的基础上建立MXF文件链，以及根据所述MXF文件链来回放所述第一MXF文件和所述第二MXF文件的本质数据。
此外，提供了一种用于回放记录在分布式存储***上的数据流的相应设备，包括读取装置，用于从第一MXF文件中读取连接数据，所述连接数据指向第二MXF文件；数据处理装置，用于在所述连接数据的基础上建立MXF文件链；以及播放装置，用于根据所述MXF文件链，来回放所述第一MXF文件和所述第二MXF文件的本质数据。
这样的方法和设备的优点在于：当记录流时，如果对等体达到存储容量，则可以将输入流重新路由至另一对等体或其它对等体，以连续地记录输入流。可以实时地执行文件分割。因此，本发明能够实现这样的MXF文件的无缝实时流记录和流化数据回放。
优选地，记录数据流的本发明方法还包括将第三连接数据***所述第二MXF文件的步骤，其中，所述第三连接数据指向第三MXF文件。因此，当前的MXF文件指向上一个(last)MXF文件和下一MXF文件。
当终止MXF文件的所述记录时，可以执行将连接数据***MXF文件的步骤。此时，上一个MXF文件和下一个MXF文件是可用的、或者分别已知的。
当记录时，可以将数据流分割为特定数量的MXF文件，其中，提前未知特定数量，以及可以将指向所有这些MXF文件的连接数据存储于所述特定数量的MXF文件的每一个中。这使得能够通过仅读取一个MXF文件而获得完整的MXF文件链。
可以将连接数据作为元数据***MXF文件的头和/或尾中。如果在头和尾中存储连接数据，则毫无疑问地，可以稍后分割MXF文件。
当MXF文件处于开放状态中时，为了建立MXF文件链，可以针对所述MXF文件链的每个MXF文件来重复读取连接数据的步骤。因此，可以逐步建立MXF文件链。
当MXF文件处于关闭状态中时(即，已经完成)，需要仅针对一个MXF文件链来执行读取连接数据的步骤，其中，将指向所述MXF文件链的所有MXF文件的连接数据包含于所述MXF文件链的每一个所述MXF文件中。在这种情况下，仅有必要读取MXF文件中的任何一个，以获得完整的MXF文件链。
优选地，连接数据包括任务数据、属性数据和参考数据。任务数据包含任务ID值，属性数据包含类似于“下一个”(用于接下来的MXF文件)或“上一个(last)”(用于前一个MXF文件)的状态值，以及参考数据包含另一个MXF文件的ID值，例如UUID。通过将这三个不同的数据作为连接数据来***MXF头，可以实现用于记录和回放的无缝实时流分割。
附图说明
将结合附图，对本发明进行更加详细地描述，其中：
图1是根据标准的简单MXF文件的整体数据结构；
图2是具有一些可选部分的MXF文件的整体数据结构；
图3是根据本发明的分割元数据的方案；
图4是在分布式存储***的对等体1上记录流之后，将连接元数据***MXF文件的过程；
图5是在分布式存储***的对等体2上记录流之前和之后，将连接元数据***MXF文件的过程；
图6是在分布式存储***的对等体k[k＝2，3，...(n-1)]上记录流之前和之后，将连接元数据***MXF文件的过程；
图7是在对等体n上记录流之前和之后，将连接元数据***MXF文件的过程；
图8是在关闭和完整的状态中的MXF文件1的连接元数据；
图9是在关闭和完整的状态中的MXF文件k的连接元数据；
图10是在关闭和完整的状态中的MXF文件n的连接元数据；以及
图11是MXF文件中的连接元数据数据包。
具体实施方式
下面，将更加详细地描述本发明的优选实施例。
在MXF文件中建立特定的“连接元数据”
为了实现用于流记录和回放的实时文件分割，创建特定“连接元数据”。将该连接元数据***MXF文件的头元数据中。头元数据可以位于文件头、文件体和/或文件尾中。
如图3所示，根据本发明实施例的连接元数据由至少三部分组成：任务、属性和参考。例如，这些部分可以是字段。
任务字段包含任务ID值。例如，每个流记录动作具有自己的任务ID。属性字段值可以代表至少两个状态：“下一个”和“上一个”。“下一个”属性表示：由于分割的流记录，当前的MXF文件之后是随后的MXF文件。可以通过包含于参考字段中的UUID(通用唯一标识符)来得到随后的MXF文件。“上一个”属性表示：当前文件在之前的MXF文件之后，并且是分割流的一部分。可以通过包含于参考字段中的UUID来得到之前的MXF文件。
为了代表不同种类的流记录的分割场景，头元数据可以包含多个连接元数据。可以首先在MXF文件头和文件尾中生成连接元数据。
下面，将详细地指出连接元数据的应用场景。
通过使用连接元数据，将流记录至MXF文件序列中
为了在分布式存储***中处理连接流对象，将由UUID来标记所有相关的MXF文件，并且可以在嵌入每一个MXF文件中的连接元数据的帮助下，生成与流化对象(MXF文件)相连的完整序列。
分布式***的一个需求是：将对用户不重要的所有功能进行自组织。对于这些任务(例如，当达到一个节点的容量时进行文件分割)，节点之间控制消息的自我控制交换是必要的。
在分布式存储***中，应当将输入流连续地实时记录至n个对等体的n个MXF文件中。所有这些MXF文件中的连接元数据具有相同的任务ID值。每个对等体通过由分布式存储***设计的控制元数据彼此通信。下面将详细描述记录过程(对照图4至8)：
1.最初，将输入流打包为分布式存储***的对等体(1)中的MXF文件(1)。
2.在对等体(1)达到其最大存储容量之前，对等体(1)应将控制消息发送至其它对等体，以询问是否任何对等体可以继续记录流。
3.如果对等体(2)回复可以继续记录流，则对等体(1)将告知输入流的接收设备准备将输入流重新路由至对等体(2)。将通知对等体(2)准备记录该输入流。
4.如图4所示，当终止当前流记录时，对等体(1)生成新的连接元数据(1N)，并将1N***当前MXF文件(1)的文件尾中的头元数据中。在这种情况下，尽管MXF文件尾中的头元数据通常是可选的，但是MXF文件(1)的文件尾必须包括头元数据。将当前流记录任务ID设置为连接元数据(1N)的任务值。将连接元数据(1N)的属性值设置为“下一个”，并且参考包含对等体(2)中MXF文件(2)的UUID，用于记录随后的流。
5.如图5所示，当对等体(2)开始记录输入流时，最初生成MXF文件(2)的文件头，并将连接元数据(2L)***文件头的头元数据中。连接元数据(2L)的属性值是“上一个”，以及将MXF文件(1)中的UUID放入其参考中。
6.如果对等体(2)将达到其最大存储容量，则重复与步骤2至4中描述的相同的动作。在终止对等体(2)中的记录任务之后，将输入流重新路由至另一对等体，连接元数据(2N)将会被***对等体(2)文件尾的头元数据中。见图5，连接元数据(2N)的属性是“下一个”，以及参考包括下一个MXF文件(3)的UUID。
7.其它对等体(k)可以重复步骤5和6，直至整个流记录处理以对等体(n)的MXF文件(n)结束，其中，k＝2、3、…、n-1。如图6所示，在文件头的头元数据中，对所有之前的“上一个”连接元数据((2L)…(kL))进行累积，并根据所创建MXF文件的自然顺序，将累积的所有之前的“上一个”连接元数据((2L)…(kL))***头元数据中。该结构使得每个MXF文件(k)能够知道所有之前连接的MXF文件。
8.如图7所示，当将在对等体(n)中完成整个流记录处理时，MXF文件(n)在文件头中生成头元数据，这累计了所有“上一个”连接元数据((2L)…(nL))，并且按照自然顺序进行排列。在终止整个流记录任务之前，可以选择性地在MXF文件(n)的文件尾的头元数据中重复连接元数据((2L)…(nL))的相同序列。
根据上述描述的流记录处理，将输入流记录至MXF文件(1、2、…、n)中，这些实时生成的文件头或文件尾的头元数据中的“上一个”和“下一个”连接元数据提供了用于回放MXF文件序列的足够消息。
在关闭的MXF文件中结束连接元数据
然而，必须记住，从根据上述步骤的输入流中生成的这n个MXF文件仍处于“开放”状态中。根据MXF标准规范，MXF文件应在回放之前关闭。因此，结束过程对于使上述MXF文件的头元数据中的连接元数据部分“关闭”是必要的。所有相关的对等体可以将控制元数据发送给彼此，以搜索和收集在这些连接的MXF文件中的连接元数据消息。可以对“关闭的”MXF文件中的连接元数据进行如下描述(对照图8至10)：
1.如图8所示，在结束过程之后，第一MXF文件(1)的头元数据不包含“上一个”，而包含所有“下一个”连接元数据((1N)…((n-1)N))，如由数字“N”所指示。如图8中的虚线箭头所指示的，可以选择性地在文件尾和文件体的主体部分中重复头元数据。
2、如图9所示，在结束过程之后，任何随后MXF文件(k)的头元数据包含：在当前MXF文件(k)之前创建的所有“上一个”连接元数据((2L)…(kL))，包括当前文件的“上一个”连接元数据；以及在当前MXF文件(k)之后创建的所有“下一个”连接元数据((kN)…((n-1)N))，包括当前文件的“下一个”连接元数据。
3.如图10所示，在结束过程之后，末端MXF文件(n)的头元数据包含在MXF文件的序列中创建的所有“上一个”连接元数据((2L)…(nL))。如图10中的虚箭头所指示，类似于在MXF文件(1)中，所有MXF文件(k)和(n)中的连接元数据可以选择性地在文件尾和文件体的主体部分中重复。
通过使用连接元数据来回放连接(concatenated)的MXF文件MXF的特征是使MXF文件本质容器中的本质能够流化(stream-able)回放。
通过使用由分布式存储***设计并生成的控制元数据，可以在对等体组中建立流化回放。
开放MXF文件的回放
尽管不需要MXF解码器来对开放的MXF文件进行解码，但是在这里应当假设可以回放这些具有连接元数据的连接开放MXF文件。如图4-7中所示，通常，这些在每个MXF文件中嵌入的连接元数据提供了所有先前连接的MXF文件和仅有的下一个MXF文件的参考。为了回放这些MXF文件，可以根据任何对等体(1、2、…、n)的任何MXF文件建立回放任务。首先，可以从来自除MXF文件(1)之外的每个MXF文件的文件头或文件尾中，提取所有先前MXF文件的所有UUID，MXF文件(1)不具有“上一个”连接元数据。然后，对当前MXF文件的文件尾中的“下一个”连接元数据进行分析，以发现下一个参考MXF文件。逐一对每个下一个MXF文件的文件尾中的“下一个”连接元数据进行剖析。之后，通过使用相关对等体中的控制元数据来安排回放任务。
关闭MXF文件的回放
如图8至10所示，在关闭的MXF文件中，每个MXF文件包含压缩(compact)的连接元数据，与所有其它连接的MXF文件相链接。在这种情况下，回放任务可以从任何对等体(1、…、n)的任何MXF文件中开始。由于当前MXF文件中的连接元数据包括有关来自任何一个所选MXF文件中的所有连接MXF文件的参考消息，所以只需要对该当前MXF文件中的连接元数据进行剖析。基于来自一个对等体中的一个MXF文件中的参考消息，可以建立***中的流化回放任务。
由连接元数据数据包支持的多个任务
如图11所示，当将流记录或打包至MXF文件中时，允许在头元数据中创建不同的连接元数据数据包。使用任务ID来区分不同数据包中的连接元数据。不同的连接元数据数据包指示连接MXF文件的不同序列。该设计在以下场景中是有用的：
在对等体达到最大存储容量之前，将流记录至对等体的MXF文件中时，将询问其它对等体，是否这些对等体可以继续记录输入流。如果多于一个对等体可以这样做，当前网络容量允许进行同步的流记录，以及任务管理器愿意这样做，则当前的对等体将生成多个连接元数据数据包。相同对等体中的连接元数据将具有相同的任务ID，这代表连接的MXF文件序列。不同的数据包指示不同的MXF文件序列。在该应用中，生成连接的MXF文件的多个序列。
当将流分割记录至连接的MXF文件中时，有时用户愿意复制一些MXF文件用作安全副本。复制的MXF文件可以位于相同的对等体中、或者不同于原始的对等体。在这种情况下，***应当在所有相关MXF文件的相关联头元数据中生成独立的连接元数据数据包。基于这样的可选连接元数据数据包，可以修复有缺陷的文件并安排优化的回放。
本发明适用于所有种类的流记录设备，这些流记录设备可以用于分布式存储网络，具体地，用于诸如对等网络之类的分散网络中的音频和/或视频流记录器。

Claims (16)

1、一种在分布式存储***上记录数据流的方法，其特征在于
将所述数据流打包为至少第一MXF文件(1)和第二MXF文件(2)，
将第一连接数据(1N)***所述第一MXF文件(1)，所述第一连接数据(1N)指向所述第二MXF文件(2)，以及
将第二连接数据(2L)***所述第二MXF文件(2)，所述第二连接数据(2L)指向所述第一MXF文件(1)。
2、如权利要求1所述的方法，还包括步骤：将第三连接数据(2N)***所述第二MXF文件(2)，所述第三连接数据(2N)指向第三MXF文件(3)。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，当终止各个MXF文件的所述记录时，执行所述***连接数据的步骤。
4、如前述权利要求之一所述的方法，其中，将所述数据流分割为特定数量的MXF文件，以及将指向所有这些MXF文件的连接数据存储在每一个所述特定数量的MXF文件中。
5、如前述权利要求之一所述的方法，其中，将连接数据***MXF文件的头和/或尾数据中。
6、一种用于在分布式存储***上记录数据流的设备，其特征在于
打包装置，用于将所述数据流打包为至少第一MXF文件(1)和第二MXF文件(2)，
数据处理装置，用于将第一连接数据(1N)***所述第一MXF文件(1)，所述第一连接数据(1N)指向所述第二MXF文件(2)，以及用于将第二连接数据(2L)***所述第二MXF文件(2)，所述第二连接数据(2L)指向所述第一MXF文件(1)。
7、如权利要求6所述的设备，其中，所述数据处理装置适于将第三连接数据(2N)***所述第二MXF文件(2)，所述第三连接数据(2N)指向第三MXF文件(3)。
8、如权利要求6或7所述的设备，其中，所述打包装置能够将所述数据流分割为特定数量的MXF文件，以及可将指向所有这些MXF文件的连接数据存储于每一个所述特定数量的MXF文件中。
9、如权利要求6至8之一所述的设备，其中，所述数据处理装置适于将连接数据***MXF文件的头和/或尾数据中。
10、一种用于回放记录在分布式存储***上的数据流的方法，其特征在于
从第一MXF文件(1)中读取连接数据(1N)，所述连接数据(1N)指向第二MXF文件(2)，
基于所述连接数据(1N)建立MXF文件链，以及
根据所述MXF文件链来回放所述第一MXF文件(1)和所述第二MXF文件(2)的本质数据。
11、如权利要求10所述的方法，其中，针对所述MXF文件链中的每个MXF文件，重复所述读取连接数据的步骤。
12、如权利要求10所述的方法，其中，对于一个MXF文件链，仅执行一次所述读取连接数据的步骤，其中，将指向所述MXF文件链的所有MXF文件的连接数据包含于所述MXF文件链的每一个所述MXF文件中。
13、一种用于回放记录在分布式存储***上的数据流的相应设备，其特征在于
读取装置，用于从第一MXF文件(1)中读取连接数据(1N)，所述连接数据指向第二MXF文件(2)，
数据处理装置，用于基于所述连接数据(1N)建立MXF文件链，以及
播放装置，用于根据所述MXF文件链来回放所述第一MXF文件(1)和所述第二MXF文件(2)的本质数据。
14、如权利要求13所述的设备，其中，所述读取装置能够从所述MXF文件链的每个MXF文件中读取连接数据。
15、如权利要求13所述的设备，其中，所述读取装置能够从所述MXF文件链的一个MXF文件中读取MXF文件链的所有连接数据。
16、如前述权利要求之一所述的方法或设备，其中，所述连接数据包括任务数据、属性数据和参考数据，所述任务数据包含任务ID值，所述属性数据包含类似于“下一个”或“上一个”的状态值，以及所述参考数据包含另一个MXF文件的ID值。
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