【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件可以做這些工作，這一方案還是有某些缺點(diǎn)。首先，需要某些額外的磁盤空間來存放額外的文件。其次，快進(jìn)和倒帶只能以對(duì)應(yīng)于特別文件的速度進(jìn)行。第三，在常規(guī)文件，快進(jìn)文件和快倒文件之間來回切換需要額外的復(fù)雜算法。 近似視頻點(diǎn)播 ? 有 k個(gè)用戶取得相同的電影和這些用戶取得 k部不同的電影在本質(zhì)上給服務(wù)器施加了相同的工作量。然而，通過對(duì)模型做一個(gè)小小的修改，就可能獲得巨大的性能改進(jìn)。視頻點(diǎn)播面臨的問題是用戶可能在任意時(shí)刻開始觀看一部電影，所以，如果有 100個(gè)用戶全部在晚 8點(diǎn)左右開始觀看某個(gè)新電影，很可能不會(huì)有兩個(gè)用戶在完全相同的時(shí)刻開始，所以他們無法共享一個(gè)數(shù)據(jù)流。使優(yōu)化成為可能的修改是，通知所有用戶電影只在整點(diǎn)和隨后每隔（例如） 5分鐘開始。因此，如果一個(gè)用戶想在 8:02看一部電影，那么他必須等到8:05。 近似視頻點(diǎn)播 ? 這樣做的收益是，不管存在多少客戶，對(duì)于一部 2小時(shí)的電影，只需要 24個(gè)數(shù)據(jù)流。如圖 96所示，第一個(gè)數(shù)據(jù)流開始于 8:00。在 8:05，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)流處于第 9000幀時(shí)，第二個(gè)數(shù)據(jù)流開始。在 8:10，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)流處于第 18 000幀并且第二個(gè)數(shù)據(jù)流處于第 9000幀時(shí)，第三個(gè)數(shù)據(jù)流開始，以此類推直到第 24個(gè)數(shù)據(jù)流開始于 9:55。在 10:00，第一個(gè)數(shù)據(jù)流終止并且再一次從第 0幀開始。這一方案稱為近似視頻點(diǎn)播，因?yàn)橐曨l并不是完全隨著點(diǎn)播而開始，而是在點(diǎn)播之后不久開始。 2023114 51 圖 96 近似視頻點(diǎn)播以規(guī)則的間隔開始一個(gè)新的數(shù)據(jù)流，本例中間隔 5分鐘（ 9000幀） 8 1 0 0 07 2 0 0 06 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 007 2 0 0 06 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 006 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 005 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 004 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 003 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 002 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 001 8 0 0 09 0 0 009 0 0 000數(shù) 據(jù) 流1234567891 0第 3 個(gè) 數(shù) 據(jù) 流 中的 第 9 0 0 0 幀 在8 : 2 0 送 出8 : 4 58 : 4 08 : 3 58 : 3 08 : 2 58 : 2 08 : 1 58 : 1 08 : 0 58 : 0 0時(shí) 間 近似視頻點(diǎn)播 ? 這里的關(guān)鍵參數(shù)是多長(zhǎng)時(shí)間開始一個(gè)數(shù)據(jù)流。如果每 2分鐘開始一個(gè)數(shù)據(jù)流，那么對(duì)于一部 2 小時(shí)的電影來說就需要 60個(gè)數(shù)據(jù)流，但是開始觀看的最大等待時(shí)間是 2分鐘。運(yùn)營(yíng)商必須判定人們?cè)敢獾却嚅L(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槿藗冊(cè)敢獾却臅r(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)效率就越高，并且同時(shí)能夠被觀看的電影就越多。一個(gè)替代的策略是同時(shí)提供不用等待的選擇權(quán)，在這種情況下，新的數(shù)據(jù)流可以立刻開始，但是需要對(duì)系統(tǒng)做更多的修改以支持即時(shí)啟動(dòng)。 近似視頻點(diǎn)播 ? 在某種意義上，視頻點(diǎn)播如同使用出租車：一招手它就來。近似視頻點(diǎn)播如同使用公共汽車：它有著固定的時(shí)刻表，乘客必須等待下一輛。于是，播放最新大片可能吸引足夠的客戶，從而保證每 5分鐘開始一個(gè)新的數(shù)據(jù)流；但是對(duì)于傳統(tǒng)經(jīng)典影片，最好還是簡(jiǎn)單地在點(diǎn)播的基礎(chǔ)上播映。 ? 將近似視頻點(diǎn)播（為的是效率）加上每個(gè)個(gè)體觀眾完全的VCR控制（為的是方便用戶）是一種理想的組合。通過對(duì)模型進(jìn)行略微的修正，這樣的設(shè)計(jì)是有可能的，即具有VCR功能的近似視頻點(diǎn)播。 文件存放 ? 多媒體文件非常龐大，通常只寫一次而讀許多次，并且傾向于被順序訪問。它們的回放還必須滿足嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，這些要求暗示著不同于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)布局。 在單個(gè)磁盤上存放文件 ? 最為重要的要求是數(shù)據(jù)能夠以必要的速度流出到網(wǎng)絡(luò)或輸出設(shè)備上，并且沒有顫動(dòng)。為此，在傳輸一幀的過程中有多次尋道是極其不受歡迎的。在視頻服務(wù)器上消除文件內(nèi)尋道的一種方法是使用連續(xù)的文件。通常，在預(yù)先精心裝載了電影的視頻服務(wù)器上它工作得還是不錯(cuò)的，因?yàn)檫@些電影后來不會(huì)再發(fā)生變化。 在單個(gè)磁盤上存放文件 ? 然而，視頻、音頻和文本的存在是一個(gè)復(fù)雜因素，即使視頻、音頻和文本每個(gè)都存儲(chǔ)為單獨(dú)的連續(xù)文件，從視頻文件到音頻文件，再?gòu)囊纛l文件到文本文件的尋道在需要的時(shí)候還是免不了的。這使人想起第二種可能的存儲(chǔ)排列，使視頻、音頻和文本交叉存放，但是整個(gè)文件還是連續(xù)的，如圖 97所示。此處，直接跟隨第 1幀視頻的是第 1幀的各種音頻軌跡，然后是第 1幀的各種文本軌跡，根據(jù)存在多少音頻和文本軌跡，最簡(jiǎn)單的可能是在一次磁盤讀操作中讀入每一幀的全部?jī)?nèi)容，然后只將需要的部分傳輸給用戶。 2023114 57 圖 97 每部電影在一個(gè)連續(xù)文件中 交叉存放視頻、音頻和文本 A A A T T視 頻 文 本軌 跡音 頻軌 跡 第 1 幀A A A T T視 頻 第 2 幀A A A T T視 頻 第 3 幀. . . 在單個(gè)磁盤上存放文件 ? 這一組織需要額外的磁盤 I/O讀入不必要的音頻和文本，在內(nèi)存中還需要額外的緩沖區(qū)空間存放它們?？墒撬怂械膶さ溃ㄔ趩斡脩粝到y(tǒng)上），并且不需要任何系統(tǒng)開銷跟蹤哪一幀在磁盤上的什么地方，因?yàn)檎侩娪按娣旁谝粋€(gè)連續(xù)文件中。以這樣的布局，隨機(jī)訪問是不可能的，但是如果不需要隨機(jī)訪問，這點(diǎn)損失并不嚴(yán)重。類似地，如果沒有額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性，快進(jìn)和快倒也是不可能的。 在單個(gè)磁盤上存放文件 ? 在具有多個(gè)并發(fā)輸出流的視頻服務(wù)器上，使整部電影成為一個(gè)連續(xù)文件的優(yōu)點(diǎn)就失去了，因?yàn)閺囊徊侩娪白x取一幀之后，磁盤可能不得不從許多其他電影讀入幀，然后才能返回到第一部電影。同樣，對(duì)于一部電影既可以讀也可以寫的系統(tǒng)（例如用于視頻生產(chǎn)或編輯的系統(tǒng)）來說，使用巨大的連續(xù)文件是很困難的。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 這些考慮導(dǎo)致產(chǎn)生兩個(gè)針對(duì)多媒體文件的文件存放組織。第一個(gè)是小塊模型，如圖 98 a）所示。在這種組織中，選定磁盤塊的大小比幀的平均大小，甚至是比 P幀和 B幀的大小要小得多。對(duì)于每秒 30幀以 4Mbps速率傳輸?shù)?MPEG2而言，幀的平均大小為 16KB，所以一個(gè)磁盤塊的大小為 1KB或 2KB工作得比較好。這里的思想是每部電影有一個(gè)幀索引，這是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一幀有一個(gè)幀索引項(xiàng)，指向幀的開始。每一幀本身是一連串連續(xù)的塊，包含該幀所有的視頻、音頻和文本軌跡，如圖 98中所示。 2023114 61 圖 98 不連續(xù)的電影存儲(chǔ) 1...1...磁 盤 塊 大 小 小 于幀 的 大 小磁 盤 塊 大 小 大 于幀 的 大 小音 頻文 本a ） 小 磁 盤 塊 b ） 大 磁 盤 塊1 11 1 I 幀 P 幀未 用塊 索 引幀 索 引 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 這樣，讀第 k幀時(shí)首先要在幀索引中找到第 k個(gè)索引項(xiàng)，然后在一次磁盤操作中將整個(gè)幀讀入。由于不同的幀具有不同的大小，所以在幀索引中需要有表示幀大小的字段（以塊為單位），即便對(duì)于 1KB大小的磁盤塊， 8位的字段也可以處理最大為 255KB的幀，這對(duì)于一個(gè)未壓縮 NTSC幀來說，就算它有許多音頻軌跡也已經(jīng)足夠了。 ? 存放電影的另一個(gè)方法是使用大磁盤塊（比如 256KB），并且在每一塊中放入多個(gè)幀，如圖 98 b）所示。這里仍然需要一個(gè)索引，但是這次不是幀索引而是塊索引。一般而言，一個(gè)磁盤塊擁有的幀的數(shù)目不見得是整數(shù)，所以需要做某些機(jī)制來處理這一問題。解決這一問題有兩種選擇。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 第一種選擇如圖 98 b）所示，當(dāng)下一幀填不滿當(dāng)前磁盤塊的時(shí)候，則磁盤塊剩余的部分就保持空閑伏態(tài)。這一浪費(fèi)的空間就是內(nèi)部碎片，與具有固定大小頁(yè)面的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)中的內(nèi)部碎片相同。但是，這樣做在一幀的中間決不需要進(jìn)行尋道。 ? 另一種選擇是填充每一磁盤塊到盡頭，將幀分裂開使其跨越磁盤塊。這一選擇在幀的中間引入尋道的需要，這將損害性能，但是由于消除了內(nèi)部碎片而節(jié)約了磁盤空間。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 作為對(duì)比，圖 98 a）中小塊的使用也會(huì)浪費(fèi)某些磁盤空間，因?yàn)樵诿恳粠淖詈笠粔K可能有一小部分未被使用。對(duì)于1KB的磁盤塊和一部由 216 000幀組成的 2小時(shí)的 NTSC電影，浪費(fèi)的磁盤空間總共只有 108KB。圖 98 b）浪費(fèi)的磁盤空間計(jì)算起來非常困難，但是肯定多很多，因?yàn)樵谝粋€(gè)磁盤塊的盡頭有時(shí)會(huì)留下 100KB的空間，而下一幀是一個(gè)比它大的 I 幀。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 另一方面，塊索引比幀索引要小很多。對(duì)于 256KB的塊，如果幀的平均大小為 16KB，那么一個(gè)塊大約可以裝下 16個(gè)幀，所以一部由 216 000幀組成的電影在塊索引中只需要有13 500個(gè)索引項(xiàng)，與此相對(duì)比，對(duì)于幀索引則需要 216 000個(gè)索引項(xiàng)。因?yàn)樾阅艿脑?，在這兩種情形中索引都應(yīng)該列出所有的幀或磁盤塊（也就是說不像 UNIX那樣有間接塊）所以塊索引在內(nèi)存中占用了 13 500個(gè) 8字節(jié)的項(xiàng)（ 4個(gè)字節(jié)用于磁盤地址， l個(gè)字節(jié)用于幀的大小， 3個(gè)字節(jié)用于起始幀的幀號(hào)），幀索引則在內(nèi)存中占用了 216 000個(gè) 5字節(jié)的項(xiàng)（只有磁盤地址和幀的大?。?，比較起來，當(dāng)電影在播放時(shí)，塊索引比幀索引節(jié)省了接近 1MB的 RAM空間。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 這些考慮導(dǎo)出了如下的權(quán)衡： – 1）幀索引：電影在播放時(shí)使用大量的 RAM；磁盤浪費(fèi)小。 – 2）塊索引（禁止分裂幀跨越磁盤塊）： RAM用量低；磁盤浪費(fèi)較大。 – 3）塊索引（允許分裂幀跨越磁盤塊）： RAM用量低；無磁盤浪費(fèi)；需要額外尋道。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 因此，這里的權(quán)衡涉及回放時(shí) RAM的使用量、自始至終浪費(fèi)的磁盤空間以及由于額外尋道造成的回放時(shí)的性能損失。但是，這些問題可以用各種方法來解決。采用分頁(yè)操作在需要的時(shí)候及時(shí)將幀索引裝入內(nèi)存，可以減少 RAM的使用量。通過足夠的緩沖可以屏蔽在幀傳輸過程中的尋道，但是這需要額外的內(nèi)存并且可能還需要額外的復(fù)制操作。好的設(shè)計(jì)必須仔細(xì)分析所有這些因素，并且為即將投入的應(yīng)用做出良好的選擇。 近似視頻點(diǎn)播的文件存放 ? 前面我們了解了視頻點(diǎn)播的文件存放策略。對(duì)于近似視頻點(diǎn)播，采用不同的文件存放策略可以獲得更高的效率。近似視頻點(diǎn)播將同一部電影作為多個(gè)交錯(cuò)的數(shù)據(jù)流送出。即使電影是作為連續(xù)文件存放的，每個(gè)數(shù)據(jù)流也需要進(jìn)行尋道。有研究者設(shè)計(jì)了一種文件存放策略幾乎可以消除全部這樣的尋道。圖 99說明了這一方法的應(yīng)用，圖中的電影以每秒 30幀的速率播放，每隔 5分鐘開始一個(gè)新的數(shù)據(jù)流（參見圖 96）。根據(jù)這些參數(shù)， 2小時(shí)長(zhǎng)的電影需要 24個(gè)當(dāng)前數(shù)據(jù)流。 2023114 69 圖 99 針對(duì)近似視頻點(diǎn)播的優(yōu)化幀存放策略 8 1 0 0 07 2 0 0 16 3 0 0 27 2 0 0 06 3 0 0 15 4 0 0 26 3 0 0 05 4 0 0 14 5 0 0 25 4 0 0 04 5 0 0 13 6 0 0 24 5 0 0 03 6 0 0 12 7 0 0 23 6 0 0 02 7 0 0 11 8 0 0 22 7 0 0 01 8 0 0 11 8 0 0 0210數(shù) 據(jù) 流2 4磁 道 1磁 道 2磁 道 3第 2 7 0 0 2 幀 （ 大 約 為 電 影 的 第 1 5 分 鐘 ）2 0 7 0 0 02 0 7 0 0 12 0 7 0 0 27 2 0