Stocarea si accesarea datelor multimedia

STOCAREA SI ACCESAREA DATELOR MULTIMEDIA

1. Specificul memorarii semnalelor audio si video

Fisierele de date multimedia difera mult de fisierele conventionale de date. Dupa cum se poate vedea in tabelul 10, datele multimedia consuma un spatiu si o largime de banda uriase in raport cu fisierele program sau text. De exemplu un simplu film de animatie comprimat JPEG ocupa pester 2 Gbytes de memorie. Pe de alta parte datele multimedia sunt de obicei sensibile la intervalul de timp in care sunt livrate. La redarea sau inregistrarea unei aplicatii multimedia dependente de timp data object, sistemul trebuie sa consume sau sa produca date la o viteza constanta si fara pauze. Aceasta inseamna ca sistemul trebuie sa asigure suficient spatiu de stocare pentru tot intervalul de redare sau inregistrare. De exemplu, pentru a asigura calitatea in redarea unui film stocat pe fisier digital trebuie sa se asigure nu numai rata de 30 cadre/s ci si o serie de sincronizari intermediare intre voci, imagini si subtitrari.

Tabelul 10. Necesar de stocare pentru date multimedia    

Un sistem de fisiere multimedia trebuie sa remedieze deficientele sistemelor conventionale de memorare. Un astfel de subsistem de stocare conventional isi pozitioneaza capetele de citire la locatoa dorita pentru fiecare bloc de date. Apelarea la o tehnica aleatorie de stocare duce de regula la o aplicatie multimedia la cresterea numarului de comutari ale capului si implicit la cresterea latentei de acces. Mai mult, natura electromecanica a dispozitivelor clasice de stocare nu permite de cele mai multe ori o strategie de cautare care sa corespunda cerintelor de livrare in timp real. Dificultatile cresc la un sistem multitasking unde mai multi utilizatori pot solicita servicii multimedia sau in timp real, ceea ce inseamna gestionarea unor sesiuni multiple. In cele ce urmeaza, ne vom limita la prezentarea unei solutii care sa permita realizarea unui set de sesiuni multimedia folosind un sistem de stocare unic, care va fi un disc magnetic rotativ tipic ( utilizarea unitatilor de disc magneto-optice ar putea fi o solutie mai buna pentru inregistrari in timp real, dar nu si pentru redari). Parametrii tipici pentru un astfel de disc sunt prezentati in tabelul 11.

Tabelul 11. Parametrii discului 

2. Tehnici de stocare prin alocare intra-media

Cele mai multe dintre solutiile actuale de stocare pe o arhitectura de server folosesc alocarea aleatorie a blocurilor pe disc, dar am mentionat deja ca aceasta tehnica nu este suficienta pentru a face fata cerintelor de timp real ale unor aplicatii multimedia, deoarece latenta discului la accesarea diferitelor blocuri nu este predictibila [6] si deci nu se poate garanta u n interval minim pentru accesarea unui anume bloc. Am vazut deja ca un obiect multimedia este un amestec de componente, de cele mai multe ori audio, video si text. Aceste trei componente, chiar daca pot fi inregistrate simultan, trebuie privite ca fiind distincte. Astfel, atunci cand trebuie sa fie accesat, se pot crea trei fluxuri distincte care sa fie dirijate spre trei iesiri pentru a fi trimise la un utilizator. De cele mai multe ori, fluxurile video si audio se trimit simultan, iar subtitrarile se inregistreaza ulterior. Prin urmare, datele trebuie intercalate, pentru a mentine sincronizarea intermedia. Avantajul intercalarii (intreteserii) unor fluxuri multiple de date este acela de a putea pastra intervalele necesare intre momentele de sincronizare. Exista insa si un dezavantaj - aparitia unui overhead asociat cu combinarea si redistributia datelor.

Am stabilit deci ca se pot utiliza doua moduri de dispunere a datelor pe disc: modul omogen (fara intreteseri) si respectiv eterogen (intretesut). Primul presupune memorarea unui singur mediu de date in blocuri la care, desi nu apar intercalari, se impune totusi memorarea separata a relatiilor de timp intre diferitele media pentru a permite patrarea corespondentelor. .

In abordarea omogena fiecare medium cere o sesiune furnizata prin multiplexare ciclica. La accesarea unui anume obiect multimedia, sistemul de fisiere trebuie sa comute intre sesiuni, ceea ce duce la consumarea de timp suplimentar si degradeaza debitul de iesire. O astfel de problema nu mai apare in abordarea eterogena, in care datele pot fi concatenate pe baza unui bloc ce contine toate relatiile temporale si trateaza agregarea datelor ca si cum acestea fac parte din acelasi obiect multimedia. In acest scop, este suficienta o singura sesiune - motiv pentru care abordarea eterogena este recomandabila in aplicatii multimedia. Vom considerea in cele ce urmeaza ca diferitele fluxuri media se memoreaza in acelasi bloc si lungimea fiecaruia este proportionala cu rata de livrare. Vom numi aceasta tehnica stocare intra-media. Exista insa si aspectul legat de redarea informatiei stocate, pentru care se pot utiliza doua strategii:

1. Strategia cu intretesere, care garanteaza redarea continua si o viteza cvai-constanta a discului, ceea ce duce la o reducere considerabila a necesarului de stocare. Aceasta tehnica se utilizeaza in special la discuri optice.
2. Strategia continua, in care datele multimedia sunt stocate pe disc continuu; chiar daca si in aceasta situatie se poate realiza o redare continua, apare un overhead considerabil la insertii sau stergeri de date. Fiind insa metoda care utilizeaza cel mai eficient banda disponibila, se poate utiliza cu succes la aplicatii de tip video digital read-only.  
3. O strategie de tip continuu, dar cu o structura pe doua niveluri. La primul nivel, se creaza o lista cu relatiile bilaterale intre diferitele perechi de obiecte multimedia. Fiecare inregistrare din lista are un pointer care indica adresa pe disc a blocului media.   Legatura bilaterala permite si inregistrarea, si redarea. La nivelul doi, datele multimedia indicate la primul nivel se stocheaza secvential pe disc in blocurile neocupate. Daca o pista sau un cilindru se umplu, datele se plaseaza in blocul disponibil cel mai apropiat.

Exemplu. Indicatori de performanta la stocarea intra-media.

Principalul indicator de performanta in legatura cu modul de stocare a unor fisiere multimedia este latenta cautarii. Aceasta latenta creste cu atat mai mult cu cat datele sunt mai puternic fragmentate. Pentru a evalua care este efectul asupra latentei a modului de stocare a unor obiecte multimedia dependente de timp, se va considera ca latentele datorate fragmentarii coincid cu cele de comutare intre diferite sesiuni. In acest context, se considera ca discul contine cicluri care corespund cate unui set de sesiuni multimedia independente. Accesul la sesiuni este impredicitibil datorita numeroaselor interactiuni cu operatorul (de ex. start, stop, revers) si deci latentele sunt semnificative. Caracteristicile discului sunt cele din tabelul 11. Vom considera ca la dispunerea pe disc fiecare sesiune i ocupa doar o parte dintr-o perioada. Fiecare sesiune poate transporta suficiente date in buffer oentru a tine procesul i ocupat pana la o noua servire. Deci, a doua conditie pentru acceptarea unui set de sesiuni multimedia este dispunerea de suficient spatiu de buffer space. Din fig. 12 se poate vedea ca sesiunea i are durata de acces disc T(i).

Cand sesiunea i is active, dimensiunea bufferului sau creste cu rata R - R^c(i). In afara acestui interval, bufferul scade cu rata R^c(i). Fie B(i) necesarul de buffer pentru sesiunea i. Atunci: B(i)> (R-R^c(i)) x T(i) sau B(i)> R^c(i) x (T_period - T(i)). Daca B este necesarul total de buffer, rezulta:

Fig.12. Necesarul de spatiu buffer

In acest fel am definit restrictia de buffer ce poate fi aplicata la determinarea fezabilitatii la adoptarea unor sesiuni multimedia aditionale.