(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力端子と複数の出力端子とを有し、入力データを指定された出力端子に出力するためのスイッチユニットと、
上記スイッチユニットを制御する制御ユニットと、
上記スイッチユニットに接続され、映像情報の蓄積装置と映像情報出力装置とを有する少なくとも一つの映像蓄積配送装置と、
上記スイッチユニットと接続された少なくとも１つの端末装置とを備え、
上記映像蓄積配送装置と上記端末装置との間の映像データ転送および上記端末装置と上記制御ユニットとの間の通信が、上記スイッチユニットを介して行われ、
上記端末装置が上記制御ユニットに対して映像デ−タのアクセス要求を発行し、
上記制御ユニットは、上記アクセス要求に応じて前記スイッチユニットに指令を与え、上記端末装置と上記映像蓄積配送装置との間の接続を確立し、
上記制御ユニットは、上記映像蓄積配送装置内での映像データの格納場所及び上記映像蓄積配送装置の負荷情報を記憶する管理テーブルを有し、
上記制御ユニットは、上記管理テーブルを参照して、上記スイッチユニットに対し、上記端末装置と上記映像蓄積配送装置とを接続する指示を行うことを特徴とする映像蓄積配送システム。
【請求項２】
上記制御ユニットは、上記指示を行った後に、上記管理テーブルを更新することを特徴とする請求項１記載の映像蓄積配送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、映像蓄積配送装置及びシステムに係り、特に、映像データを複数のクライアントに同時に供給するのに適した映像蓄積配送装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の情報処理システムは、例えば、図２６の（ａ）に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２６１０と、メモリ２６２０と、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット２６７０とを有し、上記ＣＰＵとメモリをシステムバス２６０１で接続し、Ｉ／Ｏバス２６０２を、バスインターフェース（Ｉ／Ｆ）２６０３を介して、上記システムバス２６０１と接続し、上記Ｉ／Ｏバスに接続された入出力ユニット２６７０を介して、例えば、データ蓄積装置２６６０やネットワーク２６５０等と接続する構成となっている。
【０００３】
また、他のシステム構成としては、例えば、図２６（ｂ）に示すように、複数のＣＰＵ２６１０と複数のＩ／Ｏユニット２６７０をシステムバス２６２０に接続し、複数のＣＰＵを並列に動作させることによって演算性能を向上させている（Ｔｉｇｈｔｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ構成）。
【０００４】
また、複数のワークステーション（ＷＳ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等をローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）により相互に接続して、情報処理システムが構築される。ＬＡＮには、約８Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）のスループットをもつイーサネットや、約１００ＭｂｐｓのスループットをもつＦＤＤＩ（Ｆｉｂｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｄａｔｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等が利用できる。
【０００５】
また、近年、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｅ）のＬＡＮへの応用が開始されている。ＡＴＭ−ＬＡＮでは、イーサネットやＦＤＤＩのような一本の通信線を時分割に利用する通信方式とは異なって、ＡＴＭスイッチを介して、同一回線上に同時に複数のチャネルを設定できるため、システム全体として非常に高いスループットを実現できる。各情報処理装置のＩ／Ｆには、例えば、約５０Ｍｂｐｓ、約１５０Ｍｂｐｓ、約６００Ｍｂｐｓの如く、階層的なスループットが設定されおり、下位のデータをマルチプレクサによって束ねることにより、上位の階層と接続することができる。
【０００６】
通信回線が高速化するのに伴い、ネットワークを介して大容量の画像データの通信を行いたいという要求がある。映像データは、ユーザに対して、テキストデータではできなかった多様な情報を提供できる。また、映像データの蓄積に必要なメモリ容量と伝送帯域を削減するためのデータ圧縮技術として、「ＪＰＥＧ」、「ＭＰＥＧ」、「Ｈ．２６１」等の各種の圧縮アルゴリズムが提案されている。
【０００７】
イーサネットを介して、例えば、２０台程度の複数のクライアントに対して、圧縮された画像データ（約１．２Ｍｂｐｓ）を同時に配送するソフトウエアの開発が試みられている。また、大容量なデータを格納するデータ蓄積装置として、ＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄｕｎｔ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  Ｄｉｓｋ）が考案されている。この方式によれば、磁気デイスク装置を並列的に接続して稼働させ、データを各磁気デイスクにストライピングした形で格納することにより、データアクセス・スループットを向上させ、かつ、冗長なデイスクに予めパリテイ等の情報を格納しておくことによって、欠陥をもつデータブロックが発生した場合でも、正しいデータを再生できる。
【０００８】
また、複数の光デイスクを備え、任意の光デイスクを選んでデータの出力動作ができるようにした「光デイスクジュークボックス」と呼ばれる大容量のデータ蓄積装置も提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
時間的に連続する映像データを同時、あるいは並列的に複数のユーザに提供するためには、高速にデータを読み書きできる大容量のデータ蓄積装置と、大容量のデータを高速に伝送できるネットワークが必要となる。このようなデータ蓄積装置を従来のバスを経由してネットワークに接続すると、バス上でのデータ集中が問題となる。
【００１０】
また、映像データは、情報処理装置が扱う一般のテキストデータと異なって、時間軸上の管理が必要となる。すなわち、各ユーザ端末対応に、１秒当りに必要な量の映像データを定常的に送り続け、出力端末で映像に欠落が発生しないようにＱＯＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）を保証する必要がある。
【００１１】
然るに、映像データの配送サービスのために、従来のバスを利用した情報処理システムの構成、すなわち、映像データを蓄積するための複数のファイル装置（あるいはそれぞれが映像ファイル装置を備える複数の映像蓄積配送装置）をバスを介してネットワークに接続するシステム構成を採用すると、複数のユニット間でバス使用権の奪い合いが発生し、権利を得たユニットに映像データの送信機会が与えられるため、上述したＱＯＳの保証が困難にある。
【００１２】
本発明の目的は、ＱＯＳを保証して、映像あるいは画像データを複数のユーザに並列的に配送できるようにした映像蓄積配送装置、及び映像蓄積配送システムを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、例えば、早送りや早戻し再生の如く、ユーザ端末における多様な映像配送要求に応答できる映像蓄積配送装置、及び映像蓄積配送システムを提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、任意フレームの映像、または指定の時間から映像の配送サービスが可能な映像蓄積配送装置、及び映像蓄積配送システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は映像蓄積配送システムでは、複数の入力端子と複数の出力端子とを有し、入力データを指定された出力端子に出力するためのスイッチユニットと、上記スイッチユニットを制御するための制御ユニットと、上記スイッチユニットに接続され、それぞれ映像情報を蓄積するためのファイル手段と映像データを出力するための出力手段とを有する少なくとも一つの映像蓄積配送装置と、上記スイッチユニットに直接またはネットワークを介して結合された複数の端末装置とからなり、上記映像蓄積配送装置と端末装置との間の映像データ転送および上記端末装置と上記制御ユニットとの間の通信が、上記スイッチユニットを介して行われるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
更に具体的に言うと、上記制御ユニットは、例えば、上記映像蓄積配送装置内での映像データの格納場所を記憶するための手段を備えており、端末装置が制御ユニットに対して或る映像デ−タについてアクセス要求を発行すると、上記制御ユニットがスイッチユニットを制御し、上記アクセス対象となった映像をもつ特定の映像蓄積配送装置を要求元の端末装置との間に映像データ転送のためのパスを形成するようになっている。また、上記制御ユニットは、各ユーザ（端末装置）から配送開始時間を指定した形で映像配送要求を受付け、該当する映像データの配布サービスを指定された時間に開始する機能を備える。
【００１７】
本発明の映像蓄積配送装置は、映像データを蓄積するための少なくとも１つのファイル手段を備え、上記ファイル手段に、映像データの各フレームの格納アドレスを示すフレームアドレステーブルを上記映像データと共に格納したことを特徴とする。
【００１８】
これによって、例えば、早送りまたは早戻し再生の要求があった時、上記フレームアドレステーブルに従って、上記ファイル手段から再生に必要なフレームデータを読み出す。尚、上記早送りまたは早戻し再生要求に対処するためには、上記フレームアドレステーブルを、例えば、第１の再生速度で再生すべき第１の映像データの各フレームの前記ファイル手段内での格納アドレスを示すための第１のフレームアドレステーブルと、第２の再生速度で再生すべき第２の映像データの各フレームの前記ファイル手段内での格納アドレスを示す第２のフレームアドレステーブルとに分けて構成すればよい。
【００１９】
本発明の映像蓄積配送装置の他の特徴は、映像データを格納するための第１、第２のデータ蓄積装置を備え、配送要求された映像データの少なくとも一部を上記第１のデータ蓄積装置から読み出して上記第２のデータ蓄積装置へ書き込み、上記第２のデータ蓄積装置から読み出した映像データを要求元に配送することを特徴とする。この場合、第１のデータ蓄積装置としては、データ記憶容量の大きいもの、例えば光ディスク記憶装置を適用し、第２の蓄積装置としては、高速レスポンスの記憶装置、例えば磁気デイスク装置あついは半導体記憶装置を適用する。
【００２０】
本発明の映像蓄積配送装置の他の特徴は、映像を蓄積するための蓄積装置と、上記蓄積手段から読み出された複数の映像ストリームをネットワークを介して要求元装置に配送するための配送制御手段とを備え、新規の映像ストリーム配送要求（または非周期なアクセス要求）が発生した時、既に配送中の映像ストリームによる上記蓄積装置のアクセス占有時間とアクセス周期とに応じて、これらのアクセス要求の受付と実行タイミングを制御するようにしたことにある。
【００２１】
新規の映像ストリームの配送要求を拒絶または一時保留するか否かの判定は、例えば、既に配送サービス中または受付済要求に基づく上記蓄積装置へのアクセス周期時間のうちの最短の周期時間Ｔｓと、配送中の映像ストリームによる上記蓄積装置のアクセス占有時間の総和Ｗと、新規の映像ストリーム配送要求による上記蓄積装置へのアクセス時間Ｗｋとが、条件式Ｔｓ≦（Ｗ＋Ｗｋ）を満たすか否かによって決める。
【００２２】
本発明による映像配送システムの他の特徴は、ネットワークまたは端末装置に接続されたスイッチ手段と、上記スイッチ手段に接続された制御装置と、上記スイッチ手段に接続された複数の映像蓄積配送装置からなり、各映像蓄積配送装置は、それぞれ映像データを蓄積するための少なくとも１つの蓄積手段と、上記蓄積手段から読み出された複数の映像ストリームを上記スイッチ手段を介して要求元の端末装置に配送するための配送制御手段とを備え、上記制御装置が、上記何れかの映像蓄積配送装置において配送サービス中の映像データの少なくとも１部を他の何れかの映像蓄積配送装置の蓄積手段に転写し、同一映像に関する複数の配送要求元に対して、複数の映像蓄積配送装置で分担して配送サービスするようにしたことにある。
【００２３】
【作用】
本発明によれば、複数の映像蓄積配送装置をスイッチユニットを介して情報処理装置（クライアント）およびネットワークと接続することによって、従来のバスネックの問題を解消し、スループットを著しく向上させている。スイッチユニットを適用し、これを制御ユニットで制御することにより、映像蓄積配送装置の優先制御、複数映像配送チャネルの転送レートの変更制御、新たなデータリード要求を生じた場合の既存データ配送チャネルのＱＯＳ保証が可能となる。
【００２４】
また、映像データのフレームデータアドレステーブルを映像データと共にデータ蓄積装置に格納しておくことによって、ユーザが要求した映像を指定されたフレームまたは指定された時間から再生開始する場合でも、映像データの読み出しに先だって、上記蓄積装置から読み出したフレームアドレステーブルを半導体メモリのような高速メモリ上にロードしておき、上記メモリを参照して目的データの格納場所を知ることができるため、高速レスポンスが可能となる。上記高速メモリ上のフレームアドレステーブルを参照すれば、映像データの配送中に次に読み出すべきデータの格納アドレスを迅速に把握できるため、データ蓄積装置から目的データを迅速に読み出すことができ、映像のＱＯＳ管理や、早送りまたは早戻し再生時などの特殊再生要求に対処できる。
【００２５】
また、映像データを蓄積するための第１のデータ蓄積装置とは別に、高速レスポンスの第２のデータ蓄積装置を設けておき、第２のデータ蓄積装置をキャッシュメモリとして用い、該第２のデータ蓄積装置から映像データを配送している間に、第１のデータ蓄積装置から後続の映像データまたは他のユーザに配送すべき別の映像データを読み出し、これを上記第２のデータ蓄積装置に転送することによって、同一ファイル（第１のデータ蓄積装置）に蓄積された映像データを複数ユーザへ並列的に配送サービスすることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の全体構成を示す図、図２〜４は本発明の主要部の構成の１例を示す図、図５〜８は本発明の動作を説明する図である。
【００２７】
図１は映像蓄積配送システムの構成とこれ接続されたクライアント（各種の端末装置、または情報処理装置）を示し、１０１は映像蓄積配送システム、１０２〜１０５は映像蓄積配送装置、１２１は磁気デイスク装置、１２２は磁気テープ装置、１２３は光デイスクジュークボックス装置を示す。１４０はスイッチバス、１３０はバスＩ／Ｆ（インターフェース）、１９０は制御ユニット、１６０はＱＯＳ管理テーブル、１６１はバス制御ブロック、１６２はスイッチバス１４０を制御する制御管理信号線、１６５はデータ制御ブロック、１１０はリソース制御用信号線である。また、１７２はワークステーション、１７３はパーソナルコンピュータ、１７０は編集用ＷＳ、１５０はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、１８０は公衆網、１８１は公衆網Ｉ／Ｆを示す。
【００２８】
映像蓄積配送システム１０１では、複数の映像蓄積配送装置１０２〜１０５をスイッチバス１４０により相互に接続する。また、全体を制御する制御ユニット１９０もスイッチバス１４０と接続する。各映像蓄積配送装置１０２〜１０５は、リソース制御用信号線１１０によって接続された制御ユニット１９０で制御される。制御ユニット１９０は、制御管理信号線１６２によりスイッチバス１４０と接続する。各映像蓄積配送装置１０２〜１０５は、制御ユニット１９０より命令を入力する。
【００２９】
スイッチバス１４０には、各種の映像データ蓄積装置１２１〜１２３と、クライアント装置（ワークステーション１７２やパーソナルコンピュータ１７３）と、ローカルエリアネットワーク１５０が接続され、映像蓄積配送システム１０１は、上記スイッチバス１４０を介して、映像蓄積配送装置間、映像蓄積配送装置と制御ユニット１９０間、映像蓄積配送装置とクライアント間、制御ユニット１９０とクライアント間、クライアント間のデータ通信が可能である。
【００３０】
制御ユニット１９０のバス制御ブロック１６０は、ＱＯＳ管理テーブル１６０を参照し、制御管理信号線１６２を通してスイッチバス１４０を制御し、上記装置間の接続（コネクション）の設定及び変更、通信の優先順位の設定を行うことができる。また、映像蓄積配送システム１０１は、公衆網Ｉ／Ｆ１８１を介して公衆網１８０と接続することができる。
【００３１】
図２は、スイッチバス１４０の構成の１例を示す。
図において、２２１は、図１における映像蓄積配送装置１０２〜１０５及び制御ユニット１９０に対応する。２３１〜２３９は外部接続端、２５５はバッファブロック、２５０はセルの選択回路、２４０はバッファ、２１０〜２１９はマルチプレクサを示す。２６０は制御ブロックであり、制御信号線２７０により、各バッファブロック２５５内のセル選択回路２５０を制御する。入力用スイッチ２０１と出力用スイッチ２０２により、双方向通信を可能としている。
【００３２】
スイッチバス１４０は、セル単位で情報の転送を行う。
各セルは、図３に示すように、ヘッダ部とデータ部とからなり、ヘッダ部には、コネクション番号を書き込んでおく。
【００３３】
スイッチバス１４０では、コネクション設立時に、制御ブロック２６０において、セル転送テーブルにコネクションを加える。データ転送は、このセル転送テーブルに従って、転送先が決定される。制御信号線２７０により、各セル選択回路２５０を制御する。セル選択回路２５０は、送り先が対応するセルのみを選択し、バッファ２４０にキュイングし、順次マルチプレクサ２１１に出力し、外部接続端２３１〜２３９へ出力する。また、バッファ２４０が不足し、セル廃棄が必要となった場合、セルヘッダ部に書き込まれているセルハイキプライオリテイ及び制御ブロック２６０の制御により、廃棄するセルを選択する。
【００３４】
図４に、図１の映像蓄積配送システム１０１における映像蓄積配送装置の構成の１例を示す。
本図において、４００は映像蓄積配送装置、４１０はデータ蓄積装置、４１１はスイッチ、４２０はバッファ、４２１はスイッチを示す。４３０と４３５はそれぞれ出力ドライバと入力ドライバであり、４６０、４６１はセル生成ブロック及びデータ合成ブロックを示す。４５０は制御ブロック、４５１は演算装置（ＣＰＵ）、４５２はタイマ、４５３はメモリを示す。１１０は、図１におけるリソース制御用信号線と同じで、制御ブロック４５０へ命令４６１を送ったり、状況、要求に対する返答４６２を転送する。４７１〜４７６は制御信号を示す。
【００３５】
映像蓄積配送装置４００では、リソース制御用信号線１１０により受け取る命令に従ってデータ蓄積装置４１０を制御する。例えば、データリード命令では、タイマ４５２の時間に従い、データ蓄積装置４１０より映像データを読み出す。読み出されたデータは、セル生成ブロック４６０によりセルに分解され、出力ドライバ４３０を介してスイッチバス１４０に出力される。また、既存のデータ読み出し命令実行中に新たな読み出し命令が入力された場合、もし、実行が不可能であれば、その旨の返答４３２をリソース制御用信号線１１０を介して制御ユニット１９０へ送る。
【００３６】
スイッチ４１１は、必要に応じてデータ蓄積装置４１０とバッファ４２０を接続する。同様に、スイッチ４２１は、バッファ４２０とセル生成ブロック４６０及びデータ合成ブロック４６１間を接続する。バッファ４２０は、必要に応じて、入力データ用バッファあるいは出力データ用バッファとして使用される。また、メモリ４５３には、以上の制御を行なうコードをロードしておく。
【００３７】
映像蓄積配送装置４００は、リソース制御用信号線１１０を介して、制御ユニット１９０から映像データ配送命令を受けると、現在配送中の映像チャネルおよび映像蓄積配送装置４００内の資源の能力から、新たな映像データ配送命令を行うか否かを判断する。一旦、制御ユニット１９０に対して命令承諾を行うと、それ以降の映像蓄積配送装置４００内の資源管理及び配送する映像データのＱＯＳは、制御ブロック４５０が管理する。スイッチバス１４０の管理は、図１における制御ユニット１９０が管理する。
【００３８】
各映像蓄積配送装置４００の配送能力を予め制御ユニット１９０で記憶しておき、各映像蓄積配送装置４００の現状の配送チャネル数と転送レートから実行可能か否か判断するようにしてもよい。
【００３９】
次に、図５〜８を用いて、本発明の動作手順について説明する。
図５は、データリード時の動作を示す。本図において、４００は映像蓄積配送装置、１９０は制御ユニット、５０５は命令。５０１はスイッチバス１４０内のスイッチ、５１０はクライアント、５２０はクライアントから映像蓄積配送システム１０１への要求、５２１はデータを示す。
【００４０】
クライアント５１０が映像蓄積配送システム１０１に映像データ読み出し要求を行うと、その要求は制御ユニット１９０が受け取る。制御ユニット１９０は、図１に示す管理情報１６６から、要求された映像データがどの映像蓄積配送装置４００に格納されているか知る。格納先の映像蓄積配送装置が配送可能な場合、制御ユニット１９０は、格納先映像蓄積配送装置４００とクライアント５１０間にコネクションを設定し、スイッチバス１４０内のスイッチ５０１を制御して、格納先映像蓄積配送装置４００が出力する映像データをクライアント５１０へ配送する。
【００４１】
本発明では、映像の蓄積と配送動作を行う複数の映像蓄積配送装置４００をスイッチバス１４０に並列に接続しておく。クライアント側からは、一つの映像蓄積配送システム１０１として、アクセスを行えばよい。スイッチバス１４０の制御は、制御ユニット１９０が行う。
【００４２】
次に、映像蓄積配送システム１０１への映像データの書き込み時の動作について、図６〜８を用いて説明する。
図６は、映像データの映像蓄積配送装置４００への書き込み時の動作を示し、６０５は命令、６２０はクライアントから映像蓄積配送システム１０１への要求、６２１はデータを示す。また、図７は、映像蓄積配送システム１０１の制御ユニット１９０内のＱＯＳ管理テーブル、図８は、クライアントから映像蓄積配送装置１０１へデータを書き込む動作の流れを示す。
【００４３】
例えば、図８に示すように、クライアント側から映像蓄積配送システム１０１に映像データ書き込み命令を発行し、データ名、データ量、転送レート（スループット）を通知すると、サーバ側では、データ管理情報またはリソース制御用信号線１１０からそれぞれのユニット４００のリソースの状態を調べ、書き込み可能な映像蓄積配送装置４００を決める。実行不可能な場合は、その旨をクライアント側に通知し、実行可能な場合は、書き込み先のユニット４００へリソース制御用信号線１１０を介して、送り手側のアドレス、データ量、転送レートを通知する。次に、スイッチバス１４０によって、映像データを格納するための映像蓄積配送装置４００とクライアントとの間にコネクションを設定する。
【００４４】
制御ユニット１９０は、図７に示すＱＯＳ管理テーブルに新たなコネクションを加える。このＱＯＳ管理テーブル１６０により、新たにコネクションを設定してもよいか否かを知ることができる。
【００４５】
サーバ側では、次に、クライアント側へ転送スタート要求を発行する。クライアント側は、データ転送をスタートし、格納する映像蓄積配送装置４００へ映像データを書き込むことができる。
【００４６】
本発明では、スイッチバス１４０に映像蓄積配送装置を並列分散接続する構成としているため、映像蓄積配送装置の接続台数を変えることにより、ユーザまたはアプリケーションが必要とする蓄積容量、映像同時配送能力に容易に対応することができる。
【００４７】
図９〜図１０は、本発明の他の構成例を示す。
図９は、映像蓄積配送装置９０１の構成の１例を示し、９０１は映像蓄積配送装置、９０６はデイスクアレイ装置、９０５はデイスクアレイのコントローラを示す。９１１はバス、９１２、９２１はバスへのドライバを示す。また、９１３はネットワークを介して通信するためのプロトコール制御部、９２２は、デイスクアレイ装置９０６のファイル格納形式制御部、９３０はスケジューリング及びファイルアクセス制御部、９３１はサーバアプリケーション、９９０はＡＴＭ−ＬＡＮ、９１５はＡＴＭ／ＡＡＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）を示す。
【００４８】
９５０はクライアント（端末装置）であり、９７０はＡＴＭ／ＡＡＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）、９７１はドライバ、９７２はプロトコル制御部、９６０は映像データデコーダ、９６１はドライバを示す。９６２はデコーダ制御部、９６３はＮＴＳＣ信号線、９８１はＶｉｄｅｏボード、９８２はＷｉｎｄｏｗシステム、９８３はクライアントアプリケーションを示す。本図では、映像蓄積配送装置９０１を直接ＡＴＭ−ＬＡＮ９９０に接続した例である。
【００４９】
ファイル形式制御部９２２は、データ蓄積装置または図９に示したデイスクアレイ装置９０６のデータ格納形式と、データの読み出しまたは書き込み時の制御を行う。プトコール制御部９１３は、ネットワークプロトコールに従って、ＡＴＭ／ＡＡＬ９１５とデータを入出力する。スケジューリング／ファイルアクセス制御部９３０は、ファイル型式制御部９２２とプトコール制御部９１３に対してデータのアクセス命令を発行し、それぞれのタスクのスケジューリングを行う。
【００５０】
９７０はＡＴＭ／ＡＡＬ、９７１はドライバ、９７２はプロトコール制御部を示す。映像データデコーダ９６０は、ＡＴＭ−ＬＡＮ９９０より入力され、ＡＴＭ／ＡＡＬ９７０及びプロトコール制御９７２により組み立てられた映像データをデコードし、映像信号、例えば、ＮＴＳＣ信号９６３に変換する。９６１は映像デーダデコーダ９６０のドライバであり、デコーダ制御９６２は、映像デーダデコーダ９６０を制御する。ＮＴＳＣ信号９６３は、Ｖｉｄｅｏボード９８１に入力する。Ｗｉｎｄｏｗシステム９８２は、入力した映像信号をクライアントアプリケーション９８３が指定する画面上に出力する。
【００５１】
図１０は、図９の映像蓄積配送装置９０１をスイッチバス１０２０に並列接続して構成した映像蓄積配送システム１０１０を示す。
本図において、１０００は、映像蓄積配送システムの映像ファイルサーバ部、９０１は、図９に示した映像蓄積配送装置であり、１０１０は制御ユニット、１０１１はドライバ、１０１２はＡＴＭ／ＡＡＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）を示す。１０２０はスイッチバス、１０１５は制御信号線を示す。９５０はクライアント、９９０はＡＴＭ−ＬＡＮ、１０６０はＨＵＢ、１０７０はＬＡＮを示す。
尚、本図の映像蓄積配送システム１０００は、スイッチバス１０２０にＡＴＭセルを通すようにした例であり、制御方法と各部の機能は、図１の映像蓄積配送システム１０１と同様である。
【００５２】
各クライアントと、映像蓄積配送装置９０１、制御ユニット１０１０は、それぞれＡＴＭ  Ｉ／Ｆを備える。ＬＡＮ１０７０が、例えばイーサネットの如くＡＴＭ以外のネットワークの場合は、ＨＵＢ１０６０がＡＴＭセルとイーサネットのパケットとの変換を行う。各映像蓄積配送装置９０１がＡＴＭ  Ｉ／Ｆを備えた場合、ＡＴＭ  Ｉ／Ｆを持つクライアントは、ＡＴＭ−ＬＡＮ、映像蓄積配送システム１０００のどちらにも接続可能となる。
【００５３】
上記映像蓄積装置９０１と映像蓄積配送システム１０００の詳細を図１１〜図１９を参照して説明する。
図１１は、単体磁気デイスク装置におけるアクセス単位に対するＳＣＳＩインターフェース（Ｉ／Ｆ）のスループットを示す。ここでは、（ａ）は、磁気デイスクの仕様を仮定した場合、ワースト時のデータリードに要する時間を示す。
【００５４】
磁気デイスク内のデータをリードする場合、ヘッドシーク時間と、回転待ち時間のオーバヘッドを生じる。ヘッドシーク時間は、読み出したいトラックへヘッドを移動するために要する時間、回転待ち時間は、ヘッドを目的トラックに位置づけてから、アクセスしたいセクタが到達する迄に要する時間である。デイスクリード時間は、デイスクから読み出したデータをバッファへに転送するのに要する時間、ＳＣＳＩ転送時間は、データを磁気デイスク装置のバッファからＳＣＳＩ、またはそれに代わる別のデータ伝送線を経由して転送するのに要する時間である。デイスクリード動作とＳＣＳＩ転送動作は、パイプライン形式で実行することが可能であり、その場合は、本図に示す時間より短時間で読み出しを行うことができる。
【００５５】
図１１の（ｂ）に上記磁気デイスクのデータアクセス単位に対するデータ読み出しスループットを示す。
本図に示すように、アクセス単位が大きくなるに従って、オーバヘッドの割合が少なくなり、スループットを向上させることができる。磁気デイスクを効率的に使用するには、本図の斜線部分の単位でアクセスすることが有効となる。
【００５６】
次に、データ蓄積装置としてＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄｕｎｔ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ
Ｄｉｓｋ）３を使用した場合のアクセス性能について説明する。
図１２の（ａ）にＲＡＩＤ３の構成を示す。
ＲＡＩＤ３では、ビット単位またはバイト単位ごとに複数の磁気デイスクにストライピングを行い、スループットを向上させる。各磁気デイスクは、回転を同期させる。また、パリテイ用の磁気デイスクを設け、ブロック欠陥が生じた場合も、データを再生できるようにしている。
【００５７】
図１２の（ｂ）は、ＲＡＩＤ３におけるデータ読み出し所要時間のワーストケースを示す。
磁気デイスクの回転を同期させると、ヘッドシークと回転待ち時間が同期し、その後のデイスクリード時間とＲＡＩＤコントローラ上のバッファへのＳＣＳＩ転送時間とを並列に行うことができる、磁気デイスク単体に比べ、データアクセスのスループットを向上させることができる。
【００５８】
バスＩ／Ｆ及びバスを介してメモリ上へ転送する本図の構成では、バス転送時間を要する。なお、磁気デイスク単体の場合と同様に、デイスクリードとＳＣＳＩ転送、バス転送をパイプライン形式で行った場合は、本図より高速のアクセスが可能である。
【００５９】
次に、アクセス単位を大きくした場合の映像データの配送方法について、図２７を用いて説明する。
図２７は、一つの磁気デイスク装置からＡＢＣの三つの映像データを同時に配送する場合のタイミングチャートであり、映像データの一部Ａ１〜Ａ４、Ｂ３〜Ｂ７、Ｃ２〜Ｃ５を順次に読み出し、メモリ上に保持する。上記メモリ上には、それぞれの映像チャネル対応にバッファを用意する。本図では、１チャネルに対してバッファを２つ用意している。
メモリ上の映像データは時間軸に従って順次配送する。メモリ上の映像データがなくなる前に、次に配送すべき映像データ部分を磁気デイスク装置から読み出し、別のバッファに保持する。以上の動作を繰り返すことにより、一つの磁気デイスク装置に蓄積された複数の映像データを同時に供給することができる。
【００６０】
図１３は、アクセス単位に対するデータリード時のスループットを示す。
本図から、ＲＡＩＤ３では、斜線部分のアクセス単位でアクセスすると効率的であることが判る。また、単体デイスクの場合よりアクセス単位を大きくする方がより効率を向上できることがわかる。
【００６１】
単体磁気デイスク、ＲＡＩＤのどちらにおいても、アクセス単位を大きくするほど、効率がよい。しかし、複数のチャネルを同時供給する場合、１チャネルがデータ蓄積装置を占有する時間が、大きくなるため、新規チャネルの要求または早送りまたは早戻し再生等の特殊再生の要求がクライアントから発生した場合、レスポンスが遅くなる。そのため、単純にアクセス単位を大きくするだけではなく、ユーザニーズ、アプリケーションによりアクセス単位を設定する必要がある。  図１４は、映像蓄積配送装置においてデータ蓄積装置に映像データを格納する場合のフォーマットの構成を示す。
本図において、１４０１はルートデイレクトリ、１４０５は映像データの管理情報、１４０８はフレームアドレステーブル、１４１０は映像または音声データを示す。映像または音声データ１４１０は、ヘッド部とデータ部から構成され、ヘッダ部にデータ部の構成、データサイズ等の配送時に必要な情報を書き込んでおく。アクセス単位は、磁気デイスク単体の場合、例えば１００Ｋバイト〜５１２Ｋバイトとし、ＲＡＩＤをデータ装置として使用する場合は、これのマルチドライブ倍程度をアクセス単位とする。
【００６２】
図１５に、映像データ配送時における物理的なメモリ上の構成を示す。
映像蓄積配送装置では、読み出し要求時に、フレームアドレステーブル１４０８を半導体メモリ上にロードし、データ蓄積装置から読み出したデータのバファを同じくメモリ上に確保する。以降は、フレームアドレステーブル１４０８により、フレームアドレスを即座に知ることができる。
【００６３】
図１４に示すデータフォーマット及び図１５に示すようなメモリへのロードを行うことにより、一旦アクセスしだした映像データは、次に読みだすフレームの蓄積装置上のアドレスを蓄積装置のアクセスを行うことなく、知ることができる。  映像蓄積配送装置では、例えば、図２７に示すように、データ蓄積装置に頻繁にアクセスを行うため、映像データ以外のデータ蓄積装置へのアクセスはできる限り行いたくない。
本発明では、映像配送要求が発生した映像データは、まず、そのフレームアドレステーブルをメモリ上にロードし、それ以後は、メモリ上の情報を元にデータ蓄積装置にアクセスする。これにより、データ蓄積装置の負荷を低減し、より多数の映像チャネルの供給を可能とし、かつ、映像データの読み出しに要する時間の把握及びスケジューリングの簡単化を行え、ＱＯＳ管理を容易にすることができる。
【００６４】
次に、早送りまたは早戻し再生等の特種再生方法について説明する。
【００６５】
図１６に、早送りまたは早戻し再生時のアクセス方法を示す。
図１６（ａ）は、１フレームあたり約１６ＫＢと仮定した場合の早送りまたは早戻し再生時の映像データアクセス方法を示す。整数倍づつフレーム間引きを行ない、データを配送することにより特殊再生を可能とする。また、この場合は、映像データは連続して格納することにする。
【００６６】
この場合のデータ読み出しに要する時間を図１６（ｂ）に示す。１フレーム目のデータアクセスのヘッドシークは、図１１、１２と同様であるが、２回目以降は、データが近傍に存在するため、ヘッドシーク時間は短くなる。
【００６７】
通常再生時の磁気デイスクアクセス単位を２５６ＫＢとし、１チャネルのために磁気デイスクを占有できる時間を一定とした場合、早送りまたは早戻し再生時のスループットは通常再生時の約１／２に低下する。これは、通常再生時は、２５６ＫＢ単位で磁気デイスクにアクセスしていたものを早送りまたは早戻し再生時のアクセス単位が１６ＫＢと小さくなるため、磁気デイスクアクセスのオーバヘッドの割合が増加し、スループットが低下した。
【００６８】
図１６（ｃ）にクライアント側で再生される仕様を示す。早送りまたは早戻し再生時はフレームレートが通常再生時の約１／２となる。１チャネルのために磁気デイスクを占有できる時間を約２倍とすれば、通常再生時と同じフレームレートで、早送りまたは早戻し再生の特殊再生を行なうことができる。
【００６９】
図１７に、早送りまたは早戻し再生の別の実現方法を示す。
図１７（ａ）は、フレーム内圧縮データの通常再生用データと特殊再生用のデータの形態を示す。図１７（ｂ）は、フレーム間予測を行なうＭＰＥＧ等の圧縮データの通常再生用データと特殊再生用のデータの形態を示し、図１７（ｃ）は、蓄積装置への格納構造を示す。
【００７０】
映像データは、図１７（ｃ）に示すように、圧縮方法、再生方法、データ構造または再生時間等を記述した制御データと、通常再生用データのフレームアドレステーブルと、通常再生用データと、特殊再生用データのフレームアドレステーブルと、特殊再生用データとから構成する。
【００７１】
映像データの読み出し要求があった場合、映像蓄積配送装置は、メモリ上に上記の２つのフレームアドレステーブルをロードし、通常再生時には常再生用のフレームアドレステーブルを、特殊再生要求時には特殊再生用フレームアドレステーブルを参照し、映像データを配送する。これにより、特殊再生を実現することができる。
【００７２】
図１７（ａ）のフレーム内圧縮データにおいて、特殊再生用データを２０倍のフレーム間引きしたデータとすると、これにより増加した蓄積容量はたかだか、５％である。ＲＡＩＤ３をデータ蓄積装置に使用し、図１６に示す特殊再生方法を行なった場合の仕様を図１８に示す。ＲＡＩＤ３においては、アクセス単位を単体デイスクを使用した場合よりアクセス単位を大きくした方がデータアクセススループットが向上する。
【００７３】
通常再生時のアクセス単位を１０２４ＫＢとした場合の特殊再生時に要するデータリード時間を図１７（ｂ）に示す。また、その時の特殊再生時のクライアント側に見える映像データの使用を図１７（ｃ）に示す。１チャネルのデータ蓄積装置を占有できる時間を一定とすると、特殊再生時は、通常再生時の約１／７のフレームレートとなる。アクセス単位を大きくするほど、特に、ＲＡＩＤをデータ蓄積装置に用いたシステムでは、データアクセスを効率よく行える。しかし、図１８の方法による特殊再生時のアクセス単位は、１フレーム単位となるため、通常再生時と特殊再生時のデータアクセス性能の差が大きくなる。
【００７４】
図１９は、データ蓄積装置の他の構成例を示す。
図１９（ａ）において、１８００は映像蓄積配送装置、１８０１はバス、１８０５はバスＩ／Ｆ、１８０６はデータを一時蓄えるバッファ、１８０７はＳＣＳＩ  Ｉ／Ｆ、１８１０は単体磁気デイスク、１８０２はＣＰＵ、１８０３はＡＴＭボード、１８２０はＡＴＭ  Ｉ／Ｆ、１８５０はＡＴＭ  ＬＡＮを示す。
【００７５】
ＣＰＵ１８０２は、複数のＳＣＳＩ  Ｉ／Ｆ１８０７に接続された磁気デイスク１８１０のそれぞれにアクセスすることができる。また、それぞれのＳＣＳＩ
Ｉ／Ｆ１８０７には一つまたは複数の磁気デイスク１８１０を接続する。
【００７６】
本構成を採用し、アクセス単位を図１１に示した単体磁気デイスクのアクセス単位とすることにより、特殊再生時のフレームレートを通常再生時の約１／２に維持したまま、全体のデータアクセススループットは並列化により向上させることができる。バス１８０１のトラフィックの集中時には、バッファ１８０６により、バスによるデータ転送時間をずらすことができる。また、バス転送中に別の映像データを磁気デイスク１８１０より、読み出しを行うことも可能である。
【００７７】
図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のデータ蓄積装置に映像データを格納する場合のファイル構成の１例を示す。図１９（ａ）の各磁気デイスク１８１０に示した番号は、図１９（ｂ）に示した番号と対応する。
磁気デイスク００には、Ｆｉｌｅ  Ａ、Ｆｉｌｅ  Ｅを格納し、磁気デイスク１０には、Ｆｉｌｅ  Ｂ、Ｆｉｌｅ  Ｆを格納する。同様に、磁気デイスク２０には、Ｆｉｌｅ  Ｃ、Ｆｉｌｅ  Ｇを、磁気デイスク３０には、Ｆｉｌｅ  Ｄ、Ｆｉｌｅ  Ｈを、磁気デイスク０１には、Ｆｉｌｅ  Ｉ、Ｆｉｌｅ  Ｍを格納する。また、磁気デイスク１１には、Ｆｉｌｅ  Ｊ、Ｆｉｌｅ  Ａを、磁気デイスク２１には、Ｆｉｌｅ  Ｌ、Ｆｉｌｅ  Ａを格納する。ここで、Ｆｉｌｅ  Ａは、クライアントからのアクセス頻度が高い映像データである。
【００７８】
図１９（ａ）の構造の場合、一つの映像データにアクセス要求が集中すると、格納している磁気デイスク１８００または、ＳＣＳＩ１８０７がボトルネックとなり、複数に要求を満足できない可能性を生じる。その場合は、図１９（ｂ）に示すように、アクセス頻度の高い映像データを別のＳＣＳＩケーブルに接続されている磁気デイスク１８１０に格納することにより、解決できる。
【００７９】
次に映像データの蓄積装置に光デイスクジュークボックスを使用した場合について、説明する。
光デイスクでは、磁気デイスクに比べビット単価が安くなるため、映像蓄積装置として、光デイスクを使用することは、コストを低減するために有効である。しかしながら、一人のユーザ（またはチャネル）が或る光デイスクをアクセス中は、別のユーザ（またはチャネル）がその光デイスクを同時にはアクセスできないという問題がある。
【００８０】
本発明では、一つの光デイスクまたは光ジュークボックス等を同時に複数のユーザ（チャネル）がアクセスできるようにするために、光デイスク蓄積装置内のデータを磁気デイスク装置等の高速なデータ蓄積装置に一時的に蓄えて、磁気デイスク装置上のデータを配送している間に、光デイスク装置上の別の映像データを磁気デイスク装置に転送するというキャッシュ方法を採用する。磁気デイスク装置上の映像データをクライアントに配送している間に、次の映像データと別に要求されている同一光デイスクあるいは同一光ジュークボックス内の映像データを磁気デイスク装置上に転送する。尚、磁気デイスク装置の代わりに、半導体メモリなど、他のメモリを用いてもよい。
【００８１】
図２０（ａ）は、図１の映像蓄積配送システム１０１を使用して、上述したキャシュ機能を実現できるようにしたものであり、１２１は高速レスポンス蓄積媒体で磁気デイスク、半導体メモリ等を示す。図２０（ｂ）に、各映像データにおける上記キャッシュ動作を示す。尚、ここで言う「大容量低速レスポンスの蓄積装置」は、例えば光ジュークボックスのようなデータ蓄積装置を示す。
【００８２】
図２０（ｂ）に示すように、映像データの一部を順次、高速レスポンス蓄積媒体１２１へデータコピーを行なう。また、高速レスポンス蓄積媒体１２１にコピーされた映像データをクライアントへ順次配送する。配送の終わった映像データの一部は、順次、高速レスポンス蓄積媒体１２１上から消去してゆく。
【００８３】
図２１は、高速レスポンス蓄積媒体１２１に半導体メモリを使用した場合のシステム構成の１例である。本図において、２１０１、２１０２、２１０９は光デイスクジュークボックス、２１１０、２１２０、２１４０はバスＩ／Ｆ、２１３０はメモリを示す。
【００８４】
図２２は、同一の光デイスク、または同一の光デイスクジュークボックス上の複数の映像データを同時に配送する場合の説明図であり、光デイスクジュークボックス２１０１上にある「Ａ」、「Ｂ」の２つの映像データと、光デイスクジュークボックス２１０２上にある「Ｃ」、「Ｄ」の２つの映像データとを本発明のキャッシュ方式により、同時に配送する場合のタイミング図を示す。
【００８５】
光デイスクジュークボックス２１０１は、映像データＡと映像データＢの一部Ａｋ、Ｂｋを交互に読み出す。この場合のデータの読み出しには、本図に示すように、マウント時間と読み出し時間が必要である。同様に、光デイスクジュークボックス２１０２より、映像データＣと映像データＤの一部Ｃｋ、Ｄｋを交互に読み出す。これらのデータは、スイッチバス１４０を介して、バスＩ／Ｆ２１２０に入力され、順次到着する映像データがメモリ２１３０のバッファ１〜５へ書き込まれる。また、配送時間に従って、映像データをスイッチバス１４０を介して順次にクラインアントへ配送する。以上の制御は、ＣＰＵ２１５０及び制御ユニット１９０が行う。
【００８６】
図２３は、磁気デイスク装置を使用した場合のキャッシュ機能のデータの流れを示す。上述したキャッシュ機能は、図２１に示したメモリ２１３０の代わりに磁気デイスク装置を使用しても同様に実現できる。
【００８７】
図２４は、本発明の他のシステム構成の１例を示す。この例では、図１のリソース制御用信号１１０を、リソース制御信号２４０１で示すように、バスＩ／Ｆ１３０とスイッチバス１４０を介して転送することによって、図１と同様な機能を実現できるようにしている。
【００８８】
図２５に本発明の応用システムの１例を示す。
本発明による映像蓄積配送装置は、本図に示すように、家庭向けのビデオオンデマンド、教育、各種の映像情報サービス、ホームショッピング等、非常に幅広い分野に対して応用することができる。また、公衆網と接続することにより、さらに多くの映像情報サービスのネットワークを実現できる。
【００８９】
図２８は、本発明による映像蓄積配送システムの更に他の構成例を示す。
図２８において、３１０１は映像蓄積配送システム、３１０２は映像蓄積配送装置、３１９０は制御ユニット、３１４０はＡＴＭスイッチであり、複数の映像蓄積配送装置３１０２−１〜ｎが、上記ＡＴＭスイッチ３１４０で相互接続されている。各映像蓄積配送装置３１０２−１〜ｎには、例えば、各映像のタイトルが分散して格納される。
【００９０】
ワークステーション、パーソナルコンピュータまたはＣＡＴＶ端末機などのクライアントからの映像配送要求は、制御ユニット３１９０で受付られ、要求されたタイトルを格納している映像蓄積配送装置３１０２とクライアントがデータ管理ブロック３１９０によって接続された状態で、映像蓄積配送装置３１０２が映像の配送を開始する。
【００９１】
図２９に映像蓄積配送装置３１０２に構成を示す。
本図において、３２１０は命令入力部、３２１１はデータ入力部、３２２０はデータ出力部、３２３０は映像チャネル配送制御ブロック、３２３１は映像チャネル入力制御ブロック、３２３２はコピー入力制御ブロック、３２３３はコピー出力制御ブロック、３２４０は磁気デイスク制御ブロック、３０２１は磁気デイスクを示す。
【００９２】
映像チャネル配送制御ブロック３２３０は、配送要求のあった各映像タイトルと対応し、各映像タイトルのデータを、配送すべき時間軸に従って配送動作し、クライアント側で映像が乱れないように制御する。また、各映像チャネル配送制御ブロック３２３０は、命令入力部３２１０からの映像タイトルの指定、配送の一時停止、配送の終了や早送り再生、早戻し再生等のトリックプレイ等の命令を受け、これらの命令に応じて、必要なデータを磁気デイスク制御ブロック３２４０へ要求する。一旦、映像チャネルの配送動作を開始すると、クライアント側に供給すべき映像データが枯渇しないように、磁気デイスク制御ブロック３２４０に周期的にデータリードを要求する。これらのデータリード要求は、全てデッドラインを持っており、もし、デッドラインが守れず、タイムアウトが生じると、クライアントへの配送映像に乱れが生ずることになるため、映像蓄積配送装置では、デッドラインを守って、クライアントへの配送映像の品質を保証する必要がある。この映像品質の保証を、以下、ＱＯＳ（クオリテイ  オブ  サービス）と呼ぶ。
【００９３】
また、複数の映像チャネルを同時に配送する場合、新規のデータリード要求や一時停止からの再開動作等が頻繁に発生する。この場合、既に、配送サービスしている映像のＱＯＳを保証するために、新規の配送要求を一時的にペンデイング状態にせざるを得ないが発生する。本発明のシステムでは、アクセスが集中しているタイトルと同一タイトルのレプリカを、別の映像蓄積配送装置３１０２に置くことによって、同一装置へのアクセス集中を分散させることができる。
【００９４】
このような場合、タイトルのレプリカは速やかに作成する必要があり、かつ、複製元の映像の配送のサービスを中断させずに行なうことが要求される。この要求は、磁気デイスク装置の空き時間を利用してレプリカをバースト的に生成、転送することにより達成可能である。
【００９５】
また、データ配送要求の形態として、例えば、会社や学校などのクライアントに対して教育用映像を配送する場合に「タイトルＢを９時に配送する」というように、或る映像タイトルについて映像配送の開始時間を指定する場合がある。また、実時間制御を必要としないタイトルコピーやデイレクトリ情報の検索等のように、単発的に発生するアクセス要求も存在する。
【００９６】
このような磁気デイスクへのアクセスを分類すると、以下の種類に分けることができる。
（１）周期的なデータアクセスの開始時に発生する最初のアクセス要求であって、できる限り速やかに行ないたいアクセス、
（２）周期的なデータアクセスの開始時に発生する最初のアクセス要求であって、配送時間を指定されているアクセス、
（３）周期的なデータアクセス、
（４）単発的なデータアクセス。
【００９７】
これらのデータアクセスは、それぞれ異なった周期をもつ。
【００９８】
以下、上記いずれのアクセス要求においても、既に配送サービス中の映像のＱＯＳを保証し、それぞれの映像タイトルのデッドラインにタイムアウトのおそれのないスケジューリング方式及び制御方法を示す。
【００９９】
図３０は、磁気デイスクにおけるアクセス単位Ｃ（バイト）とスループットＴＨ（バイト／秒）との関係を示す。磁気ディスクには、ヘッドシークや回転待ちのためのオーバヘッドを伴うため、図に示すように非線形な特性を持つ。この非線形関数をＦとすると、デイスクスループットＴＨは、
ＴＨ＝Ｆ（Ｃ）                    …………式（１）
により示される。
【０１００】
図３１は、周期タスクとなっている各映像チャネルにおける磁気デイスクへのリード要求とリード及び映像配送のタイミングを示す。
本発明では、磁気デイスクを効率よく使用するために、図３１に示すようにアクセス単位を大きくすると共に、必要なデータの先読みを行なう。
【０１０１】
例えば、ＭＰＥＧ１において、２５６ＫＢデータは、約１．３７秒のノーマル再生データに対応する。先読みデータは、バッファ上に一旦ロードした後、約１．３７秒の時間内にネットワークへ配送し、この配送動作中に次の配送すべき映像データの先読みを行なう。このようにデータの読み出し動作とデータの配送動作とを並列的に実行するために、２つのデータバッファＡ、Ｂを交互に使用する。
【０１０２】
例えば、一方のデータバッファＡに格納されたデータを配送し終わると、次の先読みデータのリード要求を磁気デイスク制御ブロック３２４０に与え、他方のデータバッファＢのデータについて配送動作を開始する。それぞれの先読みリード要求のデッドラインは、図３１に示すように、他方のデータバッファからのデータ読み出し完了時刻までとなる。
【０１０３】
磁気デイスクのスループット特性は、図３０（ｂ）に示すように、折れ線近似で表わすこともできる。本図に示した折れ線近似１は、ピースワイズリニアと呼ばれる近似方法によるものである。これは、折れ線近似２のように、更に簡略化することも可能である。本発明のスケジューリングは、このような近似されたスループット特性を適用することによって、ハードウエア構成を簡略化し、プロセッサにより計算する場合の計算速度を高速化することができる。
【０１０４】
図３２は、磁気デイスクへのアクセス要求（タスク）と、磁気デイスクにおけるアクセスタイミングとの関係を示す図であり、横軸は時間軸を示す。
図３２（ａ）は、全てのタスクが同一周期で発生する場合のタイミング図を示す。この場合、それぞれのタスクの開始位相をずらすことにより、磁気デイスクのアクセスをばらつかせることができる。しかしながら、実際の応用において、アクセス要求される映像ストリームのビットレートは同一でないため、それぞれの映像タイトルの先読み動作を同一周期とすることは困難である。
【０１０５】
図３２（ｂ）は、各タスクの周期が異なる場合のタイミング図を示す。
映像チャネル配送制御ブロックから２以上のリード要求が同時に発生した場合は、重なったタスクを時間的にずらして磁気デイスクをアクセスせざるを得ない。この場合、アクセス要求が発生してから実際のディスク装置でデータアクセスが開始されるまでの時間遅れが大きくなると、各アクセス要求のデッドラインを守れない可能性がある。磁気デイスクでのアクセス遅延のワーストケースは、複数のアクセス要求の全てが同時刻に重なって発生した場合である。
【０１０６】
図３２（ｃ）は、全ての磁気デイスクアクセス要求が偶然に重なって発生した場合のタイミング図を示す。
複数のアクセス要求のうち、最も短いアクセス周期Ｔｓをもつ要求Ａが最後に実行された場合、デッドラインのタイムアウト発生の可能性が最も高い。然るに、このようなワーストケースにおいてデッドラインを守ることができれば、全てのデッドラインを保証することができる。以下、その条件について説明する。
【０１０７】
まず、周期的なアクセスのみに注目した場合、全ての映像ストリームのＱＯＳを保証するための条件は次のようになる。
各リード要求の磁気デイスクの占有時間をＷｎ、最短のアクセス周期をＴｓとすると、
Ｔｓ≧ΣＷｎ                    …………条件（１）
を満足していれば、全ての磁気デイスクへの周期的なアクセス要求のデッドラインを保証することができる。
【０１０８】
次に、新規の周期的なアクセス要求が発生した場合、または非周期の単発的なアクセス要求が発生した場合でも全タスクのデッドラインを保証できるアルゴリズムについて説明する。ここで対象とするアクセス要求としては、
（１）新たなクライアントからの新規配送要求、
（２）既に、配送中のクライアントからの特殊再生要求、
（３）単発的な非周期の磁気デイスクへのアクセス要求
がある。
【０１０９】
上述したように、データの先読みを行なう方式を採用した場合、特殊再生要求（２）が発生すると、既に先読みされたデータは無効となるため、新たに周期的なアクセス要求が発生した場合と同様の扱いを行ない、以前のアクセス要求は停止させる必要がある。
【０１１０】
図３３（ａ）は、全てのアクセス要求が、偶然或る時間内に重なって発生し、且つ、新規のアクセス要求と単発的なアクセス要求とが同時に発生したため、最短周期Ｔｓをもつ周期的アクセス要求にタイムアウトが発生した場合のタイミング図を示す。このようなタイムアウトを防止し、クライアントへのＱＯＳを保証するためには、例えば図３３（ｂ）に示すように、最短周期Ｔｓをもつ周期的アクセス要求Ａについてデッドラインを遵守できるように、新規リード要求Ｆのアクセスを遅らせればよい。
【０１１１】
ここで、新規アクセス要求Ｆに関するデータブロックのサイズをＣｋとし、このデータブロックをリード（またはライト）するために必要な磁気デイスク占有時間をＷｋとすると、Ｗｋは
Ｗｋ＝Ｃｋ／Ｆ（Ｃｋ）          …………式（２）
によって算出できる。
【０１１２】
また、既に、時間Ｔｊに発生している新規アクセス要求または単発的アクセス要求が必要とする磁気デイスク占有時間をＤｊとし、現在の時刻Ｔｃから逆上って、最短周期Ｔｓ内に受け付けているアクセス要求の磁気デイスク占有時間の合計をＤ（ｔｏｔａｌ）とすると、Ｄ（ｔｏｔａｌ）は、
Ｄ（ｔｏｔａｌ）＝ΣＤｊ（ｉｆ  Ｔｓ  ＞  （Ｔｃ−Ｔｊ））  ………式（３）
により算出できる。
【０１１３】
また、既に行なっている周期的アクセス要求の合計Ｗ（ｔｏｔａｌ）は、
Ｗ（ｔｏｔａｌ）＝ΣＷｎ                      ………式（４）
により算出できる。
【０１１４】
ここで、新規のアクセス要求を受け付けた場合でも、最短周期Ｔｓをもつアクセス要求のデッドラインを保証できる条件は、
Ｔｓ≧（Ｗ（ｔｏｔａｌ）＋Ｄ（ｔｏｔａｌ）＋Ｗｋ）    ………条件（２）
となる。
【０１１５】
条件（２）を満たす場合は、新規アクセス要求を受付可能（アクセスの実行が可能）であり、上記条件（２）が満たさされない場合は、この要求を一時保留する必要がある。新規アクセス要求の受付を保留した状態で時間が経過すれば、式（３）のＤ（ｔｏｔａｌ）が減少し、やがて上記条件（２）を満足できる状態となるため、それ迄保留してあったアクセス要求の受け付けが可能となる。
【０１１６】
図３４と図３５は、上述した制御を行なうための磁気デイスク制御ブロック３１０２とスケジューリング制御部３７２０の１実施例を示す。
【０１１７】
磁気デイスク制御ブロック３１０２を示す図３４において、３７１０は命令キュウ、３７２０はスケジュール制御部、３７３０は新規のアクセス要求用の命令キュウ、３７４０は命令受付部、３７５０はデータ入出力部を示す。
【０１１８】
命令受付部３７４０は、各映像チャネル配送制御ブロック３２３０、または映像チャネル入力制御ブロック３２３１から、磁気デイスクアクセス要求命令を受け取り、そのうち、既に周期タスクとして登録されているアクセス要求は、命令キュウ３７１０に送り、新規に発生した周期的アクセス要求や単発的アクセス要求は、命令キュウ３７３０へ送る。
【０１１９】
命令キュウ３７３０に蓄積された磁気デイスクのアクセス要求は、スケジューリング制御部３７２０により、上述した制御アルゴリズムに従って、直ちに命令キュウ３７２０へ送るか、条件（２）で説明したように遅延させた後、命令キュウ３７２０へ送られる。命令キュウ３７１０に送られた磁気デイスクへのアクセス要求は、ＦＩＦＯ（ファーストインファーストアウト）形式で順次に実行される。
【０１２０】
スケジューリング制御部３７２０を示す図３５において、３８１０は、周期的アクセス要求の最短周期Ｔｓを格納するための最短周期格納レジスタ、３８１１は比較器、３８２１は、各映像チャネル配送制御ブロック３２３０または映像チャネル入力制御ブロック３２３１から受け取る命令のフォーマットを記憶するためのメモリ、３８２２は命令キュウ３７１０へ送るべき命令を格納する命令レジスタ、３８３０は、新規アクセス要求の磁気デイスク占有時間を算出するための磁気デイスク占有時間算出回路、３８３１は、既に行なっている周期的アクセス要求を記録しておくための周期タスクの磁気デイスク占有時間記憶回路、３８３２は、新規タスクを記憶するためのＦＩＦＯ（ファーストインファーストオウト）バッファ、３８４０は、条件（２）を計算するためのスケジュール判定回路を示す。
【０１２１】
スケジュール制御部３７２０は、命令キュウ３７３０から新規アクセス要求３７２１を受け取ると、以下の手順によってスケジューリングを行なう。
【０１２２】
（１）磁気デイスク占有時間算出回路３８３０より、式（２）のＷｋを算出する。（２）磁気デイスク占有時間算出回路３８３１より、式（４）のＷ（ｔｏｔａｌ）を算出する。
【０１２３】
（３）新規タスクが周期的タスクの場合、スケジュール判定回路３８４０より、条件（１）を満たすか否か判定し、満たさない場合はこの要求を拒絶する。
【０１２４】
（４）新規タスクの記憶ＦＩＦＯ３８３２より、式（３）のＤ（ｔｏｔａｌ）を算出する。
【０１２５】
（５）スケジュール判定回路３８４０より、条件（２）を満たすか判定し、条件を満たさない場合は、ある時間が経過した後、上記（３）の計算を再度行い、条件（２）を満たすか否かの判定を繰り返す。条件（２）を満足した場合は、命令フォーマット３８２１から予め磁気デイスクのアクセスに必要な情報だけを取り出して格納しておいた命令レジスタ３８２２の内容を命令キュウ３７１０へ送る。また、新規アクセス要求の磁気デイスク占有時間ＷｋをＤｋとして、新規タスク記憶ＦＩＦＯ３８２２へ登録する。周期的タスクの場合は、Ｗｋを周期タスクの磁気デイスク占有時間記憶回路３８３１に登録する。また、最短周期格納レジスタ３８１０と新規アクセス要求の周期Ｔを比較器３８１１により比較し、周期がＴｓより短い場合は、上記周期Ｔを新たな最短周期Ｔｓとして記憶する。
【０１２６】
以上のスケジューリングにより、（１）新たなクライアントからの新規配送要求、（２）既に配送中のクライアントからの特殊再生要求、（３）単発的な非周期的な磁気デイスクへのアクセス要求が発生しても、クライアントへ配送中の映像のＱＯＳを保証することができる。
【０１２７】
本発明によれば、映像の配送開始時間を指定した配送要求にも対応することができる。例えば、配送要求時に、このタスクを周期的タスクとして、図３５に示した周期タスクの磁気デイスク占有時間記憶回路３８３１へ登録しておき、最初の先読みのみを行ない、配送開始指定時間まで、この映像チャネルを制御する映像配送制御ブロック３２３０をウエイト状態にしておく。配送開始の指定時間になったら上記ウエイト状態を解除し、通常の配送サービスを行なう。これにより、間もなく、磁気デイスク制御ブロック３１０２へリード要求が行なわれることになるが、このタスクは、既に周期的に行なわれているタスクとしてスケジュール判定回路３８４０がスケジューリングを行なっているので、上記リード要求によって他の配送中の映像のＱＯＳが妨害されるおそれはない。
【０１２８】
このように、本発明の映像蓄積配送装置及び映像蓄積配送システムでは、任意の配送開始時間を指定して配送要求を行なうことができるため、例えば、２以上の別タイトルの映像を或る時刻で繋ぎ合わせた形で配送サービスすることが可能となる。
【０１２９】
図３６は、本発明の更に他の応用例を示す。
図３６において、３９００はＢ−ＩＳＤＮ（広帯域公衆網）、３９１０は上記公衆網に接続された各種の映像タイトルを保管するアーカイバルサーバであり、上記公衆網３９００には、各家庭にビデオオンデマンド、ホームショッピングなどのサービスを行なうＣＡＴＶ局が接続されている。
【０１３０】
各ＣＡＴＶ局は、本発明による映像蓄積配送システム３１０１を備え、各家庭から映像タイトルの配送要求を受けると、圧縮映像をそれぞれの持つネットワークを介して要求元の各家庭に配送する。もし、自局内の映像蓄積配送装置内にユーザから要求されたタイトル（映像データ）が存在しない場合は、アーカイバルサーバ３９１０にタイトルのコピーを要求し、所望の映像タイトルをコピーインする。この場合、本発明の映像蓄積配送システム３１０１を適用することによって、既に他の映像の配送サービス中であっても、これらの配送中映像のＱＯＳを保証しながら、アーカイバルサーバ３９１０からの映像データのコピーインを行なうことができる。
【０１３１】
図３７は、上記ＣＡＴＶ局に適用される映像蓄積配送システム３１０１の構成を示す。  本実施例において、映像タイトルは複数の映像蓄積配送装置３１０２（３１０２−１〜３１０２−ｎ）に分散して格納されている。このシステム構成において、人気タイトルにアクセスが集中すると、そのタイトルを持つ特定の映像蓄積配送装置３１０２−ｉがボトルネックとなり、人気タイトルの配送サービスが制約されるおそれがあるが、この場合、人気タイトルを別の映像蓄積配送装置３１０２−ｊへのコピーし、アクセスを複数の配送装置に分散させることにより、上記ボトルネックを解消することができる。
本発明の映像蓄積配送装置３１０２を用いれば、既に映像配送している映像チャネルのＱＯＳを保証しながら、同一タイトルへの集中度合いに応じてコピータイトルを持つ映像蓄積配送装置台数を増加し、分散体制でサービス要求に応じることができ、これと同様に、システムを停止することなく、新規タイトルを映像蓄積配送装置い追加することが可能であり、ＣＡＴＶ局におけるビデオオンデマンドなどのインタラクテイブサービスをノンストップで実現できる。
【０１３２】
図３８は、映像蓄積配送装置３１０２の更に他の実施例を示す。
図３８（ｃ）において、４００５はＩ／Ｏバス、４０１０、４０１５はＤＭＡ制御、４０５０は制御ブロック、４０２０は制御ブロック内のメモリ、４０２５は制御ブロックの機能を実行するＣＰＵ、４０４０は磁気デイスク、４０３０はＡＴＭ  Ｉ／Ｆを示す。
【０１３３】
ここで、ＣＰＵ４０２５は、図２９に示した映像チャネル配送制御ブロック３２３０、映像チャネル入力制御ブロック３２３１、コピー入力制御ブロック３２３１、コピー出力制御ブロック３２３２、命令入力部３２１０、データ出力部３２２０、データ入力部３２１１、磁気デイスク制御ブロック３２４０の機能を制御プログラムにより実現する。
【０１３４】
図３８（ａ）は、ＵＮＩＸオペレーテイングシステムを使用している従来の計算機をベースとした映像データの転送方法を示し、図３８（ｂ）は、上記図３８（ｃ）のシステム構成における処理の高速化方法の１例を示す。
図３８（ａ）の従来方法によれば、磁気デイスクから読み出されたデータは、ＣＰＵのオペレーテイングシステムにおけるカーネル部が管理するカーネルバッファへ転送され、これをユーザデータ空間へ一旦コピーした後、例えばＡＴＭインターフェイスを介してネットワークへ配送する。すなわち、ＣＰＵ上で２回のメモリコピーを必要とする。
【０１３５】
図３８（ｂ）に示した方法は、ユーザのメモリ空間上にデータバッファを設け、磁気デイスクから映像データをＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）機能によって上記ユーザメモリ空間上のデータバッファへ転送し、ネットワークへのデータ配送も、上記データバッファからＡＴＭ  Ｉ／ＦへＤＭＡ機能によって直接行うようにし、これにより、ＣＰＵによるメモリコピーをゼロ回にし、複数映像チャネルへの同時配送サービス機能を向上できるようにしたものである。
【０１３６】
【発明の効果】
以上の実施例の説明から明らかなように、本発明の映像蓄積配送装置によれば、映像データの画質を保証して、複数のユーザに同時に映像データを配送でき、映像蓄積容量または同時サービス可能なチャネル数について要求に柔軟に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の映像蓄積配送システムの１実施例を示す構成図。
【図２】図１におけるスイッチバス１４０の構成を示す図。
【図３】上記スイッチバスを介して転送されるセルの構成を示す図。
【図４】図１の装置１０２〜１０５として適用される本発明による映像蓄積配送装置４００の基本構成図。
【図５】上記映像配送システム１０１における映像データの配送動作を示す図。
【図６】上記映像配送システム１０１における映像データの書き込み動作を示す図。
【図７】スイッチバス１４０を管理するためのＱＯＳ管理テーブル１６０を示す図。
【図８】映像データ書き込み動作時におけるクライアントとサーバの間の動作の流れを示す図。
【図９】本発明による映像蓄積配送装置の他の構成例を示す図。
【図１０】図９の映像蓄積配送装置を適用した本発明による映像蓄積配送システムの他の構成を示す図。
【図１１】磁気デイスク装置単体のデータアクセス時に要する時間とデータのアクセス単位に対するスループットとの関係を示す図。
【図１２】ＲＡＩＤ３の構成とデータアクセス時に要する時間を示す図。
【図１３】ＲＡＩＤ３をデータ蓄積装置として使用した場合のデータのアクセス単位に対するスループットを説明するための図。
【図１４】データ蓄積装置への映像データの格納形式の１例を示す図。
【図１５】映像データ配送のためのメモリ構成の１例を示す図。
【図１６】特殊再生時のアクセス方法と仕様の１例を示す図。
【図１７】特殊再生を行うための映像データの格納形式の１例を示す図。
【図１８】ＲＡＩＤ３をデータ蓄積装置として使用した場合の特殊再生時のアクセス方法と仕様の１例を示す図。
【図１９】本発明による映像データ蓄積配送装置の他の実施例を示す構成図。
【図２０】本発明による映像データのキャシュ時のデータの流れ及び動作を示す。
【図２１】本発明による映像データのキャシュ機能を説明するための図。
【図２２】映像データのキャシュ動作におけるデータのタイミング図。
【図２３】磁気デイスクにおけるキャシュ機能の１実施例を示す図。
【図２４】本発明による映像蓄積配送システムの他の実施例を示す構成図。
【図２５】本発明による映像蓄積配送システムの応用例を示す図。
【図２６】従来の計算機システムの構成の１例を示す図。
【図２７】本発明のシステムにおける映像データの配送時のタイミング図。
【図２８】本発明による映像蓄積配送システムの他の実施例を示す構成図。
【図２９】上記映像蓄積配送システムにおける映像蓄積配送装置の機能構成図。
【図３０】映像蓄積配送装置に適用される磁気デイスクのアクセス単位に対するスループットの特性を示す図。
【図３１】映像データの先読み方式を説明するためのタイミング図。
【図３２】磁気デイスクへのリード要求とアクセスと関係を示すタイミング図。
【図３３】本発明による磁気デイスクのスケジューリングの１例を示すタイミング図。
【図３４】磁気デイスク制御ブロックの機能を説明するための図。
【図３５】図３４におけるスケジュール制御部３７２０の構成を示すブロック図。
【図３６】本発明による映像蓄積配送装置の他の応用例を示す図。
【図３７】本発明による映像蓄積配送装置の更に他の応用例を示す図。
【図３８】本発明による映像蓄積配送装置の他の実施例を示す図。
【符号の説明】
１０１…映像蓄積配送システム、１０２…映像蓄積配送装置、１０３…映像蓄積配送装置、１０４…映像蓄積配送装置、１０５…映像蓄積配送装置、
１１０…リソース制御用管理信号線、１２１…磁気デイスク、１２２…磁気テープ、
１２３…光デイスク、１３０…バスＩ／Ｆ、１４０…スイッチバス、１５０…ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、１６１…バス制御ブロック、１６２…制御管理信号線、
１６５…データ管理システム、１６６…管理情報、１７０…（映像）編集（装置）、
１７１…ワークステーション（ＷＳ）、１７２…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、
１８０…公衆網、１８１…公衆網Ｉ／Ｆ、１９０…制御ユニット。
２０１…入力用スイッチ、２０２…出力用スイッチ、２１０…マルチプレクサ、
２１１…マルチプレクサ、２１８…マルチプレクサ、２１９…マルチプレクサ、
２２１〜２２９…ユニット（映像蓄積配送装置または制御ユニット）、
２３１〜２３９…外部接続端、２４０…バッファ、２５０…セル選択回路、
２５５…バッファブロック、２６０…制御ブロック、２７０…制御信号線。
４００…映像蓄積配送装置、４１０…データ蓄積装置、４１１…スイッチ、
４２０…メモリ、４２１…スイッチ、４３０…出力ドライバ、４３５…入力ドライバ、
４５０…制御ブロック、４５１…ＣＰＵ、４５２…タイマ、４５３…メモリ、
９０１…映像蓄積配送装置、９０５…コントローラ、９０６…デイスクアレイ装置、
９１１…バス、９１２…ドライバ、９１３…プロトコル制御、
９１５…ＡＴＭ／ＡＬＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）、９２１…ドライバ、９２２…ファイル形式制御、９３０…スケジューリング／ファイルアクセス制御、９３１…サーバアプリケーション、９５０…クライアント、９６０…映像データデコーダ、９６１…ドライバ、
９６２…デコーダ制御、９６３…ＮＴＳＣ（信号）、９７０…ＡＴＭ／ＡＬＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）、９７１…ドライバ、９７２…プロトコル制御、９８１…Ｖｉｄｅｏボード、
９８２…Ｗｉｎｄｏｗシステム、９８３…クライアントアプリケーション。
１０００…映像蓄積配送システム、１０１０…制御ユニット、１０１１…ドライバ、
１０１２…ＡＴＭ／ＡＬＬ（ＡＴＭアダプテイブ層）、１０２０…スイッチバス、
１０５０…映像編集用ＷＳ。
１４０８…フレームアドレステーブル、１５００…メモリ、１５０５…プログラム、
ＯＳ用領域、１５１０…（データ）蓄積装置の空きブロックリストテーブル、
１５３０…バッファ０、１５４０…バッファ１。
１８００…映像蓄積配送装置、１８０１…バス、１８０２…ＣＰＵ、１８０３…ＡＴＭボード、１８０５…バスＩ／Ｆ、１８０６…バッファ、１８０７…ＳＣＳＩ２（コントローラ及びＩ／Ｆ）、１８１０…単体磁気デイスク。
２１００…バッファリング装置、２１０１…光デイスクジュークボックス、
２１０２…光デイスクジュークボックス、２１１０…バスＩ／Ｆ、２１２０…バスＩ／Ｆ、
２１３０…メモリ、２１４０…バスＩ／Ｆ、２１５０…制御ブロック、２１５１…ＣＰＵ、
２１５２…タイマ、２１７１…映像蓄積装置、２１７２…映像蓄積装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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