In this paper, we present an effective storage and retrieval scheme of MPEG encoded video to support interactive scan operations such as fast-forward or fast-reverse with viewing in a disk-array-based video sever. Typically, scan operations impose additional disk bandwidth requirements due to inter-frame dependencies of MPEG encoded video. Furthermore, the unpredictable nature in terms of the occurrence and the duration makes it difficult for the server to schedule scan requests. In most conventional schemes, the changes of load caused by normal playback to scan transitions are accommodated by statically reserving some of the disk bandwidth at the expense of throughput. On the contrary, in the proposed scheme based on segment interleaving and peak data rate retrieval, the bandwidth needed for scan operations is dynamically allocated by exploiting frame prefetch effect due to variable bit rate (VBR) characteristics of MPEG video stream. The proposed retrieval scheduling scheme can support a lot of concurrent scan requests with low start-up latency while simultaneously servicing the maximum number of streams that can be supported on the server. It neither degrades the throughput nor violates continuous playback of normal playback streams in progress. The maximum number of supportable streams is rather increased due to employing a fixed-size segment that is an exact multiple of track as the retrieval unit. The effectiveness of retrieval scheduling based on dynamic disk bandwidth allocation is demonstrated through performance evaluation.
본 논문은 패스트-포워드나 패스트-리버스와 같은 고속의 화면 검색 기능을 지원하기 위해 디스크-어레이에 기반한 VOD 서버에서 MPEG 비디오를 효과적으로 저장하고 읽어내는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 화면 검색 요구는 MPEG 비디오의 프레임간 의존성 (inter-frame dependencies)에 기반한 압축및인코딩 때문에 단순한 재생 요구에 비해 더 많은 디스크 대역폭을 필요로 한다. 또한 요구 발생 시점이나 지속 시간이 사용자에 따라 달라 예측이 불가능 하므로 서버에서의 테스크 스케쥴링에 상당한 어려움을 초래한다.
대부분의 기존 연구에서는 전체 디스크 대역폭의 일부를 화면 검색 요구에 대비하여 미리 할당해 두는 이른바 정적인 대역폭 할당 방법을 택하였다. 그러나 이는 처음부터 하나의 디스크로부터 동시에 지원할 수 있는 재생 스트림의 수를 그만큼 감소 시킴으로써 서버의 성능을 저하시킬 뿐 아니라, 정적으로 할당한 대역폭의 양에 따라 동시에 지원 할 수 있는 화면 검색 요구의 수도 제한적이라는 근본적인 단점을 지니고 있다.
반면에 본 논문에 제안된 방법은 MPEG 압축/인코딩으로 비롯된 비디오 재생에 있어서의 데이터 비트 속도의 가변성을 비디오 저장및 읽어내기 스케쥴링(retrieval scheduling)에 활용하여 프레임 프리페치 (frame prefetch)라는 긍정적인 효과를 낳는다. 제안된 리트리벌 스케쥴링 기법은 정적인 대역폭 할당이 아니라, 단위 주기 동안의 재생을 위해 충분한 수의 프레임들이 이미 프리페치되어 있는 스트림들 중 일부를 일시적으로 스케쥴링으로부터 배제시킴으로써 그들에게 할당되었던 대역폭을 화면 검색 요구에 일시적으로 할당하는 동적인 대역폭 할당을 기반으로 한다. 따라서 제안된 기법은 서버로부터 동시 지원 가능한 재생 요구의 수를 전혀 저하시키지 않으면서 많은 화면 검색 요구를 동시에 지원할 수 있다. 실험을 통해 성능을 평가함으로써 제안된 기법이 단순 재생 요구 뿐 아니라 화면 검색 요구를 지원하는데 매우 효과적임을 알 수 있었다.