Буферизация видео: агония на пороге просмотра. Как бороться с буферизацией видео Что такое буферизация в интернете

3.8. Буферизация

Ввод и вывод для дисков в операционной системе MS-DOS буферизован. Это означает, что данные не сразу записываются на диск, а накапливаются в специальном массиве (буфере). По мере заполнения буфер сбрасывается на диск. При чтении информация заполняет весь входной буфер, независимо от количества байт, которые программа читает из файла. В дальнейшем если программе потребуются данные, которые уже были считаны с диска и записаны во входной буфер, она получит их непосредственно из этого буфера без обращения к диску.

Буферизация сокращает затраты времени на ввод и вывод, особенно в тех случаях, когда программе периодически требуется одни и те же участки файлов. При копировании файлов буферизация сокращает время на перемещение головок от исходного файла к выходному и обратно, причем эффект получается тем больше, чем больше размер используемого буфера.

Операционная система MS-DOS может создать несколько буферов. Их количество зависит от оператора BUFFERS из файла config.sys . Этот оператор позволяет определить от 2 до 99 буферов. Если файл config.sys не содержит оператора BUFFERS, по умолчанию используются два буфера.

При увеличении количества буферов увеличивается вероятность того, что нужная часть файла уже считана и находится в оперативной памяти. Однако необходимо учитывать, что для хранения буферов расходуется основная оперативная память. Кроме того, с ростом количества буферов увеличивается время, необходимое операционной системе на анализ состояния буферов, что может привести к снижению производительности. Значительное снижение скорости работы наступает при количестве буферов порядка 50.

Еще один способ организовать буферизацию данных для жестких дисков и устройств CD-ROM - использовать драйвер smartdrv.exe . Этот драйвер позволяет создать для диска кеш-память в расширенной памяти.

Кеш-память особенно эффективна при работе с базами данных, когда вам периодически требуется одна и та же информация. Если создать кеш-память достаточно большого размера, можно значительно сократить количество обращений к диску.

Буферизация данных имеет и свои недостатки. Если в результате аварии в питающей сети или по какой-то другой причине компьютер выключился, то информация, хранящаяся в буферах и не записанная на диск, будет потеряна.

При закрытии файла все буферы, связанные с ним, сбрасываются на диск. Если вам надо сбросить буферы, не закрывая файл, это можно сделать с помощью функции 68h прерывания INT 21h:

При вызове этой функции дополнительно обновляется дескриптор файла в каталоге, а именно поля времени, даты и размера файла.

Знаете, как заставить интернет-браузер Mozilla Firefox провести полную буферизацию видео на YouTube? Наверное не знаете, так как продолжаете читать эту инструкцию!

Зачем нужна буферизация пользователям? В первую очередь для того, чтобы максимально комфортно смотреть видеоматериал при интернет-соединении, просто поставив вначале его на паузу и дождавшись полной загрузки.

Во вторую очередь для того, чтобы можно было просмотреть ролик в выбранном качестве. Не снижая качества в настройках, и даже в автономном режиме при нестабильном интернет-соединении. По-умолчанию, видео-сервис YouTube ограничивает предзагрузку видеоролика в окне своего плеера, разбивая его на сегменты, подгружающиеся по мере просмотра ролика.

Качество видео-потока динамически корректируется на основе сетевых условий, путем изменения уровня при просмотре. Выполните следующие действия, чтобы настроить Firefox на полную буферизацию, без использования различных дополнений и расширений к браузеру.

БУФЕРИЗАЦИЯ ВИДЕО

Откройте интернет-браузер и в строке URL-адреса напишите:

и пообещайте, что будете осторожны.

Измените (просто двойным кликом мышки) значение с “true” на “false”.

Перезагрузите браузер. Наслаждайтесь просмотром буферизированного видеоматериала.

P.S. Ещё больше компьютерных советов можете найти в . Рекомендуйте инструкции своим знакомым и друзьям через кнопки социальных сетей, тем самым поможете развитию этого ресурса. Огромное спасибо!

Каждое периферийное устройство имеет свою специфику характера обмена данными, определяемую природой его внешней (по отношению к компьютеру) стороны. По характеру обмена устройства можно разделить на три основных типа.

блочные устройства, например, дисковые накопители. Обмен с ними воз­можен только блоками фиксированного размера - кластерами. При обмене с физическим диском нельзя останавливаться посреди передачи блока.

поточные устройства, примерами которых являются принтеры и сканеры Принтеру посылают поток данных, которые он по мере своих электромеханических способностей выводит в виде изображения на бумагу. Поток можно приостановить в любой момент, а затем продолжить передачу безо всяких побочных эффектов.

регистро-ориентированные устройства, которые, как правило, не являются источниками или приемниками большого объема данных. Программам обычно требуется знать текущее состояние данных устройств или (и) формировать текущие управляющие воздействия. Регистро-ориентированными, как правило, являются различные устройства сопряжения с технологическим оборудованием, компьютеризированные измерительные комплексы, джойстик (программа в определенные моменты опрашивает текущее состояние кнопок и координатных датчиков) и т. п.

Во многих устройствах присутствует смесь этих основных типов, так, даже принтер имеет и регистро-ориентированную часть - кроме приема потока oн передает сигналы текущего состояния (ошибка, конец бумаги).

Весьма важной является задача буферизации данных . Пропускная способность внут­ренних компонентов современной вычислительной системы - процессора и оперативной памяти - чрезвычайно высока в обоих направлениях (и на прием, и на передачу), а пропускная способность подавляющего большинства внешних устройств на несколько порядков ниже и варьируется в весьма широких преде­лах. Данные, передаваемые из оперативной памяти на внешнее устройство, по­ступают с очень высокой скоростью, как правило, в виде пакета. Эти данные целесообразно сохранить во внутреннем буфере контроллера интерфейса и в дальнейшем соответствующими порциями выдать во внешнее устройство. При передаче в обратном направлении данные от внешнего устройства опять-таки целесообразно накопить в буфере контроллера интерфейса, чтобы не «дергать» опе­ративную память "по мелочам". Когда накоплен значительный объем данных, они все одним пакетом могут быть быстро переданы в оперативную память. Таким образом, для обеспечения минимального времени обладания интерфейсом (а значит и ресурсами оперативной памяти) контроллер соответствующего интерфейса должен работать с использованием буферов.

Буфер представляет собой набор внутренних ячеек оперативной памяти с определенными правилами доступа как со стороны контроллера ПУ, так и со стороны «центра». Размер буфера и дисциплина его обслуживание выбираются, исходя из технических (скорость и объем информации, допустимые задержки) и экономических (цена) соображений.

Для блочных устройств обычно применяют буфер, минимальный размер которого равен размеру блока.

Контроллеры локальных сетей тяготеют к блочным устройствам - они передают данные целыми пакетами, которые должны приниматься и посылаться с опреде­ленной скоростью (100М бит/с, 1000М бит/с, 10Г бит/с - для первых трех поколений Ethernet). Для них объем, и организация буфера зависят от скорости среды передачи и производительности интерфейса, к которому они подключены.

Для потоковых устройств часто применяют буфер с дисциплиной обслужива­ния FIFO (First In - First Out, первым вошел - первым вышел). Размер такого буфера, как правило, невелик (например, 16, 64 байт). Буфер ставится между «цент­ром» и устройством, с одной стороны он наполняется, с другой - опо­рожняется. Опорожняющая сторона может извлекать данные из буфера, лишь, когда наполняющая сторона их туда положит. Попытка извлечения данных из пустого буфера является ошибкой опустошения (underflow), попытка помеще­ния в заполненный буфер - ошибкой переполнения (overflow). Логика буфера следит за степенью наполнения буфера и сообщает «центру» о критических ситуа­циях. Когда «центр» (программа, исполняемая процессором) выводит данные через FIFO, логика следит за снижением наполнения буфера ниже порога опустошения и в случае такового сигнализирует (обычно прерыванием) о необ­ходимости вывода следующей порции данных. Логика также препятствует пере­полнению, отвергая попытки записи лишних данных и немедленно сообщая об ошибке (обычно через соответствующий программно-читаемый бит состояния). При вводе данных через буфер FIFO его логика следит за наличием свободного места в буфере и при превышении порога заполнения также сигнализирует пре­рыванием. Аналогично, она не позволяет считать данные из пустого буфера и сообщает об этом соответствующим битом. Также логика буфера должна позво­лять его очищать по инициативе процессора, сообщать о количестве (или хотя бы о наличии) данных в буфере по запросу процессора. Управляемость порогов позволяет программе в зависимости от внешнего темпа обмена данными, воз­можностей и текущей загруженности компьютера выбрать оптимальный режим обмена, позволяющий и не «суетиться по мелочам», и не допускать переполненный/опустошений буфера. У двунаправленных устройств, как правило, имеется пара FIFO-буферов (для полного дуплекса), для симплексных устройств доста­точно одного.

Буферы современных устройств внешней памяти имеют более сложную организацию, обеспечивающую кэширование данных; однако и они используют вышеописанные принципы организации. Однопортовые буферы большого объема, как уже говорилось, могут вносить заметную задержку. Для потоковых примене­ний (например, для воспроизведения мультимедийных файлов) эта задержка обычно не очень существенна и на производительность не влияет. Однако для приложений «петлеобразного» характера, когда буфер оказывается в цепочке за­прос-ответ, его задержка может приводить к снижению производительности. Так, например, передача данных по сети обычно представляет собой последователь­ность кадров данных, на каждый из которых передающая сторона ожидает кадр подтверждения. Если каждый кадр будет «просиживать» в буфере, естественно, производительность снизится. От этой беды спасает метод «скользящего окна», при котором передающая сторона допускает некоторое отставание приема под­тверждений.

При разработке программ, работающих с потоками данных АЦП и ЦАП, возникает задача обеспечить обработку данных с достаточной скоростью.

Скорость потока данных определяется частотой дискретизации и не регулируется программой: физический процесс не может ждать. Если потерять часть отсчётов, то сигнал будет испорчен.

При этом компьютер, исполняющий программу, обычно работает не в реальном времени, т.е. если один шаг программы следует "сразу" за другим, то это "сразу" следует понимать как последовательность выполнения операций, а не как реальное время. Некоторые операции (например, запись на диск) могут выполняться относительно долго. Также в многозадачной операционной системе есть много процессов, прерывающих друг друга, так что программа может "застопориваться" в случайные для неё моменты времени (иногда довольно надолго – на десятки, даже сотни миллисекунд).

Кроме того, при программировании бывает необходимо обрабатывать данные блоками (порциями), а не по одному отсчету, иначе накладные расходы сведут на нет быстродействие даже современного компьютера.

Для решения этой задачи применяется буферизация.

Буфер – это массив в памяти с быстрым доступом, в котором накапливаются поступающие данные (если это поток ввода, АЦП) или из которого они отправляются с заданной скоростью (если это поток вывода, ЦАП).

При вводе данных процесс начинается с пустым буфером. При выводе буфер должен быть предварительно заполнен, иначе в начале работы может сразу произойти опустошение буфера.

Производительность обработки данных компьютером должна быть больше скорости потока (с запасом), а вот мгновенная скорость может падать, лишь бы буфер ввода не переполнился, а буфер вывода не опустел. Запас по скорости нужен, чтобы разбирать данные, накопившиеся в буфере из-за паузы (а при выводе – чтобы снова наполнить буфер).

Образно можно представить себе буфер ввода как бак, в который из трубы с постоянной скоростью поступает вода. Мы зачерпываем эту воду ведром, относим потребителю и возвращаемся; чем больше бак, тем больше времени у нас есть на непредвиденные задержки по дороге. В идеале в баке должно быть не больше ведра воды, тогда, уходя, мы оставляем его пустым и имеем максимальный запас времени. Если же случилась задержка и набралось много воды, мы начинаем торопиться, чтобы побыстрее вычерпать её.

С буфером вывода всё то же самое, только вода уходит из бака с постоянной скоростью (и прерывать подачу нельзя, это авария), а мы наливаем вёдрами. Соответственно максимальную защиту от задержек обеспечивает полный бак, а если уровень упал – его надо побыстрее восполнить.

На практике такая схема может быть реализована в виде кольцевого буфера или списка блоков меньшего размера ("вёдер"), которые ставятся в очередь. По мере готовности они обрабатываются, освободившиеся блоки-вёдра ставятся в конец очереди.

Простейший вариант – это схема с двумя буферами (двумя половинами большого буфера): когда готова одна половина, она обрабатывается, в это время данные собираются во второй половине, и за время ее заполнения должна завершиться обработка первой, потом половины "меняются ролями". Если продолжать аналогию с вёдрами, то здесь нет бака, зато есть два ведра: набрав полное ведро, мы сразу подставляем пустое и относим полное на грядку. Это очень простая и эффективная схема, но в ней размер порции обработки данных (и связанная с ним задержка) увязывается с размером буфера, что иногда неудобно.

Для использованной выше бытовой аналогии буфера и ведра сделаем важную оговорку, что под буфером (в системах сбора данных и управления) подразумевается последовательная структура, в которой данные не теряются (ведро не дырявое) и последовательность данных не изменяется. Другими словами, попавший в буфер отсчёт данных не может обогнать ранее пришедший отсчёт.

Также отметим, что реализация буфера может быть не только программная, но и аппаратная, например в FPGA , по типу линейной очереди заданного максимального размера "первым вошёл – первым вышел" (FIFO – First In, First Out).

Если термин "буферизация" рассматривать шире, то буферизация может быть и без сохранения естественного порядка следования данных, например, LIFO "последним вошёл – первым вышел" (LIFO – Last In, First Out). Другое известное название буфера LIFO – это стек (Stack), который широко применяется в программировании.

При сравнении характеристик систем сбора данных важен не просто байтовый объём буфера в системе, а расчётное максимальное время буферизации сигнала при данной скорости ввода данных (для АЦП) или вывода данных (ЦАП). Для расчёта времени буферизации следует учитывать необходимую скорость сбора данных (отсчётов в секунду) и размер слова данных, занимаемый одним отсчётом (типично: 2 или 4 байта). В слове, кроме отсчёта данных, может находиться вспомогательная индексная информация, маркирующая поток данных для разных вспомогательных задач при работе с данными на верхнем программном уровне в ПК.

С данной темой связаны следующие статьи:

• Ввод-вывод данных синхронный и асинхронный
• Можно ли обрабатывать данные от АЦП на ПК в реальном времени, отсчет за отсчетом?

Пример использования термина

Терминология, связанная с буферизацией потоков данных, широко используется в руководствах на различные системы сбора данных (LTR, E-502, L-502, E14-x40 и т.д.) при описании их функциональных схем и программных интерфейсов.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Под буфером обычно понимается некоторая область памяти для запоминания информации при обмене данных между двумя устройствами, двумя процессами или процессом и устройством. Обмен информацией между двумя процессами относится к области кооперации процессов, и мы подробно рассмотрели его организацию в соответствующей главе. Будем рассматривать использование буферов в том случае, когда одним из участников обмена является внешнее устройство.

Существуют три причины, приводящие к использованию буферов в базовой подсистеме ввода-вывода :

1) Первая причина буферизации – это разные скорости приема и передачи информации, которыми обладают участники обмена. Рассмотрим, например, случай передачи потока данных от клавиатуры на модем. Скорость, с которой поставляет информацию клавиатура, определяется скоростью набора текста человеком и обычно существенно меньше скорости передачи данных модемом. Для того чтобы не занимать модем на все время набора текста, делая его недоступным для других процессов и устройств, разумно накапливать введенную информацию в буфере или нескольких буферах достаточного размера и отсылать ее через модем после заполнения буферов.

2) Вторая причина буферизации – это разные объемы данных, которые могут быть приняты или получены участниками обмена единовременно. Возьмем другой пример. Пусть информация поставляется модемом и записывается на жесткий диск. Помимо обладания разными скоростями совершения операций модем и жесткий диск относятся к разным типам устройств. Модем является символьным устройством и выдает данные байт за байтом, в то время как диск является блочным устройством и для проведения операции записи для него требуется накопить необходимый блок данных в буфере. Здесь также можно применять более одного буфера. После заполнения первого буфера модем начинает заполнять второй одновременно с записью первого на жесткий диск. Поскольку скорость работы жесткого диска в тысячи раз больше, чем скорость работы модема, то к моменту заполнения второго буфера операция записи первого будет завершена, и модем снова может заполнять первый буфер одновременно с записью второго на диск.

3) Третья причина буферизации связана с необходимостью копирования информации из приложений, осуществляющих ввод-вывод, в буфера ядра операционной системы и обратно. Допустим, что некоторый пользовательский процесс пожелал вывести информацию из своего адресного пространства на внешнее устройство. Для этого он должен выполнить системный вызов с обобщенным названием write , передав в качестве параметров адрес области памяти, где расположены данные, и их объем. Если внешнее устройство временно занято, то возможна ситуация, когда к моменту его освобождения содержимое требуемой области окажется испорченным (например, при использовании асинхронной формы системного вызова). Чтобы избежать возникновения подобных ситуаций, проще всего в начале работы системного вызова откопировать необходимые данные в буфер ядра операционной системы, постоянно находящийся в оперативной памяти, и выводить их на устройство из этого буфера.

Под словом кэш обычно понимают область быстрой памяти, содержащую копию данных, расположенных где-либо в более медленной памяти, предназначенную для ускорения работы КС. В базовой подсистеме ввода-вывода не следует смешивать два понятия: буферизация и кэширование, хотя зачастую для выполнения этих функций отводится одна и та же область памяти. Буфер часто содержит единственный набор данных, существующий в системе, в то время как кэш, по своему определению, содержит копию данных, существующих где-нибудь еще. Например, буфер, используемый базовой подсистемой для копирования данных из пользовательского пространства процесса при выводе на диск, может в свою очередь использоваться как кэш для этих данных, если операции модификации и повторного чтения этого блока выполняются достаточно часто.

Функции буферизации и кэширования не обязательно должны быть локализованы в базовой подсистеме ввода-вывода. Они могут быть частично реализованы в драйверах и даже в контроллерах устройств, скрытно по отношению к базовой подсистеме.