JP4392601B2 - データアクセス装置および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、メモリカードに対するアクセス性能を保証する技術に関するものである。

不揮発性メモリを利用したメモリカード型記録媒体はＳＤカードやコンパクトフラッシュカード（登録商標）、メモリスティックなど、物理形状やインターフェースが規格化され、デジタルカメラの記録媒体をはじめとして多くの機器で広く利用されている。

高速、大容量の記録媒体が実用化されるにしたがって、近年では静止画像の連写や動画像と音声をメモリカードに記録する携帯機器も商品化されている。（例えば、特許文献１参照。）。不揮発性メモリにはいくつかの動作原理があるが、ここでは現在の主流である半導体フラッシュメモリを例にメモリカード型記録媒体の記録・再生技術について説明する。

まず、書き込みアクセスに関して、半導体フラッシュメモリはハードディスクなどの磁気記録メディアと異なり、すでに書き込み済みのアドレスに対してデータを消去しながら上書きすることができない。見かけ上の上書きを実現するためには、すでに書き込まれているデータを一旦消去してから、改めてデータを書き込む必要がある。しかしながら、記録済みデータの一部をランダムに書き換えるたびに記憶領域の全域を消去して再度全領域にデータを書き直すことは非効率である。そのため、メモリカード型記録媒体の記憶領域を複数の消去ブロックに分割して、消去ブロック単位に消去と書き込みが可能な構造が製品化されている。これにより任意サイズの書き込みデータを消去ブロックのサイズに分割して断片化し、消去ブロック毎に断片データを記録していくことが可能になる。

それでもなお、消去ブロックサイズよりも小さい断片データを半導体フラッシュメモリに書き込む場合には、
・書き込むべきアドレスを含む消去ブロックのデータを一時バッファに読み出す。
・その後に当該消去ブロックを消去する。
・一時バッファ上で書き込むべき断片データを上書きする。
・一時バッファ上のデータを当該消去ブロックに書き戻す。

という手順、すなわち、いわゆるリード・モディファイ・ライト（Read Modify Write）動作が必要になる。

それゆえ、たとえ断片データが消去ブロックサイズよりも小さくても、消去ブロックサイズ分のデータを書き込むのと同等以上に書き込み遅延時間が発生することになる。書き込み遅延時間とは、書き込み／読み出し処理コマンドを発生させてからその処理が終了するまでに要する時間を示す。

図７（ａ）はメモリカード型記録媒体に対する書き込みデータサイズと書き込みに要する時間（書き込み遅延時間）との関係を模式的に表す。図７（ａ）において、横軸は書き込みデータサイズであって、Ｅは、消去ブロックサイズを示す。縦軸は書き込み遅延時間を示す。

この図より明らかなように、メモリカード型記録媒体のインターフェースを切り口にして見たとき、あるデータサイズで１つの書き込みコマンドをメモリカード型記録媒体に与えて、データサイズ分のデータが全て書き込まれるまでの書き込み遅延時間（すなわち、書き込み処理時間）は、コマンド処理のオーバーヘッドに加えて、書き込みを行った消去ブロック（Ｅ）の数に比例している。したがって、書き込みデータサイズの増加に対する書き込み遅延時間はほぼ階段状に増加する物理的な特性を有している。

一方、読み出しアクセスに関しては書き込みアクセスのように半導体フラッシュメモリにおける消去ブロックのような物理的な特性による制限はない。図７（ｂ）はメモリカード型記録媒体に対する読み出しデータサイズと読み出しに要する時間（読み出し遅延時間）との関係を模式的に表している。図７（ｂ）の横軸、縦軸は図７（ａ）と同様である。

メモリカード型記録媒体のインターフェースを切り口にして見たとき、あるデータサイズで１つの読み出しコマンドをメモリカード型記録媒体に与えて、データサイズ分のデータがすべて読み出されるまでの読み出し遅延時間は、コマンド処理のオーバーヘッドと読み出したデータサイズに比例した転送時間の和となる。

図７（ｂ）より明らかなように、１つのコマンドで読み出すデータサイズが小さい場合には、コマンド処理のオーバーヘッドが無視できなくなり、読み出しアクセスに一定以上の高速性が要求される応用において影響が出てくる。

図８はコマンド処理のオーバーヘッドと書き込みもしくは読み出しのアクセスデータサイズの関係を模式的に示している。コマンド処理のオーバーヘッドはアクセスデータサイズに依存せず、ほぼ一定の処理時間が必要であることから、アクセスデータサイズが小さいほどコマンド処理のオーバーヘッドが相対的に大きくなる。

このような記録／再生特性を有するメモリカード型記録媒体では、要求されるアクセス性能を満足するのに十分な余裕を見込んだデータレートで書き込みあるいは読み出しするように設計されている。そのため、現状のメモリカード型記録媒体の読み／書き機構では、メモリカード型記録媒体の限界性能を一杯まで使い切れていない。
特願２００３−３２６２９号公報

昨今の映像技術の向上と映像装置の小型化の促進とに伴い、動画像をより高画質の状態でメモリカードに記録させて再生させたいという要望が起きている。このような要望に対応するため、メモリカード型記録媒体の記録／再生のデータレートは増大する傾向にある。しかしながら、消去ブロックサイズはメモリカード型記録媒体（半導体フラッシュメモリ）によって様々であり、統一された規格が存在していない。

メモリカード型記録媒体の外部仕様はＳＤカード（登録商標）やコンパクトフラッシュカード（登録商標）、メモリスティック（登録商標）といった物理形状やインターフェースの詳細な仕様が規格化され、各社の機器で共通に使用できるようになっている。しかしながら、メモリカード型記録媒体の内部仕様では、消去ブロックサイズが規定されていない。それゆえ、任意の書き込みデータサイズに対してどのような内部動作を介してメモリカード型記録媒体にデータの記録が行われるかは不明である。このことが高速記録を必要とする高画質の動画像記録においてしばしば問題を引き起こしており、同じ規格のメモリカード型記録媒体であっても、高速記録が可能なカードと不可能なカードが市場で乱立しているのが現状である。

このことが例えば、次のような課題を生じさせる。デジタルカメラでは、高速連写性能を高めるためには高速記録が必要となる。このような特性を有するデジタルカメラでは、高速な処理が可能な一時バッファメモリを最大連写枚数に応じて機器内部に実装している。連写する際には一時バッファにデータを蓄積した後にメモリカード型記録媒体にデータコピーを行うことで高速連写性能を保証している。しかしながら、この構造では、撮影操作が完了した後からメモリカード型記録媒体にデータをコピーするため、撮影操作完了後、一定時間はメモリカード型記録媒体を取り出すことができない。

このようなメモリカード型記録媒体の取り出し上の問題は一時バッファメモリを使用せず、直接メモリカード型記録媒体に記録を行うことができれば解決される。しかしながら、メモリカード型記録媒体の現在の規格において最低アクセス性能を保証することは困難である。最低アクセス性能を現在の規格において保証するには、メモリカード型記録媒体の読み書き速度に関する性能を高めればよいが、要求される最低アクセス性能はアプリケーションによって異なり、前記性能として必要以上のものをメモリカード型記録媒体に実装すれば、オーバースペックに起因するメモリカード型記録媒体のコスト増につながる。

オーバースペックに起因するメモリカード型記録媒体のコスト増を招くことなく、アプリケーションが要求する記録・再生データレートを実現し、メモリカード型記録媒体へのアクセス性能を保証するためには、メモリカード型記録媒体の内部仕様情報に基づいて、メモリカード毎にアクセスするデータサイズを最適に制御する必要がある。

しかしながら、そのようにしてデータサイズを最適に制御したとしても、今日のメモリカード型記録媒体に最適化して設計されたデータアクセス装置は、性能向上が予測される将来のメモリカード型記録媒体に対して最適な記録ができる保証はない。したがって、メモリカード型記録媒体の内部仕様が変われば、データアクセス装置側のソフトウエアをバージョンアップするなどの処置が必要になる。

以上のように、メモリカード型記録媒体の性能を最大限に引き出した高速記録を必要とするアプリケーションに対して、現状では対応する技術が確立されていない。

そこで本発明は、段階的に増減可能なデータサイズ単位でデータが読み書きされるとともに、データが書き込まれる際におけるデータ転送効率が前記データサイズに応じて変動し、かつ前記データサイズそれぞれでデータが書き込まれる際におけるデータ転送効率を示すパラメータが記録された記録媒体であって、
前記パラメータは、前記データサイズと、当該データサイズでデータを前記記録媒体に対して読み書きするのに要する時間に関する情報とを互いに対応させたテーブルであり、
前記データサイズそれぞれでデータが書き込まれる際におけるデータ転送効率を示すパラメータが記録された記憶部と、
データアクセス装置が送信する必要データ転送効率を示す情報を受けて、前記記憶部に記憶されたパラメータに照合することで、データ書き込み時における最適データサイズを選択する手段と、
選択した最適データサイズを示す情報を、前記データアクセス装置に送信する手段と、
を有する。
上記記録媒体に、データを読み書きするデータアクセス装置であって、
当該データアクセス装置で読み書き対象とするデータの方式において規定される所定の必要データ転送効率を示す情報を、前記記録媒体に送信する手段と、
前記必要データ転送効率を示す情報を受信した前記記録媒体が送信する最適データサイズを示す情報に基づいてデータ書き込み時におけるデータサイズを設定し、そのデータサイズで前記記録媒体との間でデータの読み書きを行う手段と、
を有する。

これにより個々の記録媒体の特性に合わせた最適な記録・再生アクセス性能を実現することが可能になる。さらには、機器のバージョンアップなしで将来の記録媒体に対して記録・再生アクセス性能を保証することができる。

以下、図面を用いて実施の形態について説明する。

参考例
図１〜図４を参照してＤＶ方式のデジタルビデオデータを実時間記録するシステム構成を例にした本発明の参考例を説明する。図１はメモリカード型記録媒体（以下、メモリカードという）とアクセス装置の関係を示しており、記録媒体であるメモリカード１０１は、コマンド解析手段１０２、遅延パラメータ１０３、および遅延パラメータ読み出し手段１０４を有する。本実施形態では、遅延パラメータ読み出し手段１０４から、パラメータを読み出してデータアクセス装置に送信する手段が構成される。

アクセス装置１０５は、遅延パラメータ読み出しコマンド発行手段１０６、指定データサイズによるデータ再生手段１０７、指定データサイズによるデータ記録手段１０８、および最適データサイズ選択手段１０９を有する。本実施形態では、遅延パラメータ読み出しコマンド発行手段１０６からパラメータ取得コマンドを発行する手段が構成され、最適データサイズ選択手段１０９からデータ書き込み時におけるデータサイズを選択する手段が構成され、データ再生手段１０７とデータ記録手段１０８とからデータの読み書きを行う手段が構成される。

メモリカード１０１の記憶領域２０２は、図２に示すように、ユーザ領域２０３とシステム領域２０４とを有する。システム領域２０４はメモリカード２０１の製造時に初期データを記録する領域であって、ユーザがデータを書き換えることができない領域である。遅延パラメータ１０３はシステム領域２０４に格納されている。本実施形態では、システム領域２０４からパラメータの記憶部が構成される。

図３はメモリカードが内部に実装する半導体フラッシュメモリに対する書き込みデータサイズと書き込み遅延時間との関係を示すテーブル（対応表）の例である。本実施形態では、このテーブルからパラメータ（本実施形態では、遅延パラメータ１０３と称する）が構成される。なお、図３においては、平均データレートが記載されているが、平均データレートはテーブルに含まれない。図３は、このパラメータによって平均データレートが一義的に求められることを示している。平均データレートとは、毎秒毎にどれだけのデータを転送できるか（M Byte/sec）を示す情報であって、データ転送効率を示す情報の一例である。

書き込み遅延時間とは、前述したように、書き込み／読み出し処理コマンドを発生させてからその処理が終了するまでに要する時間を示している。図３に示すように、書き込み遅延時間はデータサイズに応じて変動し、データサイズが大きくなれば、遅延時間も長くなる。本実施形態では、この書き込み遅延時間からデータを読み書きするのに要する時間に関する情報が構成される。

遅延パラメータ１０３として記録する書き込みデータサイズは、図７の特性からメモリカード１０１（半導体フラッシュメモリ）の消去ブロックサイズ（Ｅ）の整数倍の大きさになっている。また、メモリカード１０１にはパラメータ１０３を読み出すための遅延パラメータ読み出しコマンドが用意されているものとする。

参考例の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。ＤＶ方式は多くの家庭用デジタルムービーに採用されている圧縮記録方式であり、データレートは２５Ｍｂｉｔ／秒＝３．１２５ＭＢｙｔｅ／秒で転送される。このデータを実時間でコマ落ちなくメモリカード１０１に記録するためには、１秒間に３．１２５ＭＢｙｔｅの割合で途切れなくデータを書き込む転送効率が必要となる。ＤＶ方式のデジタルビデオデータを実時間で記録するアクセス装置１０５は、メモリカード１０１に対して実時間データ記録が必要になる前に遅延パラメータ読み出しコマンドを発行する（Ｓ４０１）。メモリカード１０１では、コマンド解析手段１０２が遅延パラメータ読み出しコマンドを抽出し、抽出したコマンドに従って、システム領域２０４から遅延パラメータ１０３を読み出してアクセス装置１０５に送信する（Ｓ４０２）。アクセス装置１０５では、最適データサイズ選択手段１０９において、受信した遅延パラメータ１０３から３．１２５ＭＢｙｔｅ／秒を達成できる書き込みデータサイズが選び出される。例えば、図３に示すような遅延パラメータ１０３の値であったと仮定すると、アクセス装置１０５は、ＤＶ方式の記録データレートを保証するには１２８ＫＢのデータサイズ（ブロック）で書き込み処理すればよいことを判断して、そのデータサイズを最適データサイズとして選択する（Ｓ４０３）。

具体的には、最適データサイズ選択手段１０９は、遅延パラメータを構成する書き込みデータサイズを書き込み遅延時間で除算することで平均データレート値を算定する（平均データレート値＝書き込みデータサイズ／書き込み遅延時間）。さらに最適データサイズ選択手段１０９は、転送するデータの方式等において規定される所望の平均データレートを達成できる最小の書き込みデータサイズを最適データサイズとして選択する。所望の平均データレートが３．１２５ＭＢｙｔｅ／秒である上記例では、最適データサイズ選択手段１０９は、この平均データレートを上回るものの最小の平均データレート（この場合は３．６１ＭＢｙｔｅ／秒）となる書き込みデータサイズ１２８ＫＢを最適データサイズとして選択する。

このようなデータサイズの選択処理に基づいてアクセス装置１０５（具体的には、最適データサイズ選択手段１０９）は、データ記録手段１０８を１２８ＫＢでアクセスを行うように書き込みコマンドを発行し（Ｓ４０４）、書き込みコマンドを受けたデータ記録手段１０８は、メモリカード１０１に対するデータ書き込み処理を実行する（Ｓ４０５）。

これにより、常に１２８ＫＢの書き込みデータサイズでＤＶ方式のデジタルビデオデータをメモリカード１０１に記録アクセスすることができる。

このように参考例では、内部の詳細仕様が異なるメモリカード１０１であっても、要求性能を満足する書き込みデータサイズを最適に選択することが可能となり、記録アクセス性能を保証することができる。

なお、参考例においてはＤＶ方式のデジタルビデオデータの記録を例にしたが、本発明はＤＶ方式のデジタルビデオデータの記録に限定されるものではない。読み出しに関しても最適データサイズを選択するところまでは全く同様であり、データ再生手段１０７に選択された最適データサイズを設定して再生アクセスする部分のみが異なる。

実施の形態２
図５,図６を参照して、本発明の実施の形態２を説明する。なお、実施の形態２の基本構成は、図１〜図４に示す参考例と同様であるため、それらの構成については説明を省略する。

図５はメモリカードとアクセス装置との関係を示している。メモリカード６０１は、コマンド解析手段６０２、遅延パラメータ６０３、遅延パラメータ読み出し手段６０４、および最適データサイズ選択手段６０５を有する。アクセス装置６０６は最適データサイズ読み出しコマンド発行手段６０７、指定データサイズによるデータ再生手段６０８、および指定データサイズによるデータ記録手段６０９を有する。

本実施形態では、最適データサイズ読み出しコマンド発行手段６０７から、データアクセス装置で読み書き対象とするデータで必要となる必要データ転送効率を示す情報を記録媒体に送信する手段が構成される。また、データ再生手段６０８とデータ記録手段６０９とから、必要データ転送効率を示す情報を受信した記録媒体が送信する最適データサイズを示す情報に基づいてデータ書き込み時におけるデータサイズを設定しそのデータサイズで前記記録媒体との間でデータの読み書きを行う手段が構成される。また、最適データサイズ読み出しコマンドから、必要データ転送効率を示す情報が構成される。

また、本実施形態では、最適データサイズ選択手段６０５から、データアクセス装置が送信する必要データ転送効率を示す情報を受けて記憶部に記憶されたパラメータに照合することでデータ書き込み時における最適データサイズを選択する手段と、選択した最適データサイズを示す情報を、データアクセス装置に送信する手段とが構成される。

実施の形態２では、参考例における遅延パラメータ読み出しコマンドの代わりに、所望の遅延時間を引数とする最適データサイズ読み出しコマンドを作成してメモリカード６０１に記憶させており、さらには最適データの選択を行う手段である最適データサイズ選択手段６０５を、メモリカード６０１に設けており、これらの点において参考例と異なる。

以下、図６のフローチャートを参照して実施の形態２の動作を説明する。ＤＶ方式のデジタルビデオデータを実時間で記録するアクセス装置６０６は、メモリカード６０１に対して所望の平均データレートを引数とする最適データサイズ読み出しコマンドを発行する（Ｓ６０１）。最適データサイズ読み出しコマンドは、上述したように、必要データ転送効率を示す情報が構成であって、具体的には、メモリカード６０１との間で転送するデータの方式にとって必要となるデータ転送効率を示す。最適データサイズ読み出しコマンド発行手段６０７は、メモリカード６０１との間で転送するデータの方式等の情報からそのデータ転送に最適となるデータサイズを表す最適データサイズ読み出しコマンドを生成して発行する。

メモリカード６０１では、コマンド解析手段６０２のコマンド解析に基づいて最適データサイズ読み出しコマンドを読み出す。遅延パラメータ読み出し手段６０４は、読み出した読み出しコマンドに従って、システム領域２０４に記録されている遅延パラメータ６０３を読み出す（Ｓ６０２）。最適データサイズ選択手段６０５は、読み出した遅延パラメータ６０３に基づいて平均データレート値を計算する。遅延パラメータ６０３は、参考例と同様、例えば、設定可能な書き込みデータサイズとそれらの書き込みデータサイズそれぞれにおける遅延時間との関係を示すテーブル（対象表）から構成される。

最適データサイズ選択手段６０５は、書き込みデータサイズを遅延時間で除算することで平均データレート値を算定する（平均データレート値＝書き込みデータサイズ／遅延時間）。さらに最適データサイズ選択手段６０５は最適データサイズ読み出しコマンドにおける引数で指定される所望の平均データレート（アクセス装置６０６が所望している）を達成できる最小の書き込みデータサイズを最適データサイズとして選択する（Ｓ６０３）。例えば、前記引数で指定される所望の平均データレートが３．１２５ＭＢｙｔｅ／秒である場合、最適データサイズ選択手段６０５は、この平均データレートを上回るものの最小の平均データレート（この場合は３．６１ＭＢｙｔｅ／秒）となる書き込みデータサイズ１２８ＫＢを最適データサイズとして選択する。

最適データサイズ選択手段６０５は、選択した最適データサイズを示す情報をアクセス装置６０６に送信する。アクセス装置６０６は、最適データサイズ読み出しコマンド発行手段６０７により発行した最適データサイズ読み出しコマンドの戻り値として、所望のデータレートでの書き込みを保証する書き込みデータサイズ（上述した例では、１２８ＫＢ）を示す情報をメモリカード６０１から受信して取得する。これにより、アクセス装置６０６はデータ記録手段６０９やデータ再生手段６０８に１２８ＫＢでのアクセスを行う書き込みコマンドを発生させ（Ｓ６０４）、書き込みコマンドを受けたデータ記録手段６０９は、常に１２８ＫＢの書き込みデータサイズでＤＶ方式のデジタルビデオデータをメモリカード６０１に記録アクセスする（Ｓ６０５）。

このように本発明によれば内部の詳細仕様が異なるメモリカードにおいても、要求性能を満足する書き込みデータサイズを最適に選択することが可能となり、記録アクセス性能を保証することができる。

なお、実施の形態２においてはＤＶ方式のデジタルビデオデータの記録を例にしたが、本発明はＤＶ方式のデジタルビデオデータの記録に限定されるものではない。読み出しに関しても最適データサイズを選択するところまでは全く同様であり、指定データサイズによるデータ再生手段６０８に選択された最適データサイズを設定して再生アクセスする部分のみが異なる。

本発明は不揮発性メモリを内部に実装するメモリカードを記録メディアとし、記録・再生のアクセス性能を保証が必要となるアプリケーションで利用が可能である。

参考例によるメモリカードとアクセス装置の構成図 メモリカードにおけるユーザ領域とシステム領域の図 システム領域に記録する書き込みデータサイズと遅延時間の対応表 参考例によるメモリカードとアクセス装置の処理フロー 実施の形態２によるメモリカードとアクセス装置の構成図 実施の形態２によるメモリカードとアクセス装置の処理フロー 書き込みデータサイズと書き込み遅延時間との関係を示す模式図 コマンド処理のオーバーヘッドとアクセスデータサイズの関係

符号の説明

１０１ メモリカード １０２ コマンド解析手段
１０３ 遅延パラメータ １０４ 遅延パラメータ読み出し手段
１０５ データアクセス装置
１０６ 遅延パラメータ読み出しコマンド発行手段
１０７ データ再生手段 １０８ データ記録手段
１０９ 最適データサイズ選択手段
２０２ 記憶領域 ２０３ ユーザ領域
２０４ システム領域 ６０１ メモリカード
６０２ コマンド解析手段 ６０３ 遅延パラメータ
６０４ 遅延パラメータ読み出し手段
６０５ 最適データサイズ選択手段
６０７ 最適データサイズ読み出しコマンド発行手段
６０８ データ再生手段 ６０９ データ記録手段

Claims (3)

1. 段階的に増減可能なデータサイズ単位でデータが読み書きされるとともに、データが書き込まれる際におけるデータ転送効率が前記データサイズに応じて変動し、かつ前記データサイズそれぞれでデータが書き込まれる際におけるデータ転送効率を示すパラメータが記録された記録媒体であって、
   前記パラメータは、前記データサイズと、当該データサイズでデータを前記記録媒体に対して読み書きするのに要する時間に関する情報とを互いに対応させたテーブルであり、
   前記データサイズそれぞれでデータが書き込まれる際におけるデータ転送効率を示すパラメータが記録された記憶部と、
   データアクセス装置が送信する必要データ転送効率を示す情報を受けて、前記記憶部に記憶されたパラメータに照合することで、データ書き込み時における最適データサイズを選択する手段と、
   選択した最適データサイズを示す情報を、前記データアクセス装置に送信する手段と、
   を有することを特徴とする記録媒体。
2. 請求項１に記載の記録媒体に、データを読み書きするデータアクセス装置であって、
   当該データアクセス装置で読み書き対象とするデータの方式において規定される所定の必要データ転送効率を示す情報を、前記記録媒体に送信する手段と、
   前記必要データ転送効率を示す情報を受信した前記記録媒体が送信する最適データサイズを示す情報に基づいてデータ書き込み時におけるデータサイズを設定し、そのデータサイズで前記記録媒体との間でデータの読み書きを行う手段と、
   を有することを特徴とするデータアクセス装置。
3. 前記記録媒体は半導体メモリであり、
   前記データサイズは、前記記録媒体の消去ブロックサイズの整数倍の大きさである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の記録媒体。

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