■張健 余華平 井志勝

數(shù)字化視頻監(jiān)控中海量存儲(chǔ)方案應(yīng)用解析

■張健 余華平 井志勝

本文介紹了目前數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)中針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境所選用的存儲(chǔ)方式以及應(yīng)對(duì)海量存儲(chǔ)所采取的幾種方案。幾種不同種類存儲(chǔ)方式適合解決不同環(huán)境中視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)量視頻存儲(chǔ)的要求。

隨著視頻監(jiān)控技術(shù)從模擬過(guò)渡到數(shù)字、進(jìn)而發(fā)展至網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，視頻文件的存儲(chǔ)介質(zhì)也由原來(lái)的磁帶錄像機(jī)、數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）過(guò)渡到目前主流的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)（NVR）。其中，早期的磁帶式將前端攝像機(jī)采集而來(lái)的視頻直接進(jìn)行錄像，優(yōu)點(diǎn)是：在存儲(chǔ)過(guò)程中不需要進(jìn)行額外壓縮與轉(zhuǎn)換；但存儲(chǔ)數(shù)據(jù)冗余量大、保存周期短；隨著DVR的出現(xiàn)，視頻存儲(chǔ)主要是通過(guò)數(shù)字硬盤錄像機(jī)進(jìn)行錄制，磁帶方式很快被淘汰；它采用內(nèi)置或外掛硬盤方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量?jī)?chǔ)存，但隨著人們對(duì)視頻質(zhì)量和保存周期的要求越來(lái)越高，DVR也逐漸無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的海量存儲(chǔ)需求，NVR的出現(xiàn)則順應(yīng)了存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展要求，在其儲(chǔ)存模式上可充分利用DAS、NAS、SAN架構(gòu)實(shí)現(xiàn)后端大容量存儲(chǔ)，并依靠存儲(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海量?jī)?chǔ)存的高級(jí)功能。

現(xiàn)狀分析

海量視頻存儲(chǔ)容量變化之快，可由下表體現(xiàn)出來(lái)。下表是按不同碼流計(jì)算出來(lái)的單通道/小時(shí)所產(chǎn)生的視頻文件大小。

舉例來(lái)說(shuō)，某平安城市計(jì)劃建設(shè)3000個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，錄像保存一個(gè)月，所有攝像頭采用D1分辨率（2M碼流）進(jìn)行錄像，而單通道視頻錄像保存一個(gè)月需要大約648G，則3000個(gè)點(diǎn)共需要1944T，再加上部分磁盤冗余及熱備，總空間將達(dá)到大約2PB之多。由此可見(jiàn)，在系統(tǒng)中，存儲(chǔ)容量的需求是成TB級(jí)增長(zhǎng)。

除了對(duì)容量方面有較大需求外，視頻監(jiān)控對(duì)存儲(chǔ)可靠性、穩(wěn)定性要求也極為苛刻。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

視頻存入方式主要以流媒體格式寫入存儲(chǔ)，與普通單一文件寫入顯著不同的是視頻監(jiān)控的存入具有顯著的并發(fā)特點(diǎn)，大量并發(fā)對(duì)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤I/O要求極高。

碼流大小 文件大小 碼流大小 文件大小 碼流大小 文件大小96K 42M 320K 140M 896K 393M 128K 56M 384K 168M 1M 450M 160K 70M 448K 196M 1.25M 562M 192K 84M 512K 225M 1.5M 675M 224K 98M 640K 281M 1.75M 787M 256K 112M 768K 337M 2M 900M

視頻監(jiān)控存儲(chǔ)讀寫操作的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，一般是7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，而且?guī)捯惨S持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，這樣才不會(huì)出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，因此系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)穩(wěn)定性要求極為嚴(yán)格。

保護(hù)契機(jī)健全：RAID機(jī)制、冗余機(jī)制等，保證了其無(wú)間斷運(yùn)行。

方案剖析

考慮到針對(duì)不同用戶以及不同應(yīng)用場(chǎng)合下視頻監(jiān)控對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求，我們推薦以下幾種存儲(chǔ)部署及管理策略。

分布式存儲(chǔ)集中管理方式

所謂分布式存儲(chǔ)集中管理方式就是從存儲(chǔ)的部署上看是按照不同監(jiān)控場(chǎng)點(diǎn)的要求部署存儲(chǔ)，而其視頻數(shù)據(jù)的管理則集中在后端管理中心。（如圖1所示）

分布式存儲(chǔ)集中管理方式適用的場(chǎng)景有：小規(guī)模視頻監(jiān)控、安全性等要求不高；前端網(wǎng)絡(luò)帶寬不足等；數(shù)據(jù)保存的周期不太明確。

■圖1

集中存儲(chǔ)分布式管理方式

顧名思義，集中存儲(chǔ)是將視頻監(jiān)控文件統(tǒng)一存儲(chǔ)到整個(gè)視頻監(jiān)控架構(gòu)中間，而分布式管理方式則可根據(jù)不同權(quán)限要求分屬于不同用戶。（如圖2所示）

集中存儲(chǔ)分布式管理方式適用的場(chǎng)景有：大型視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一存儲(chǔ)管理方便，對(duì)視頻數(shù)據(jù)的訪問(wèn)有權(quán)限要求，可根據(jù)超級(jí)管理員對(duì)下一級(jí)監(jiān)控中心分配不同權(quán)限；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好，前端編碼器主要以室外部署為主，適合長(zhǎng)距離傳輸。

■圖2

混合存儲(chǔ)管理方式

混合存儲(chǔ)管理方式是一種根據(jù)具體環(huán)境和要求，部分采用分布式存儲(chǔ)集中管理，部分采用集中存儲(chǔ)分布式管理的方式。這種管理方式的特點(diǎn)是集前兩種模式的優(yōu)點(diǎn)于一身，充分發(fā)揮其架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。（如圖3所示）

混合管理方式及存儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景有：大型綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用；對(duì)各級(jí)用戶權(quán)限有要求，不同權(quán)限用戶對(duì)視頻具有不同的操作權(quán)限；對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求較高，部分重要數(shù)據(jù)要求進(jìn)行備份等，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)較優(yōu)。

■圖3

結(jié)束語(yǔ)

上述三種針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境下的存儲(chǔ)方案應(yīng)用解析，同時(shí)依據(jù)視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，這幾種海量存儲(chǔ)方案不僅可以保護(hù)客戶原有投資，而且可以很好地實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的海量存儲(chǔ)。

長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，武漢軍械士官學(xué)校高炮教研室