數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲需求分析

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲需求分析

近年來，隨著數(shù)字時(shí)代和計(jì)算機(jī)科學(xué)的到來，數(shù)字安全工程的過程逐年推進(jìn)。數(shù)字錄像技術(shù)的誕生,使得傳統(tǒng)的模擬信號得以向數(shù)字信號轉(zhuǎn)化。從M-JPEG、MPEG1、MPEG2乃至當(dāng)今的MPEG4技術(shù)的不斷改進(jìn),使得圖像畫質(zhì)更清晰,而單個(gè)圖像文件體積更小的優(yōu)勢體現(xiàn)得愈發(fā)充分,視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化已成為大勢所趨。據(jù)統(tǒng)計(jì),到2010年,我國數(shù)字視頻安防監(jiān)控市場規(guī)模將有望達(dá)到5000億元。目前,數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)多采用兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型:一種是以數(shù)字錄像設(shè)備(DigitalVideoRecorder,DVR)為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng);另一種是以網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻服務(wù)器(NetworkMediaVideoSever,NMVS)為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)類型都是以數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)對視頻及音頻文件的采集、壓縮、傳輸和存儲,都能夠更好地適應(yīng)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)日益明顯的采集點(diǎn)數(shù)量多且分散的特點(diǎn),同時(shí)還具有文件傳輸更可靠,保存與調(diào)用更方便,整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)更容易擴(kuò)展,更便于管理等一系列優(yōu)點(diǎn)。視頻存儲dvr/nvms根據(jù)自2007年8月1日起實(shí)行的《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50395-2007)中5.0.4條第三點(diǎn)的要求:“……數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)虛擬交換/切換模式的系統(tǒng)應(yīng)具有系統(tǒng)信息存儲功能,……”。以DVR或NMVS為核心的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)很好地適應(yīng)了此項(xiàng)要求,利用磁盤作為介質(zhì)將視頻音頻文件進(jìn)行儲存并隨時(shí)可供回放調(diào)用。然而,隨著時(shí)間的推移,視頻及音頻數(shù)據(jù)越來越多,整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲的需求開始急劇增加。要滿足數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲的需求,我們不妨先來分析一下數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲的需求特點(diǎn)。概括地來講,其需求特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:1.不同視頻線路的區(qū)別數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲容量需求會隨著對畫面質(zhì)量、畫面尺寸、以及視頻線路路數(shù)的不同了有所區(qū)別。一般而言,畫面質(zhì)量越高、畫面尺寸越大、視頻線路路數(shù)越多,則要求的數(shù)據(jù)存儲容量越大。2.對存儲性能的要求很少3.對存儲的解決方案的評價(jià)綜合以上幾點(diǎn),目前數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的存儲解決方案主要有兩種:一種是分布式存儲解決方案;另一種是集中式存儲解決方案。分布式存儲解決方案的主要特點(diǎn)是:磁盤陣列系統(tǒng)作為存儲容量的擴(kuò)展解決方案,被直連于各分散的NMVS系統(tǒng)。這使得NMVS系統(tǒng)本身的容量緊缺問題得到了很好的緩解,并且也優(yōu)化了視頻及音頻數(shù)據(jù)的調(diào)用、回放過程,使得對資料的讀取更高效。然而,由圖2的數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖我們也可以很清楚地看到,在面臨系統(tǒng)擴(kuò)容和資料管理及共享等問題時(shí),分布式數(shù)據(jù)存儲的弊端也就暴露了出來:首先,由于分散式存儲方案中的磁盤陣列系統(tǒng)都是與NMVS系統(tǒng)以直連(DirectAccessStorage,DAS)方式連接,信息孤島的產(chǎn)生就在所難免。這不僅增加了對監(jiān)控系統(tǒng)全局信息的管理難度,還形成了信息共享的斷層,同時(shí)也無法保證數(shù)據(jù)的安全性。其次,由于監(jiān)控系統(tǒng)對各NMVS系統(tǒng)的視頻音頻文件的質(zhì)量、數(shù)量、保存周期等方面的要求不盡相同,造成了對直連存儲設(shè)備的性能、容量、擴(kuò)展性等方面的不同要求。這就對監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作和設(shè)備采購工作形成了巨大的壓力,容易對整體造價(jià)及升級預(yù)算產(chǎn)生較大的影響,造成較大的偏差。第三,分布式存儲的擴(kuò)展性能也非常有限。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)在追加NMVS系統(tǒng)數(shù)量時(shí),我們不得不考慮為新增的系統(tǒng)配備新增的磁盤陣列系統(tǒng),以求保證信息的存儲容量足夠大。這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)擴(kuò)展成本隨監(jiān)控規(guī)模的擴(kuò)大而迅速增長。因此,隨著數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控范圍上的逐漸延伸,以及在視頻音頻信息體積上的急劇增加,分布式存儲解決方案顯然已不再適用。于是,更加高可用,超大容量,易擴(kuò)展的集中式存儲解決方案應(yīng)運(yùn)而生。集中式存儲解決方案的主要特點(diǎn)是:磁盤陣列存儲系統(tǒng)作為存儲容量的擴(kuò)展解決方案,采用SAN(StorageAreaNetwork)連接方式為整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供一個(gè)超大容量的共享存儲空間。這種集中式的存儲形式不僅能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于存儲在性能、容量、擴(kuò)展性等的各方面要求,同時(shí)也很好地彌補(bǔ)了分布式數(shù)據(jù)存儲存在的諸多不足,成為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的首選數(shù)據(jù)存儲解決方案。由圖3的數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖我們也可以很清楚地看到,集中式存儲解決方案主要具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:1、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中化由于集中式存儲采用將各路視頻音頻信息收集到統(tǒng)一的大容量存儲空間中,這樣就實(shí)現(xiàn)了信息的集中化。在這種集中式的存儲和管理模式中,不僅能夠降低分布式存儲中存在的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn),易于對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,而且更便于對存儲設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。同時(shí),也在監(jiān)控系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)過程中就實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備采購可行性的平衡。2、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享由于信息是統(tǒng)一存儲在共享存儲介質(zhì)中的,我們只需對需要訪問共享存儲的設(shè)備進(jìn)行簡單設(shè)置,就可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的共同訪問和共同利用。這不僅能夠保證上級指揮系統(tǒng)對全局?jǐn)?shù)據(jù)的整體掌控,加強(qiáng)各級部門的協(xié)同聯(lián)動作業(yè),更重要的是為數(shù)據(jù)挖掘提供了條件,大大提高了數(shù)據(jù)利用率。3、系統(tǒng)升級成本由于集中式存儲系統(tǒng)中的存儲設(shè)備更集中,因此在系統(tǒng)需要擴(kuò)展的時(shí)候只需向原有的磁盤陣列存儲系統(tǒng)增加硬盤或級聯(lián)同性質(zhì)磁盤陣列或連接擴(kuò)展柜即可。這不僅維持了存儲系統(tǒng)的集中性,同時(shí)也更加容易部署,能夠更好地控制系統(tǒng)升級成本。并且也保證了將來的維護(hù)工作的簡易性。4、數(shù)據(jù)安全管理集中式存儲解決方案采用大容量的磁盤陣列存儲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了存儲設(shè)備及介質(zhì)的統(tǒng)一,大大減小了分布式存儲單點(diǎn)故障的發(fā)生率,有效保證了數(shù)據(jù)存儲的不間斷性和完整性。同時(shí),由于對數(shù)據(jù)采用集中管理,我們可以通過讀寫權(quán)限進(jìn)行分級設(shè)置來實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)安全等級,從而進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)的安全性。由此可見,集中式存儲解決方案具有存儲容量更大、數(shù)據(jù)可共享、擴(kuò)展性能更好、管理更便捷等優(yōu)勢,更適用于目前的數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)。中央存儲解決方案用于數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)1、方式2:集中存儲+分布式存儲在實(shí)際應(yīng)用中,中小型的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)占有相當(dāng)大的比例。這類應(yīng)用主要使用在樓宇內(nèi)部走道及電梯安全監(jiān)控、大中型超市及倉庫防盜監(jiān)控等環(huán)境中,其需求特點(diǎn)主要表現(xiàn)在:1)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量不多,但相對分散;2)對存儲系統(tǒng)的性能要求不高,一般依附于已有局域網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路;3)7×24小時(shí)監(jiān)控不間斷,對存儲設(shè)備進(jìn)行持續(xù)性寫操作,而讀操作相對很少;4)數(shù)據(jù)保存時(shí)間很短,一般在10～15天左右針對以上需求特點(diǎn),我們一般采用如圖4所示的集中式存儲解決方案。在此方案中,所有監(jiān)控設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)各路局域網(wǎng)傳輸線路匯總至一臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過局域網(wǎng)鏈路存儲到磁盤陣列設(shè)備上。此種方案的優(yōu)點(diǎn)在于:將分散的監(jiān)控點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行存儲和管理,節(jié)省存儲系統(tǒng)維護(hù)成本;采用高可用的磁盤陣列設(shè)備,保證監(jiān)控系統(tǒng)的連續(xù)不間斷運(yùn)行;依附已有的局域網(wǎng)鏈路作為數(shù)據(jù)傳輸通道,有效控制監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建成本;可通過直接添加硬盤,或級聯(lián)磁盤陣列,或添加擴(kuò)展柜的方式實(shí)現(xiàn)對存儲系統(tǒng)的擴(kuò)容,節(jié)省升級成本;2、分布式存儲解決方案系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用,主要考然而隨著數(shù)據(jù)的逐漸增多和監(jiān)控范圍的不斷延伸,現(xiàn)有的數(shù)字視頻監(jiān)控架構(gòu)存儲系統(tǒng)需要進(jìn)行合理擴(kuò)展,并盡量削弱前期部署所帶來的一些硬傷。對此,我們可以采用如圖6所示的集中式存儲解決方案對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。以上方案的主要特點(diǎn)在于,采用SAN存儲架構(gòu)的基本思路,通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將視頻監(jiān)控點(diǎn)及視頻服務(wù)器與后端的不同存儲平臺進(jìn)行連接,這樣即保證了繼續(xù)發(fā)揮已投入設(shè)備的作用,避免了設(shè)備二次投入的浪費(fèi),同時(shí)又大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,為今后整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展和升級預(yù)留了足夠的空間。3、建設(shè)模式和存儲解決方案目前,我們國家正處于構(gòu)建和諧社會和建設(shè)小康社會的進(jìn)程中,安全問題是群眾關(guān)心的一大熱點(diǎn),和諧必須要有安全作為保障。政府的方針是求發(fā)展、求穩(wěn)定、求和諧、求平安。平安城市“3111工程”正是在這種大環(huán)境下,由公安部組織的旨在全國范圍內(nèi)全面推動城市治安監(jiān)控建設(shè)的重大工程項(xiàng)目。它旨在通過技術(shù)手段,以打擊、預(yù)防違法犯罪為目的,滿足人民求發(fā)展、求穩(wěn)定、求和諧、求平安的良好愿望。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由七個(gè)層次組成:視頻監(jiān)控點(diǎn)、社會監(jiān)控資源、一級監(jiān)控中心、二級監(jiān)控中心、三級監(jiān)控中心、用戶分控終端、省部級監(jiān)控中心。系統(tǒng)以公安專網(wǎng)為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺,實(shí)現(xiàn)城域范圍內(nèi)基于不同網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)成的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)之間的互聯(lián),向省部級公安機(jī)關(guān)提供統(tǒng)一格式的圖像傳輸。通過聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),各級公安機(jī)關(guān)和相關(guān)部門可以監(jiān)控、瀏覽、查詢設(shè)立在治安復(fù)雜場所、重點(diǎn)部位、主要街道、案件多發(fā)地段、重要路口、卡口等地點(diǎn)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)圖像,直觀地了解和掌握監(jiān)控區(qū)域的治安動態(tài),可以做到對緊急事件的快速反應(yīng),有效提高社會治安綜合管理水平。由此我們不難看到,平安城市“3111”試點(diǎn)工程的建設(shè)目標(biāo)就是要在城市范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)由不同設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)和互操作,綜合利用各種監(jiān)控和報(bào)警資源,逐步實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。其建設(shè)原則包括:互通性,實(shí)用性,擴(kuò)展性,規(guī)范性,易操作性,安全性,可靠性,可維護(hù)性,可管理性,經(jīng)濟(jì)性。而在構(gòu)建區(qū)域性城市范圍數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的過程中,如何將監(jiān)控設(shè)備采集到的視頻音頻海量數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、發(fā)布、共享和充分利用,將是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)問題之一。此類型數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)包括:1)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多、分布分散;2)監(jiān)控產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大;3)對存儲系統(tǒng)的性能要求不高,一般依附于已有千兆以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路;4)數(shù)據(jù)傳輸過程中由于視頻及音頻文件的格式一定而帶寬比較恒定;5)7×24小時(shí)監(jiān)控不間斷,要求存儲設(shè)備進(jìn)行持續(xù)性寫操作的性能要好,而讀操作相對很少;6)數(shù)據(jù)保存時(shí)間較長,重要地點(diǎn)的數(shù)據(jù)甚至要求保留3個(gè)月以上,因此對存儲容量的要求和擴(kuò)展性要求都非常高;基于以上需求特點(diǎn),我們采用集中式存儲解決方案無疑是適用于此實(shí)際應(yīng)用需求的。在圖7的視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖中我們可以看到,通過將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為流媒體的前端,將NMVS作為文件的處理載體,采集和處理視頻音頻數(shù)據(jù)。同時(shí),通過采用千兆以太網(wǎng)鏈路將NMVS系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與磁盤陣列存儲設(shè)備相連,形成共享的集中式存儲平臺。甚至可以通過NMVS系統(tǒng)的點(diǎn)播能力,實(shí)現(xiàn)對集中式存儲平臺資源的檢索功能。圖7所示的鏈路中,可以全部采用千兆以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在預(yù)算允許的情況下,為了獲得更高的傳輸及存儲讀寫性能,我們可以將藍(lán)色鏈路部分替換為光纖線路連接。這樣,我們就能夠通過集中式存儲解決方案的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)一個(gè)高可用、高可靠、高安全、易管理、易維護(hù)、易擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)。在構(gòu)建這一系統(tǒng)的時(shí)候,我們在磁盤陣列存儲系統(tǒng)的選擇方面應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則:1間斷作業(yè)方面我們選用的磁盤陣列存儲系統(tǒng)應(yīng)該具備高可用性。這樣才能保證集中式存儲系統(tǒng)對于整個(gè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在不間斷作業(yè)方面的連續(xù)性和穩(wěn)定性。一般來說,選用的磁盤陣列存儲系統(tǒng)最好能滿足不低于500000小時(shí)的平均無故障時(shí)間(MeanTimeBeforeFailure,MTBF)。2基于模塊化設(shè)計(jì)的磁盤陣列存儲系統(tǒng)在選用磁盤陣列存儲系統(tǒng)的時(shí)候,高可靠性也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。因此,我們通常建議采用具備模塊化設(shè)計(jì),并且控制器、數(shù)據(jù)傳輸通道、電源、風(fēng)扇等各方面都具備冗余特性的磁盤陣列存儲系統(tǒng)。這樣,就能保證將磁盤陣列存儲系統(tǒng)內(nèi)部的單點(diǎn)故障率控制在最低,確保整個(gè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。3讀取方式為順序讀取盡管數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于磁盤陣列存儲系統(tǒng)的性能要求不是特別高,并且讀寫方式多為順序讀寫。但是,為了能提供更大的傳輸帶寬,同時(shí)更好地共享數(shù)據(jù),進(jìn)行更高效率的數(shù)據(jù)挖掘和利用,我們通常建議采用控制器運(yùn)算性能及通道傳輸性能都較高的磁盤陣列存儲系統(tǒng)。4基于多級4s-4s的磁盤陣列存儲系統(tǒng)為了保證數(shù)據(jù)在磁盤陣列存儲系統(tǒng)上的安全性,我們通常建議采用支持多級RAID保護(hù)的磁盤陣列存儲系統(tǒng)。如果出現(xiàn)磁盤陣列存儲系統(tǒng)掉電的情況,我們希望能有一種機(jī)制可以保證高速緩存中的數(shù)據(jù)不致丟失。這樣,就能更加全方位地為數(shù)據(jù)提供高安全性的保護(hù)。5系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)碼時(shí)對于存儲在其它盡管在上述解決方案中,存儲系統(tǒng)被集中起來作為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的一部分,但是,其對于自身的管理也是同樣非常重要的。甚至包括對存儲在其中的數(shù)據(jù)同樣需要系統(tǒng)的管理。例如:在視頻及音頻文件回放的過程中,我們可能遇到由磁盤壞道導(dǎo)致的文件播放不流暢甚至卡死,而具備良好數(shù)據(jù)管理的磁盤陣列存儲系統(tǒng)則可以將此段壞道智能地越過,從而保證回放時(shí)視頻的流暢性。6存儲的性能分析由于在整個(gè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,隨著視頻及音頻文件的增加,加之對文件的保存時(shí)間要求很長,數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆炸式的增長。因此,具備良好的擴(kuò)展性是我們在選擇磁盤陣列存儲系統(tǒng)過程中不可或缺的重要因素。包括容量擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)是否簡便,也是我們在計(jì)算TCO的過程中必須考慮的問題。除了以上提及的幾點(diǎn)選擇原則之外,我們還應(yīng)該綜合以上指標(biāo)去考慮一下整個(gè)磁盤陣列存儲系統(tǒng)的性能價(jià)格比。只有這樣,我們才能盡量發(fā)揮出集中式存儲解決方案的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)真正意義上的和諧適用存儲解決方案應(yīng)用。由于受到傳輸線路帶寬及