數(shù)字化視頻監(jiān)控中海量存儲方案應用解析

■張健 余華平 井志勝

數(shù)字化視頻監(jiān)控中海量存儲方案應用解析

■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)中針對不同應用環(huán)境所選用的存儲方式以及應對海量存儲所采取的幾種方案。幾種不同種類存儲方式適合解決不同環(huán)境中視頻監(jiān)控系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)量視頻存儲的要求。

隨著視頻監(jiān)控技術(shù)從模擬過渡到數(shù)字、進而發(fā)展至網(wǎng)絡監(jiān)控，視頻文件的存儲介質(zhì)也由原來的磁帶錄像機、數(shù)字硬盤錄像機（DVR）過渡到目前主流的網(wǎng)絡視頻錄像機（NVR）。其中，早期的磁帶式將前端攝像機采集而來的視頻直接進行錄像，優(yōu)點是：在存儲過程中不需要進行額外壓縮與轉(zhuǎn)換；但存儲數(shù)據(jù)冗余量大、保存周期短；隨著DVR的出現(xiàn)，視頻存儲主要是通過數(shù)字硬盤錄像機進行錄制，磁帶方式很快被淘汰；它采用內(nèi)置或外掛硬盤方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量儲存，但隨著人們對視頻質(zhì)量和保存周期的要求越來越高，DVR也逐漸無法滿足日益增長的海量存儲需求，NVR的出現(xiàn)則順應了存儲技術(shù)的發(fā)展要求，在其儲存模式上可充分利用DAS、NAS、SAN架構(gòu)實現(xiàn)后端大容量存儲，并依靠存儲平臺實現(xiàn)海量儲存的高級功能。

現(xiàn)狀分析

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

舉例來說，某平安城市計劃建設(shè)3000個監(jiān)控點，錄像保存一個月，所有攝像頭采用D1分辨率（2M碼流）進行錄像，而單通道視頻錄像保存一個月需要大約648G，則3000個點共需要1944T，再加上部分磁盤冗余及熱備，總空間將達到大約2PB之多。由此可見，在系統(tǒng)中，存儲容量的需求是成TB級增長。

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

視頻存入方式主要以流媒體格式寫入存儲，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，大量并發(fā)對存儲網(wǎng)絡帶寬和磁盤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)控存儲讀寫操作的特點是持續(xù)時間長，一般是7×24小時不間斷運行，而且?guī)捯惨S持在一個相對穩(wěn)定狀態(tài)，這樣才不會出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，因此系統(tǒng)對存儲穩(wěn)定性要求極為嚴格。

保護契機健全：RAID機制、冗余機制等，保證了其無間斷運行。

方案剖析

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

分布式存儲集中管理方式

所謂分布式存儲集中管理方式就是從存儲的部署上看是按照不同監(jiān)控場點的要求部署存儲，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）

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

■圖1

集中存儲分布式管理方式

顧名思義，集中存儲是將視頻監(jiān)控文件統(tǒng)一存儲到整個視頻監(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）

集中存儲分布式管理方式適用的場景有：大型視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，統(tǒng)一存儲管理方便，對視頻數(shù)據(jù)的訪問有權(quán)限要求，可根據(jù)超級管理員對下一級監(jiān)控中心分配不同權(quán)限；網(wǎng)絡環(huán)境較好，前端編碼器主要以室外部署為主，適合長距離傳輸。

■圖2

混合存儲管理方式

混合存儲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集中管理，部分采用集中存儲分布式管理的方式。這種管理方式的特點是集前兩種模式的優(yōu)點于一身，充分發(fā)揮其架構(gòu)的優(yōu)勢特點。（如圖3所示）

混合管理方式及存儲應用場景有：大型綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用；對各級用戶權(quán)限有要求，不同權(quán)限用戶對視頻具有不同的操作權(quán)限；對數(shù)據(jù)安全性要求較高，部分重要數(shù)據(jù)要求進行備份等，整個網(wǎng)絡及監(jiān)控網(wǎng)絡較優(yōu)。

■圖3

結(jié)束語

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

長江大學計算機科學學院，武漢軍械士官學校高炮教研室