淺析視頻監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)NVR的選擇

王 睿

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，在大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)長時間的視頻畫面的存儲，保證瀏覽、回放的通暢，關(guān)鍵在于視頻存儲的模式和技術(shù)。

1 視頻存儲的發(fā)展及現(xiàn)狀[1]

縱觀視頻監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)近30年的發(fā)展歷史，可劃分為三個階段：

1.1 第一階段：模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

90年代初，這一時期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是模擬視頻監(jiān)控，前端采用模擬攝像機(jī)，后端采用錄像帶存儲視頻信息。

1.2 第二階段：數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

90年代后期，采用數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR)作為后端存儲設(shè)備的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速發(fā)展，開始逐漸取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR)主要的作用是將模擬的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在硬盤上。

1.3 第三階段：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2010年起數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐步被更高清、智能的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)所取代，主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)、視頻編碼器及網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)(NVR)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)視頻的錄像及存儲。

2 DVR V.S NVR[2-3]

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲需要不斷更換存儲介質(zhì)(如錄像帶)，而且在查詢監(jiān)控畫面時需花費(fèi)大量的人力，十分繁瑣，正逐步被市場淘汰。

在網(wǎng)絡(luò)化需求的驅(qū)動下，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的市場占比已接近50%，NVR也逐漸開始廣泛應(yīng)用于新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。NVR存儲技術(shù)相比于DVR存儲技術(shù)，在布線、安全性、管理等方面具有明顯優(yōu)勢，具體闡述如下：

2.1 布線簡單，成本低

因?yàn)椴捎媚M前端，DVR到每個監(jiān)控點(diǎn)都需要布置視頻線、音頻線、報警線，布線繁瑣，且需要一定的基礎(chǔ)知識，工程越大，布線的成本就越高；而NVR與監(jiān)控點(diǎn)之間只需要一根簡單的網(wǎng)線連接，布線簡單，很顯然降低了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的復(fù)雜度和構(gòu)建成本。

2.2 數(shù)據(jù)存儲可靠安全[4]

數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR)直接與模擬攝像機(jī)連接，將模擬的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在硬盤上，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲及控制等功能，然而模擬前端無法實(shí)現(xiàn)前端存儲，一旦監(jiān)控系統(tǒng)中心設(shè)備或線路故障時，錄像資料無法從中提??； NVR存儲技術(shù)能夠支持中心設(shè)備存儲、前端存儲及客戶端存儲，并能實(shí)現(xiàn)中心與前端互為備份，一旦因故不能實(shí)現(xiàn)中心錄像時，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)為前端錄像，保證整個監(jiān)控存儲系統(tǒng)的正常運(yùn)行。DVR模擬前端的音視頻信號無法加密處理，很容易被非法截獲；而在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，可以通過AES碼流加密、用戶認(rèn)證和授權(quán)等多種手段來確保網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品NVR的安全性。

2.3 部署自由，監(jiān)管方便

DVR與模擬攝像機(jī)的連接需要考慮傳輸距離以及信號的傳輸損失，所以DVR的物理位置的選取經(jīng)常需要靠近攝像機(jī)，有一定的局限性。如果想要保證長距離的傳輸須采用光纖，但隨著傳輸距離的增加，光纖布線的成本也會大大增加；NVR的布置不受限與物理位置，主需要保證網(wǎng)絡(luò)的連接，考慮視頻流的帶寬的合理分配及部署。

2.4 高清

由于DVR采用模擬攝像機(jī)，攝像機(jī)本身的分辨率直接影響輸出到顯示器上的畫面的分辨率，模擬前端最多支持D1的分辨率，輸出的畫面的分辨率無法高于D1；NVR系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)，可以產(chǎn)生百萬級的像素，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲后可以真正實(shí)現(xiàn)高清畫面的顯示和回放。

2.5 管理

DVR受制于前端的模擬傳輸，無法實(shí)時監(jiān)測和管理傳輸線路及前端設(shè)備，一旦前端設(shè)備或者線路故障，想要查實(shí)具體原因非常困難； NVR的網(wǎng)絡(luò)傳輸可以對前端及傳輸線路實(shí)現(xiàn)全程檢測和集中管理，包括設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測和參數(shù)的瀏覽。

為了滿足高清監(jiān)控的要求，近些年來網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)飛速發(fā)展和普及，而NVR和IPC是一對互相依存、互相促進(jìn)的監(jiān)控產(chǎn)品形態(tài)，這也奠定了NVR作為后端存儲模式的基礎(chǔ)。

3 NVR的選擇

隨著人們對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重視程度日益增高，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模大,監(jiān)控點(diǎn)多,如何集中存儲和有效管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù),是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,所以根據(jù)不同的視頻監(jiān)控系統(tǒng)選擇合適的NVR，具有至關(guān)重要的意義。一臺NVR有幾十條規(guī)格參數(shù)，所以在選擇時，必須對用戶的需求、實(shí)際應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)情況有了解，才能針對性的選擇。

一般情況下，選擇一臺NVR，主要考慮以下因素：

3.1 接入IPC數(shù)量

接入路數(shù)就是一臺NVR最大可以管理的IPC數(shù)量，接入路數(shù)越大，說明NVR的綜合處理能力更強(qiáng)，接入路數(shù)是NVR選型的決定性因素。NVR路數(shù)一般包括：4路、8路、10路、16路、25路、32路、48路、64路、128路或更高。通俗來講，NVR的路數(shù)就是根據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中攝像機(jī)的點(diǎn)位數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，例如12個點(diǎn)位的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可以選擇16路NVR，64個點(diǎn)位選擇64路NVR，100個點(diǎn)位選擇兩臺64路NVR或一臺128路NVR等等。

3.2 硬盤盤位數(shù)量[5]

NVR在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的核心作用之一就是存儲錄像，錄像的存儲時間和硬盤的總?cè)萘坑嘘P(guān)，硬盤接口(盤位)越多，接入的硬盤總?cè)萘繒€性增加，存儲時長可以明顯提升。盤位數(shù)量是NVR選型的重點(diǎn)考慮因素。當(dāng)前主流的NVR接入盤位數(shù)量包括，單盤位、雙盤位、四盤位、八盤位以及更高盤位。

選型時需要考慮攝像機(jī)數(shù)量、存儲天數(shù)、攝像機(jī)碼率來進(jìn)行綜合計(jì)算，得出錄像存儲大小，也就是需要的硬盤總?cè)萘?，根?jù)每個盤位可以接入的硬盤容量大小，從而選擇盤位。

錄像存儲大小=主碼流(M)/8×3600(s)×24(h)×監(jiān)控通道數(shù)×錄像天數(shù)×攝像機(jī)數(shù)量

主碼流/8，是因?yàn)槲覀兯f的監(jiān)控碼流是以比特(bit)為單位。

假設(shè)某項(xiàng)目的高清攝像機(jī)是H.265格式1080P，主碼流約2.3M，攝像機(jī)數(shù)量為60臺，存儲時間30 d，那么錄像存儲大小計(jì)算如下：

2.3(主碼流)/8×3600(s)×24(h)×60(監(jiān)控通道)×30(錄像天)≈44712000MB。

硬盤容量，即硬盤的存儲空間大小，一般有1T/2T/3T/4T/6T，1T=1024G，1G=1024M。需要注意的是，硬盤實(shí)際可用于存儲視頻的容量為總?cè)萘康?0%，即容量系數(shù)為0.9，因?yàn)椋河脖P廠家的標(biāo)準(zhǔn)是十進(jìn)制，因此 1G=1000MB=1000000kB而系統(tǒng)的采用的是二進(jìn)制，所以1G=1024MB=1048576kB

所以錄像存儲大小換算為T則為：44712000/1024/1024≈42.6，按硬盤實(shí)際容量90%計(jì)算則為：42.6/0.9=47.4T，即該項(xiàng)目需要總共47.4T的硬盤才可以滿足存儲需求。

假設(shè)每個接口(盤位)所能接入的硬盤容量最大為6T，為滿足此項(xiàng)目60臺1080P攝像機(jī)連續(xù)存儲30 d，就需要8盤位的NVR。

如果是H.264模式的攝像機(jī)碼率需按照4 M計(jì)算需要的容量。

NVR的參數(shù)信息中一般會有一項(xiàng)硬盤驅(qū)動器的詳細(xì)信息，盤位參數(shù)一般與接口數(shù)量一致，硬盤驅(qū)動器信息中會注明每個接口可以接入的硬盤容量，通過接口數(shù)量和每個接口可接入的最大硬盤容量就可以得出一個NVR的存儲大小。

表1是某品牌NVR參數(shù)中硬盤驅(qū)動器的詳細(xì)信息。

表1 某品牌NVR參數(shù)中硬盤驅(qū)動器的詳細(xì)信息

該硬盤錄像機(jī)的存儲大小最大為8×6TB=54TB，其中eSATA接口為擴(kuò)展接口。

3.3 解碼能力

解碼能力，即NVR將網(wǎng)絡(luò)視頻流轉(zhuǎn)換為可以輸出到顯示器畫面的能力。IPC輸出經(jīng)過編碼后的音視頻數(shù)據(jù)流，需要錄像機(jī)解碼后才能輸出到顯示器上觀看。NVR的解碼能力越強(qiáng)，可以同時觀看的高清畫面數(shù)量就越多。

解碼能力主要影響多路回放的效果，如果需要多路數(shù)同步回放，則需要結(jié)合IPC的分辨率和回放路數(shù)要求進(jìn)行選擇。

解碼能力是NVR選型的重要考慮因素，但不是決定性因素。因?yàn)殇浵駲C(jī)的解碼能力受芯片限制，在不超過最大能力的情況下根據(jù)本地預(yù)覽分屏模式自動選擇主、子碼流預(yù)覽顯示。例如，一臺NVR解碼能力為8路1080P，如果同時接入了32路400萬像素的攝像機(jī)，可以自動選擇以下兩種顯示方式：

單畫面：取主碼流，8路1080P>400萬

32畫面：取子碼流，8路1080P=16路720P=32路4CIF

攝像機(jī)默認(rèn)子碼率為4CIF，所以32個正好可以顯示，不會存在資源不足的情況。

3.4 接入分辨率

由于NVR的實(shí)際解碼能力有限，根據(jù)實(shí)際使用和定位，會限制超過自身最大處理能力的IPC接入。接入分辨率指單路最大可以接入多少像素的攝像機(jī)。例如如果采購了4臺300萬像素的攝像機(jī)，卻選擇了單路最高像素為200萬的NVR，這樣300萬像素的攝像機(jī)就降為200萬像素?cái)z像機(jī)使用，失去了300萬的效果。所以在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，NVR的最大接入IPC分辨率需要高于所管理的所有IPC的最大分辨率。這是選型中必須考慮的參數(shù)。

3.5 編碼方式

IPC主流的編碼方式有H.264和H.265，NVR只有支持H.265編碼，才可以解碼H.265的IPC，而僅支持H.264編碼的NVR是無法解碼H.265編碼的視頻流。 所以，接入該NVR的IPC中如果有H.265編碼的機(jī)型，就需要選擇支持H.265編碼的NVR，否則可能出現(xiàn)無法解碼的情況。

3.6 錄像機(jī)輸出分辨率

錄像機(jī)的輸出分辨率需要根據(jù)攝像頭的像素，顯示器的分辨率來綜合選擇，就像木桶效應(yīng)一樣，監(jiān)控的效果取決于木桶效應(yīng)中最短的那塊板。

如果監(jiān)控中心使用的是4K顯示器，則需要880萬像素的超高清攝像頭搭配支持HDMI輸出4K分辨率的NVR才能體驗(yàn)最好的監(jiān)控效果。

如果攝像頭為1080P，顯示器為1080P，需搭配支持VGA 輸出分辨率最大可以達(dá)到1920*1080(1080P)的NVR才能達(dá)到最好的監(jiān)控效果。

4 結(jié)束語

縱觀近30年來視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化依然是發(fā)展的大方向，NVR做為后端存儲所帶來的在管理，安全，性能各方面的優(yōu)勢也必然會在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中為客戶帶來更好的價值和體驗(yàn)。NVR不單單是一個產(chǎn)品，它更代表著一種技術(shù)，一種概念，一種實(shí)現(xiàn)形式，它必然會在未來的綜合監(jiān)控及云存儲的發(fā)展中貢獻(xiàn)一份力量。