高速公路監(jiān)控視頻上云系統(tǒng)的應(yīng)用探析

王天成 張海泉

【摘要】? ? 近些年來，高速公路監(jiān)控視頻無論是質(zhì)量還是范圍都呈現(xiàn)穩(wěn)步提升發(fā)展趨勢(shì)，在滿足當(dāng)下監(jiān)控市場實(shí)時(shí)視頻顯示需求的同時(shí)，傳統(tǒng)集中式的視頻存儲(chǔ)是文件式存儲(chǔ)系統(tǒng)，將面臨諸多方面的挑戰(zhàn)。而云系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)資源共享、分層存儲(chǔ)等方面體現(xiàn)出系列優(yōu)勢(shì)，能夠適應(yīng)當(dāng)前高速公路監(jiān)控視頻發(fā)展的實(shí)際需求，使得其在高速公路監(jiān)控視頻領(lǐng)域中的應(yīng)用具有良好的發(fā)展前景。本文先是簡單分析了高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)現(xiàn)狀分析，后分析了高速公路監(jiān)控視頻中云系統(tǒng)的特征和應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步探討了高速公路監(jiān)控視頻上云系統(tǒng)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】? ? 高速公路? ? 監(jiān)控視頻? ? 云系統(tǒng)? ? 應(yīng)用

近些年來，安防技術(shù)在科技快速進(jìn)步的推動(dòng)下得以快速發(fā)展，并且逐漸有大量的先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)推廣應(yīng)用在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲(chǔ)系統(tǒng)、視頻圖像高清化等技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。當(dāng)前，我國已建成的高速公路中，監(jiān)控系統(tǒng)都帶有存儲(chǔ)系統(tǒng)，且主要以文件式存儲(chǔ)系統(tǒng)為主。而隨著高速公路監(jiān)控視頻質(zhì)量的提升以及監(jiān)控范圍的擴(kuò)大，使得傳統(tǒng)集中式的文件式存儲(chǔ)系統(tǒng)無法滿足當(dāng)前高速公路監(jiān)控視頻的存儲(chǔ)需求。而云系統(tǒng)本身在網(wǎng)絡(luò)資源共享、分層存儲(chǔ)等方面具有突出優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在高速公路監(jiān)控視頻上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。鑒于此，本文通過分析高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)現(xiàn)狀，進(jìn)一步探討了云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控視頻中的特征、應(yīng)用價(jià)值和具體應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和研究價(jià)值。

一、高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)現(xiàn)狀分析

近些年來，高速公路監(jiān)控點(diǎn)位不斷增多，且監(jiān)控視頻質(zhì)量也是不斷提高，采用傳統(tǒng)的文件式存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨諸多技術(shù)層面的問題，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、高速公路監(jiān)控往往是全天候監(jiān)控，使得視頻存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)量的增長速度是極速的。同時(shí)，視頻存儲(chǔ)文件受制于系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致在同一文件夾中的數(shù)據(jù)無法無限制增加，進(jìn)而使得高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)存在容量上限問題而影響高速公路監(jiān)控視頻的保存[1]。

2、高速公路監(jiān)控視頻質(zhì)量在技術(shù)升級(jí)的支持下，由原來的標(biāo)清逐漸上升到高清，單個(gè)文件大小也從原來的幾百兆節(jié)增加到數(shù)吉字節(jié)，默認(rèn)32位系統(tǒng)不能直接操作，升級(jí)兼容64位可能面臨程序框架的升級(jí)，整個(gè)過程產(chǎn)生了巨大的工作量，且工作難度系數(shù)高。

3、高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合，會(huì)產(chǎn)生大量小文件的刪除、新增等管理工作，并在磁盤中產(chǎn)生大量的文件碎片。文件碎片若沒有及時(shí)清理，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能隨著時(shí)間的延長而變得越來越差。同時(shí)，高速公路監(jiān)控視頻文件的實(shí)施讀寫，程序自身也無法及時(shí)整理，同樣會(huì)影響系統(tǒng)性能[2]。

4、高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)時(shí)，絕大部分文件的修改是采用文件尾部追加數(shù)據(jù)的方式，并不是采用直接覆蓋原有數(shù)據(jù)的形式，使得相關(guān)數(shù)據(jù)在實(shí)際運(yùn)行中無法查詢。高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)完成之后，視頻文件的操作限于讀，且是按照順序進(jìn)行讀，進(jìn)行回放[3]。

二、高速公路監(jiān)控視頻中云系統(tǒng)的特征及應(yīng)用價(jià)值分析

在高速公路監(jiān)控視頻中，云系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定的價(jià)值，總結(jié)體現(xiàn)在節(jié)約成本、處理能力、安全性能等幾個(gè)方面，具體如下：

2.1節(jié)約成本

在高速公路監(jiān)控視頻中，評(píng)價(jià)、采購、配置和管理存儲(chǔ)等是一項(xiàng)系統(tǒng)化的業(yè)務(wù)。云系統(tǒng)能夠完全實(shí)現(xiàn)高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)的完全虛擬化。因此，基于成本角度來說，云系統(tǒng)應(yīng)用在高速公路監(jiān)控視頻中，能夠節(jié)約大量的成本，并具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)和共享功能。在高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)中，要想將視頻文件存儲(chǔ)在服務(wù)器當(dāng)中，必須在服務(wù)器當(dāng)中配置相關(guān)的硬件和軟件，而這些構(gòu)件的配置必然會(huì)增加成本[4]。同時(shí)，為了保證軟硬件發(fā)揮出既有作用，必須聘用專業(yè)人士對(duì)軟硬件進(jìn)行定期的更新和維護(hù)，這必然會(huì)增加一定的人力資本。而云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)中的應(yīng)用，則可以解決這個(gè)現(xiàn)實(shí)性問題，其主要是通過虛擬方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，能夠減少軟件和硬件的購置，并且能夠直接省略相關(guān)的維護(hù)和更新，同時(shí)能夠?yàn)橄嚓P(guān)使用者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，這對(duì)高速公路單位來說無疑是一種有效的成本節(jié)約方式[5]。除此之外，云系統(tǒng)的并行擴(kuò)容方式和自動(dòng)識(shí)別功能，均在成本節(jié)約上具有突出的優(yōu)勢(shì)。

2.2處理能力方面

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)接口往往是封閉的，基本是存儲(chǔ)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)。云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用，單純地人工分析顯然無法對(duì)每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行有效監(jiān)控，這直接彰顯了智能系統(tǒng)分析的重要價(jià)值。隨著SAN存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用范圍的拓展，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的存儲(chǔ)設(shè)備的有效連接，該方式主要基于太網(wǎng)存儲(chǔ)模式，使得其具備更強(qiáng)的擴(kuò)展能力和可管理，進(jìn)而使得高速公路監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、管理、共享等方面具有突出優(yōu)勢(shì)。具體來說，云系統(tǒng)能夠在保證安全、實(shí)用等功能的基礎(chǔ)上，滿足當(dāng)前高速公路監(jiān)控視頻對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可管理性、擴(kuò)展性、性價(jià)比等需求，原因在于云系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)式、客戶終端一體式的特性，使得網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力能夠降至最低，確保高速公路監(jiān)控視頻不受任何影響[6]。同時(shí)，在高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方面，不同節(jié)點(diǎn)的錄像保存在本地，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)磁盤效率得以大幅度提升，進(jìn)而能夠有效降低磁盤碎片，這不僅有利于高速公路監(jiān)控視頻寫入效率的提升，還能夠保證在磁盤損壞后，將視頻回放影響降至最低。

2.3安全性能方面

云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控視頻存儲(chǔ)方面，主要采用基于糾刪碼或者多副本的分布式離散存儲(chǔ)策略進(jìn)行異地存儲(chǔ)。因此，高速公路監(jiān)控視頻無論是面臨何種惡劣環(huán)境，都不會(huì)影響已存儲(chǔ)高速公路監(jiān)控視頻的安全性。對(duì)于傳統(tǒng)的文件式存儲(chǔ)系統(tǒng)來說，管理人員需要對(duì)不同存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行多界面管理，并且要時(shí)刻關(guān)注存儲(chǔ)容量、管理界面的負(fù)載量，若存儲(chǔ)硬盤或者服務(wù)器出現(xiàn)突然性的損壞，極易造成高速公路監(jiān)控視頻文件的丟失。而在云系統(tǒng)中，即使出現(xiàn)了硬盤損壞問題，也不擔(dān)心高速公路監(jiān)控視頻文件的安全問題，原因在于硬盤損壞的同時(shí)，云系統(tǒng)能夠及時(shí)遷移和重構(gòu)，進(jìn)而能夠保障高速公路監(jiān)控視頻文件的安全。除此之外，云系統(tǒng)在實(shí)例和協(xié)議文檔等方面已經(jīng)趨近成熟。具體來說分布式文件系統(tǒng)最早興起時(shí)間是上世紀(jì)七十年代，從早期的NFS發(fā)展到當(dāng)前的Lust Panf等，在系統(tǒng)規(guī)模、性能、可拓展性等方面都趨近完善，能夠極大地提升高速公路監(jiān)控視頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于當(dāng)前高速公路監(jiān)控行業(yè)信令已經(jīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，云系統(tǒng)的應(yīng)用使得高速公路監(jiān)控視頻滿足全國大聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際需求變得有可能。

三、高速公路監(jiān)控視頻上云系統(tǒng)的應(yīng)用分析

云系統(tǒng)的核心技術(shù)是不同地域的網(wǎng)絡(luò)信令通信和存儲(chǔ)磁盤的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有行業(yè)中通用的網(wǎng)絡(luò)單元已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的統(tǒng)一，這為高速公路監(jiān)控視頻在全國多省聯(lián)網(wǎng)直接省略了信令不統(tǒng)一的問題。此刻，云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控視頻上的有效應(yīng)用，只要專注于磁盤級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，云系統(tǒng)在磁盤存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)是整塊磁盤分區(qū)，不同分區(qū)主要按照節(jié)點(diǎn)管理、節(jié)點(diǎn)索引區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)。在云系統(tǒng)中，高速公路監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)具有一致性、文件式等特征。其中，一致性特征指的是高速公路監(jiān)控視頻在云系統(tǒng)中的存儲(chǔ)，主要?jiǎng)澐譃檫B續(xù)的N個(gè)數(shù)據(jù)塊。在高速公路監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)讀取時(shí)，只要掌握數(shù)據(jù)的偏移和長度等相關(guān)信息，即可在云系統(tǒng)中快速且準(zhǔn)確地提取相關(guān)信息。而文件式特征，主要是整體構(gòu)成上體現(xiàn)出來的，同時(shí)，仍然可以使用文件式系統(tǒng)的一算算法設(shè)計(jì)。但是在高速公路監(jiān)控行業(yè)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)，往往存在一定的數(shù)據(jù)特性，具有包括兩個(gè)方面的特點(diǎn)，一是流式，在時(shí)間域上可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)地追加存儲(chǔ);二是與傳統(tǒng)或者現(xiàn)有需求的文件概念存在本質(zhì)的區(qū)別，其可以在任意時(shí)段內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)查詢索引。而現(xiàn)有的普通分布式文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)主要以集中式索引為主，在單路視頻流上主要以TB為單位，只能滿足于錄像計(jì)劃個(gè)數(shù)已知情況下的磁盤空間動(dòng)態(tài)劃分需求，在面對(duì)錄像個(gè)數(shù)未知問題，則無法實(shí)現(xiàn)磁盤空間的動(dòng)態(tài)劃分。

針對(duì)此類問題，流式云存儲(chǔ)磁盤存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)隨之應(yīng)運(yùn)而生，其結(jié)構(gòu)具體可以劃分為若干個(gè)區(qū)域，具體如下：

（1）Super區(qū)域：存儲(chǔ)磁盤的一些固定信息，具體包括每個(gè)區(qū)域的邊界信息。

（2）PlanIndex Segment區(qū)域：根據(jù)國際現(xiàn)行及相關(guān)省協(xié)議的特點(diǎn)，兼容計(jì)可設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)配置方式，信息往往是存儲(chǔ)在磁盤中的固定區(qū)域內(nèi)。

（3）DiskManage Index Segment區(qū)域：在用戶層中，為了便捷每一路視頻流進(jìn)行磁盤空間的動(dòng)態(tài)劃分，應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)存在相關(guān)的信息。

（4）Data區(qū)域：此區(qū)域的主要作用在于存儲(chǔ)高速公路監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通常來說，高速公路監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)按照?qǐng)D像幀幀存儲(chǔ)，參考Mysql等通用數(shù)據(jù)庫檢索方式進(jìn)行索引。具體來說，每一幀圖像按照一定的幀數(shù)進(jìn)行劃分，并且固定設(shè)計(jì)大小進(jìn)行對(duì)齊，這樣一來，每一路視頻流將在固定大小的大文件數(shù)據(jù)塊內(nèi)，可以大幅度提升高速公路監(jiān)控視頻的讀寫效率。

四、結(jié)語

總而言之，在高速公路監(jiān)控視頻中云系統(tǒng)的有效應(yīng)用，無論在網(wǎng)絡(luò)層的分層逐級(jí)分布存儲(chǔ)，還是在磁盤存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的每一幅圖像的快速索引，相比傳統(tǒng)的文件式存儲(chǔ)都體現(xiàn)出高效性、安全性、可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)。不僅如此，云系統(tǒng)在維護(hù)、性能等方面也有突出的優(yōu)勢(shì)，使得高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)難度和成本得以大幅度下降。因此，在高速公路監(jiān)控視頻中，云系統(tǒng)將擁有廣闊的應(yīng)用前景。近些年來，云系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，雖取得了顯著成績，但是在未來的使用中，必須加強(qiáng)云系統(tǒng)應(yīng)用的深入研究，以滿足高速公路監(jiān)控視頻的安全、可靠、智能等實(shí)際需求，才能更好地推動(dòng)云系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并為高速公路監(jiān)控視頻技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)保障。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]孫文杰.云存儲(chǔ)云計(jì)算技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程， 2019（16）：167-168.

[2]肖將.視頻監(jiān)控系統(tǒng)“公有云存儲(chǔ)”的解決方案探討——以浦東機(jī)場為例[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（14）：76-78.

[3]葉安君.云存儲(chǔ)技術(shù)在高速鐵路高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國鐵路， 2018（05）：90-94.

[4]朱世明.面向視頻監(jiān)控系統(tǒng)的云存儲(chǔ)運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國信息化， 2018（03）：59-60.

[5]高玉，張瑋.基于云存儲(chǔ)技術(shù)的高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（11）：187-190.

[6]任靜.基于Hadoop云存儲(chǔ)高速公路遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].西安航空學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，32（05）：60-63.