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如何打造高性能的视频监控储存系统

原来来自:惠州天志电子 文章作者:惠州监控 发表时间:2013-01-15

文/巴丽娟 浙江宇视科技有限公司   
随着视频监控的不断发展,视频数字化、传输网络化、系统集成化、管理职能化,传统的视频安防系统逐步向IT化靠近。在这必然的市场趋势中,作为整个系统中后端、录像储存的部件和提供视频原件的存储设备成为了整个系统的关键。
一、存储设备的发展轨迹   
视频监控市场的发展并不是单纯的线性发展,不仅前端的摄像机,而且中后端的存储和处理单元都呈现出日新月异的发展,尤其从标清到高清,从简单的视频监控到视频智能分析处理。此外,高清监控所带来的海量高清数据的传输、存储以及分析处理不仅对整个监控系统的产品技术应用要求更高,而且系统成本的压力也十分巨大。这些都成为了高清、智能监控大规模普及的重大市场障碍。而借助于IT行业的先进技术必是一种行之有效的重要引进手段。   
纵观视频监控衍变的历史,不难发现DVR在视频监控从模拟向数字化发展的进程中,扮演了极其重要的角色,可以说DVR开创了数字监控时代。而随着视频监控网络化的兴起,NVR兴起及应用,以NVR产品形态为主的视频储存产品成为了重要的发展方面。而目前相继而出的集中存储、云存储则又是在NVR上的飞跃。
二、视频监控存储特点   
视频监控存储最主要的功能是通过网络接收网络摄像机、视频编码器等设备传输的数字视频码流,并进行存储、管理。它主要具备这些特点:
1.长时间的录像读写操作   
监控系统里普遍要求摄像头设置为7x24小时的不间断工作,不漏任何时间段录像,方便后续的录像回放或取证工作。   
2.恒定码流   
多媒体处理技术和影像压缩芯片技术的快速发展,已经将监控带入了数字高清的领域,前端编码由CIF、4CIF、D1、720P、1080P不断的演进和发展,主流的IP摄像机厂商已经切换到数字高清。   
3.多点接入   
接入的点位数和系统的整体规模密切相关,小型的商业连锁预计在16路接入能力;小型企业的接入点数预计在32~64路;中型企业或楼宇规模约在128~512路之间;以智慧城市为目前的城市监控联网建议的接入点位在1024点位以上。   
鉴于视频监控的存储特点,业界主流的视频监控仍以流媒体转存的架构为主,其中在512路以上的监控系统里,存储模块通常和流媒体服务器捆绑,流媒体服务器的作用在此可见一斑。
三、目前广泛使用的流媒体转存架构   
1.流媒体服务器的构架组成   
传统的视频监控厂商的系统架构以流媒体转存的方式为主,其中流媒体服务器是视频业务的重要模块。流媒体服务器通常包括三个主要功能模块:信令处理模块、视频流发送模块和视频文件存储模块。   
信令处理模块:负责与客户端进行信令的交互,主流的信令协议有:RTSP、MMS等,护短通过信令协议向流媒体服务器发出交互请求。   
视频流发送模块:发送模块顾名思义是负责视频流发送,但却是流媒体架构中最新的模块,主流的监控厂商一般都支持TS(传输流)和RTP(实时协议)两种数据包封装的方式。并且在传输协议中,会大量的消耗设备硬件的资源,所以单台流媒体服务器的发送能力有限,与其硬件的处理能力密切相关。   
视频文件存储模块:流媒体架构下的视频的存储以文件的形式展现,通常以OS的文件系统为主,以10~30分钟打包一个录像文件为主,所有的录像由一个个不同时间段的文件组成,一定时间后,删除文件,再覆盖写入新的时间点文件。   
2.流媒体服务器成为性能瓶颈   
目前流媒体技术已经相当成熟,成功地解决了在网络一边下载一边收听观看的问题,用户在观看生动清晰的媒体演示的同时,不再为等待传输文件而花费大量时间。但在监控局域网中,流媒体服务器面临着监控网络视频传输的特殊需求。   
(1)传统直连监控平台不足   
传统的点对点的直连监控平台具有很多不足点,主要表现在处理能力有限、无存储能力、在跨网段及安全性上存在问题,容易遭受攻击。此外在主干网压力、接入带宽和出口带宽上容易形成瓶颈,在网络负载均衡处理上不理想。
(2)流媒体服务器在监控平台上的功能需求   
流媒体服务器需要提供视频转发、用户认证、权限认证,在此基础上提供优化负载均衡的功能,降低网络带宽需求,提高整个视频分发部分的可靠性。   
视频转发实现复杂均衡   
流媒体服务器需支持监控网内外的视频转发。当有多个局域网客户端、外网多个客户需要访问同一远程画面时,可通过流媒体服务器从前端DVR中抽取视频进行多路转发,从而在广域网上只占用一个通道的资源。转发服务可以有效地减轻广域网的带宽压力,节省网络资源,不影响视频预览实际效果。
系统通过流媒体服务器来分担网络的负载,提供百人数量级的用户同时直接对前端监控主机进行访问,提高了系统的整体可靠性,使整体网络的负载较为均衡,不会在局部产生传输瓶颈。   
安全认证
流媒体服务器因涉及到对外网的视频专访,尤其在政府和公安等涉及部分重点机密区域的监控上,需要从用户、权限等多个方面进行安全认证。通过多重访问限制能有效保证监控中心视频数据的安全性,以便达到不合权限、非法时间的、不在控制列表中的用户无法访问前端主机。   
此外,流媒体服务器需根据访问用户的重要性给予不同的级别,实现高级用户占据优势带宽,实现优先访问。同时根据网络环境情况能对流媒体服务器出口总带宽、前端网络上传视频带宽、前端主机上传通道的路数等多个方面进行限制。   
(3)流媒体服务器在高清监控中的应用   
监控网络发展的趋势已经朝着全数字、全高清IP摄像机的存储,流媒体服务器开始担当高清视频的存储、转发的责任,逐步转化为视频服务器,并随着视频容量的加大逐步和存储网络(SAN)协作发挥存储转发作用,以更好的满足视频存储转发的需求。
四、其他的存储构架选择   
前面详细介绍了流媒体服务的核心模块和架构组成,由于需要进行视频的发送,故单台流媒体服务器的处理能力受限。当前端规模较多时,即前端的大量的媒体流数据都经过媒体服务器转存到后端的存储设备中,所有的视频录像全部需要经过流媒体服务器,流媒体服务器的硬件配置有限,不可能无限承载,流媒体服务器成为整个方案的性能瓶颈所在,媒体服务器的故障可能会影响到整个系统的监控存储业务。   
如果仅仅是物理架构上减少流媒体服务器的形态,逻辑上仍旧采用流媒体服务器架构,只是将流媒体模块合入到I P-SAN里的整改,只是换汤不换药,掩耳盗铃罢了,还是解决不了问题的本质。   
1.NGN的全交换架构   
N-G-N的架构的理念是将业务和数据流分类,在整体方案中部署一个“指挥中心”,所有的指令流汇聚到“指挥中心”,再分发到所有设备。根据分发的策略,数据流从前端发送到后端,无单个的汇聚节点,无需额外的转存服务的物理资源和逻辑资源的消耗。即使在出现异常情况下,不影响“指挥中心”数据流的写入和读取。   
2.数字块直存技术   
前端到后端最简洁有效经济的连接方式协议为iSCSI协议,iSCSI数据块的存储方式写入。可以从根本上的解决流媒体服务器引入的存储的性能、可靠性以及检索效率的问题。   
当监控点的图像需要进行存储时,前端IPC/编码器与IP SAN设备建立iSCSI连接,然后直接采用“数据块”的方式将媒体数据写入存储设备中。通过这种方式,监控媒体数据的存储不需要转换为视频文件,也不需要流媒体服务器,实现了基于iSCSI的“块直存”,从而有效的规避了引发“哑铃效应”的文件系统问题和流媒体服务器性能瓶颈问题。     
“数据块直存储”全交换架构有效地解决了传统监控的问题,实现了非结构化数据的结构化存储。即以非常微小的裸数据块的形式存储监控视频数据,就如同物理上的 “波粒二象性”一样,从宏观上看,视频是以流的模式存储的,提高了读写效率,提升了视频存储的可靠性;从微观上看,视频又是被分割成一个一个的数据块,便于建立索引,提高检索效率,提升检索精度。
五、结语   
随着项目规模越来越大,系统功能要求越来越高,采用新模式将是大势所趋。而随着各类新技术逐渐被采用,存储厂商对于新模式的研发也日臻成熟。应该说就像监控专用硬盘在DVR中的广泛采用一样,视频监控专用I P-SAN存储技术也会成为数字视频监控未来的主流产品,就目前市场发展和技术趋势更新速度来看,存储技术新飞跃值得我们共同期待。

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