安防視頻系統的今天 存儲的壓力與日俱增
2014/2/15 23:52:47
隨著城市安防視頻監控的發展，無疑給監控視頻存儲帶來了一定的考驗。從前端的高清到存儲的高清再到平臺的高清，存儲無疑起到了關鍵的作用。作為安防視頻管理系統信息的終集散地，存儲的壓力與日俱增。尤其在這個數據爆炸式增長的時代，在應用的過程中，傳統存儲技術顯得有些力不從心。
對于高清存儲，主要是根據存儲規模和部署方式進行分類，一般分為兩大類：
以NVR、HDVR為代表的分布式存儲架構：
主要針對中小型的監控環境，如園區、酒店等，一般采用分布式部署方式。存儲產品采用控制器架構、嵌入式操作系統、模塊化設計，具有良好的穩定性、擴展性和管理性，對應的缺點是系統封閉帶來的靈活性不足，但這對于中小型監控環境沒有影響。
主要針對大型的監控環境，如平安城市、智能交通、賽事場館等，采用集中式存儲架構，并實現集中式管理，即所謂云管理模式并采用統一管理和維護。存儲產品則采用開放式存儲架構，比較容易理解，俗稱存儲服務器，即具備存儲功能的服務器，優點是良好的靈活性，可以實現軟、硬件的定制和嵌入，實現監控平臺、服務器、存儲的融合，管理維護更加簡單。其缺點是靈活性會影響穩定性，這就對存儲廠商的研發能力提出了很高的要求。
首先正確分析用戶的實際需求以及應用環境，在IP視頻監控的時代，IP網絡的連通技術上不存在問題，大多是出于成本上的考慮。當用戶監控區域分散而網絡建設成本較高難以負擔時，分布式視頻存儲架構是較好的選擇，視頻存儲設備可以分別設立在網絡的區域接入中心。由于視頻監控點分散對于視頻存儲的容量及性能要求不高，設備的選型較多選用低端的存儲產品，初期的投資較低。
但是，由于選用的視頻存儲設備性能較低，也帶來擴展困難，后期視頻監控數據利用率不高的問題。目前視頻監控系統的發展除了前端設備的高清晰化之外，后臺需要對視頻監控事件的快速處理，這就對數據的分析提出較高的要求，也就是提高了對存儲設備讀寫能力的要求。由于區域接入中心分散，維護保障的相應時間不夠理想。機房環境相對較差，造成設備故障率較高，能耗較大不夠環保。
當傳輸網絡建設成本解決，就可以考慮集中式的存儲架構。視頻錄像集中保存在數據中心，這種情況就可以考慮使用大容量高性能存儲設備。雖然初期的投資成本略高，但是卻有容量擴展空間大、系統性能優異可以充分滿足視頻監控管理平臺后期應用的數據讀寫性能要求，即便初期不考慮安防系統數據的分析和發掘，后期考慮時，在這種架構的基礎上也可以平滑升級。同時設備部署在大型數據中心，由于此類數據中心機房環境好，存儲設備運行穩定極易維護，甚至可以達到IT系統級別的維護管理。極大提高視頻監控系統的可用性。而大型存儲設備的綠色節能設計不但節約了設備本省的電力供應，也降低了空調制冷的電力供應。存儲集中的同時，視頻監控系統的各類服務器也是集中的。通過對服務器的虛擬化，可以進一步優化視頻監控系統的基礎架構，提高系統性能以及可用性同時節約機房空間、能耗。視頻監控系統的基礎架構可以納入到用戶的信息基礎架構之中，系統維護也可以統一有IT部分負責，降低維護人員數量，提高維護水平。
混合式的存儲架構也通常在大型的視頻監控系統中考慮。“集中存儲的方式，管理維護便利、系統總體成本較低，但是存在一次性投入過大、帶寬要求高等諸多問題。分布式存儲的方式則可能有不便于統一管理、總體投資較高的問題。因此，將集中和分布式存儲進行結合部署，一般錄像采用本地存儲，重要的錄像資料通過集中存儲錄像和遠程備份，這樣不僅便于管理，而且有利于數據的回放和查詢，并在一定程度上降低了系統對于帶寬的要求。”藍色星際產品經理焦成平如是說。
目前主流高清視頻監控的分辨率需要達到720線以上，分辨率的大幅提高使得高清監控的畫質得到了顯著的提升，隨之而來的是碼流的大幅增大。可想而知，如果需要成百上千路這樣的高清監控，如此龐大的視頻數據對存儲設備的容量，讀寫性能、可靠性提出了更高要求。作為圖像數據和報警事件記錄的載體，存儲的重要性已不言而喻。當前，存儲已不僅是一個設備而已，而是已經升華到了一個解決方案平臺的地步。大容量的存儲系統并不是存儲設備的簡單堆積，更需要解決存儲機制的完備性、存儲標準以及在時間(存儲數據處理速度)和空間(存儲容量)上的可使用性等問題，還有大容量存儲系統的可管理性要求。高清視頻監控應用對存儲提出了新的要求和挑戰。
高清監控在帶來更高清晰度畫質的同時，隨之而來的是編碼流增大、同樣的存儲時間但存儲數據量增大的壓力。這就要求存儲設備能夠基于高清監控碼流的特性，高效、完整地實現視頻數據的安全寫入。在標清時代，視頻存儲的帶寬是2Mbps，但對于高清視頻來說，至少需要的帶寬是3Mbps，就相同路數來說，高清產品會比標清產品占用更多的帶寬及存儲空間，在多路并發寫的情況下，對網絡帶寬、數據處理能力、緩存等都有較大影響，對存儲的壓力很大，這時候存儲需要有很強的CPU網絡和存儲處理能力、硬盤接口數據處理能力、和專門針對視頻性能的優化處理能力。
不管是高清也好，標清也好，對于數據的存取的安全都應該有一個較高的考慮。在監控視頻的錄像數據必須在第一時間就能保證是完好的，必須要做到對錄像數據的實時性，不間斷性和冗余性;在數據存儲安全上，有RAID技術，RAID技術主要是解決了存儲的三個問題：容量、速度、安全性。目前在原有的RAID技術上，推出了RAID7，不過尚未標準化，存儲使用的較多的還是RAID5，該級別的RAID在速度和安全性上相對平衡，損失單個裸盤的容量并且具備XOR校驗算法防止數據丟失。也可以采用RAID組合，對原有RAID技術上進行多種組合，獲得更高效或者更可靠的RAID方式。另外一種主流的冗余方式就是熱備功能，也叫做HotSpare，熱備技術分為專屬熱備和全局熱備，分別意味著對某一個RAID卷組的特備或對整個設備所有磁盤的熱備支持。大華股份產品經理張慶華表示：“應用集群方式，利用多機熱備冗余技術，設備之間互為冗余和備份，實現分布式計算和數據處理，任一設備故障都不會給業務造成中斷，獲得性能和穩定性上的提升。”
安防監控應用中，由于需要大量存儲設備，存儲設備中的海量數據，必須被有效的管理起來，需要對終使用者的使用提供方便、可靠、透明的支持。安防的大價值就在于數據的存貯與檢索。而高清能提供更加完整清晰、真實可靠的數據。對于公安機關來說，以往案情發生的時候由于模擬信號錄像畫面模糊無法進行定論，也就無法第一時間鎖定犯罪嫌疑人;對于交通管理來說，模糊的畫面進行第一時間進行責任人的鎖定、責任車輛的判定、以及危險品監控等。高清時代的來臨，打破監控錄像更多時候只能作為參考依據的局面。高清數據保存的價值更加重要，需要保證畫面影像不停頓、不延遲、存得住、存的久!
隨著用戶對監控視頻質量的要求越來越高，高清視頻在安防監控中的應用越來越普及，由此帶來了存儲成本與空間的急劇上升。與現在正在使用的H.264編碼技術相比，H.265的高壓縮率特性能夠節省一半左右的存儲空間，從而顯著降低了視頻的存儲成本。
與H.264相比，H.265的大本領是可以在維持畫質基本不變的前提下，讓數據傳輸帶寬減少至H.264的一半。同時其還支持高為7680*4320的分辨率，因此即使是2160P甚至是更高級別的超高清視頻同樣可以通過H.265格式進行編碼。
隨著半導體技術的發展，解決了H.265計算復雜度的瓶頸后，在超高清監控應用方面，就像H.264替換之前的MPEG-2一樣，H.265必然會替換現在的H.264技術。
目前，云存儲已經度過了萌芽期。這是一種借助物聯網云計算的新技術，它將網絡內的存儲空間實現有效的整合，按需分配，從而使存儲信息在整個網絡內部尋找到更加廣闊的存儲空間。尤其對于高清監控來說，云存儲的應用，無疑毫無懸念的突破了傳統監控性能與容量的瓶頸限制。使借助云計算實現存儲的監控平臺，可兒在不同的存儲設備之間，集合形成更龐大的存儲能力，實現從性能到容量的全擴展，這其實也就是我們經常提到而且一直渴望的海量存儲的現實呈現。
雖然在目前的技術下，用云存儲實現對監控系統的全覆蓋還有一定的困難。不過，這并非是由于云存儲的缺陷而造成，而是目前還沒有完全達到所需的普及度而已。因此，云計算對于存儲壓力的緩解，已經被視為未來的有效手段。
隨著圍繞數字化、網絡化開展的各種多媒體處理業務的不斷增加，存儲系統網絡平臺已經成為一個核心平臺，同時各種應用對平臺的要求也越來越高，不光是在存儲容量上，還包括數據訪問性能、數據傳輸性能、數據管理能力、存儲擴展能力等等多個方面。為達到這些要求，一種新興的技術正越來越受到大家的關注，即虛擬存儲技術。
所謂虛擬存儲，就是把多個存儲介質模塊(如硬盤、RAID)通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池(StoragePool)中得到統一管理，從主機和工作站的角度，看到就不是多個硬盤，而是一個分區或者卷，就好象是一個超大容量(如1T以上)的硬盤。這種可以將多種、多個存儲設備統一管理起來，為使用者提供大容量、高數據傳輸性能的存儲系統。虛擬存儲實際上是邏輯存儲，是一種智能、有效的管理存儲數據的方式。虛擬存儲克服了物理存儲的局限，因為它可以把物理設備變成完全不同的邏輯鏡像呈現給客戶，既充分利用了物理設備的優勢，如高性能、高可用，又打破了物理設備本身不可克服的局限性。
虛擬存儲技術以其獨特的技術優勢成為應對上述需求的佳存儲解決方案。通過存儲虛擬化技術，用戶可以以少的IT資源，以經濟有效的方式管理不斷增長的企業數據信息，簡化管理異構操作環境的復雜性。虛擬存儲技術并不僅僅是一個新的技術概念，更重要的是為用戶提供了一種新的存儲實現方式，使企業可以更靈活、更有效、更簡便、更經濟地管理其整個的存儲資源。
應該看到的是，在面對物聯網技術突飛猛進的今天，智能視頻分析技術要解決的不僅是海量視頻數據的分析、存儲等問題，其還將配合云計算及云存儲技術，適用于未來的物聯網架構，幫助物聯網系統進行城市交通、家居、醫療各方面的信息分配，全面提升智能分析技術的應用規模和應用層次，擺脫智能分析技術的應用限制，高效人性的服務于社會信息體系。
從標清逐步“進化”到高清時代，作為此類媒體的存儲介質，原有標清技術清晰度將漸漸不能滿足需要，對于目標的監控要求更加清晰有效、對于錄像的回放更加重視細節的再現，尤其重要的是智能視頻分析的需要。這使得高清視頻存儲向規模化、高速化、集成化方向發展。
隨著高清設備的應用，以及越來越高的文件存儲期限，存儲設備必須要解決是否能滿足這么大數據存儲量的問題。要解決好這個問題，除了要通過應用高性能、大容量存儲系統及存儲解決方案，還要構建下一代視頻監控系統，滿足高清存儲的條件應該是一個聯系前端的智能處理和后端智能檢索的整合的系統，而不是現在的單純的存儲單元。
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