高清时代的视频监控存储系统

 　　一、高清给存储带来的挑战

　　视频监控技术演化已从最初的以磁带录制技术为主，CCTV闭路电视阶段发展到目前基于全IP，智能化和高清H.264的新阶段。纵观这些年视频监控的发展，我们可以看出，视频监控已全面迈向高清，与此对应，大容量的视频存储，视频存储的统一管理，检索和智能分析，带来了监控数据存储的革命性转变， 高清，对存储而言，会带来哪些挑战？

　　大数据块高速写入操作：

　　监控存储系统有别于传统的存储系统，需要有较大的持续写入负载能力，在没有突发事件的情况下绝大部分数据都无任何意义。在监控应用中，视频数据主要是写入流，通常占总流量的95%以上。通用存储系统和它有很大的不同，它们通常有70%的读操作和30%的写操作。

　　视频码流的大数据块和多视频流、低成本码流的需求：

　　监控存储系统需要面对多数据量、高码流和长期存储的压力，同时由于监控行业大多是非运营，非消费，非服务的安全辅助行业，决定了使用者对成本的要求是比较敏感的，低成本成为其必然的要求之一。

　　视频监控每一路码流都是按顺序写入文件的，这些文件通常非常大,硬盘通常采用较大的块(比如64KB)来格式化，而通用存储的文件一般较小,硬盘通常采用较小的块(比如4KB)来格式化。

　　在广电或监控应用中，通常有几百甚至几千路视频码流同时需要存储。如果每路码流都在硬盘的不同物理位置进行写操作,磁头会频繁移动才可以写入多路文件。所以，尽管每一路视频流是连续的，综合结果却是随机的,通用存储设备在这中应用场合下的表现差强人意，  较难适应高路数，高分辨率，长保存时间的视频存储应用，相对带来较高的码流成本，这与视频监控的低成本要求相悖。

　　响应速度：

　　存储子系统要求对视频多数据流的高速响应写入，高稳定性高可靠性，具备低故障率低坏盘率以减少运维成本；在IT应用中，如果存储设备花费较长的时间将数据写入硬盘，存储设备会一级一级地向桌面用户反馈一个请等待信号，用户需要等待几秒把数据最终写入硬盘, 但在视频应用中数据是来自DVB，DVT或来自IP-Cam的实时视频数据，必须按照每秒30帧的速率将数据写入存储设备，如果存储设备的响应不足够快就会造成视频数据丢失，这对于通用存储设备是常见的问题。

　　有限的多码流视频的可视化存储：

　　对于视频传输，最关键的是特定视频帧是否会存储到系统中。NVR软件会因为多种原因丢弃存储帧。缺少可视化存储导致集成困难,特别是将多路视频流加入到系统中。

　　二、视频监控存储系统主要的实现方式

　　视频监控存储系统的主要实现方式有分布式存储和集中式存储，分布式存储更多的集中于点位分布、规模不大的应用场合，产品体现在模拟DVR、NVR上面，根据不同的系统采用不同的设备；集中式存储更多的集中在监控中心、应急指挥中心，集中式存储一般采用IP SAN、FC SAN或存储集群，在前端接入数量庞大、数据安全性要求高以及和智能分析、检索查询需求明显的情况下，确保数据安全性、大数据量存储以及配合平台软件实现智能检索查询、数据挖掘等功能。

　　目前监控存储架构多以分散与小规模相对集中为主，由于网络带宽限制，录像数据多在前端本地存储，部分重要数据上传到监控中心，或者通过远程调用实现管理。当前前端存储仍以DVR/NVR为主，部署简单，但设备分散，扩展、维护、管理不方便，容易造成数据丢失，且不利于数据集中分析，共享性较差，没有实现大联网的应用特性。

　　当前，大数据量和智能检索分析的需求，使得监控必须从传统的分散式DVR存储，迈向集中监控分级存储的时代，存储分布和存储互联技术，发展非常迅速：从存储分布方式上看，视频监控存储的方式由分布式向集中式方面发展，目前，存储分布已经从DVR/NVR存储→ DAS → NAS → IPSAN/FCSAN，向着云存储发展；存储互联技术上，存储已经从以前的直连存储发展到广域网存储，存储协议由单一的本地SATA/SAS发展到多协议TCP/UDP/RTP/RTCP/RTSP，并且已经形成了一定的互联标准。

　　三、市场目前对存储系统的要求

　　目前市场上存储系统的要求分不同的层面。在一些大型项目的存储，平安城市、天网工程、交通、公检法司市场、金融等对于存储数据的安全性、性能、智能查询检索、扩展性及稳定性要求较高，要求事发后可以快速准确且有效的定位到相关的录像片段；例如智能交通的需求，录像能存是基本要求，录像还要可以和处罚系统结合应用，再比如，金融、轨道交通、机场等场景，录像数据还要和智能分析业务单元结合使用，存储设备需要具备与各业务结合能力，可以有效的提供数据给各业务单元使用。在中小型存储项目中，厂矿企业、校园、商铺等应用场合，更多的是在成本与存储性能中间要取得均衡。

　　现阶段，平安城市项目，越来越多的倾向于采用集中存储模式，在平安城市项目硬件规划里提到：多级建设。派出所视频影像资料前端一级平台、公安第二级平台为县公安局视频影像监控中心、市级公安局视频影像监控中心。在三级建设中，二级平台以及市级平台，需求的是汇聚、集中、统一，这个时候，需要的是集中存储产品，最大限度的实现跨级跨区域、跨部门视频监控资源分享和互联互控，保证联网的视频传输的品质，提供一个视频资讯资源的统一监控检索系统，充分发挥视频监控系统在加强社会管理。当然大型平安城市存储系统的建立也要视具体实际情况而言，现实通常都会采用分布式和集中存储交互的方式，采用的分布式存储和集中式存储共同配合的方案，实现所有点位全覆盖，重点区域的视频集中汇集到中心机房存储。

　　由此我们可以看出，对于普通的中小项目，DVR、嵌入式NVR的扩容解决方案是一个显而易见的存储需求，但这也要求厂商从产品的稳定性、兼容性、价格上做更多的考虑。对于大项目中的存储，低成本高可靠性和品牌知名度是关键，这需要存储厂商掌握更核心的存储技术和更好的市场运作。

　　四、涉足安防存储的厂商

　　安防产业规模的迅速扩大，自然吸引更多的厂商加入安防产业链，很多企业高调宣布进入安防行业，在取得市场份额的同时，IT及通信厂商，也在极大的影响着行业的发展，甚至将在整个智慧城市建设中占据技术主导地位。

　　目前涉及安防存储的产品厂家主要有三大类：专业存储厂家、传统IT厂家、安防产品厂家，安防行业是多种产品应用的市场，随着网络化、高清化、智能化的发展，在存储上要求更专业的整体方案。

　　专业存储厂家产品形态单一，不能提供系统的解决方案，但是具备专业优化的存储技术，可按照应用需求做个性化定制，具备专业优化的存储技术，可按照应用需求做个性化定制。

　　但其被动的单一产品进行市场竞争明显不力，同时在民用市场上，各中小项目广泛应用着DVR和NVR这样的差别性极强的行业产品，存储厂商难以进入。此外，虽然专业存储厂商掌握了核心技术，但其性能指标和成本需要专注于监控应用，也也是不小的压力。一般这种厂家会与具有实力的IT厂家或安防厂家合作，真正理解客户和产业的需求，定制出监控专用存储，而不是一台单一的存储设备，这也是存储厂商在安防领域的重要任务。

　　传统IT厂家具备雄厚的服务计算平台和网络建设能力和资源整合能力，同时还具备强大的分销渠道。进军安防的IT及通信设备厂商，与国际IT巨头如IBM、HP、DELL、思科等，都有多年的深层次合作，能够在项目中，利用国际先进的IT及通信技术。在这种大环境下，它可以不必投资过多的存储研发，而是联合专业存储厂商完成整体的解决方案。但其行业经验是不足，缺乏行业品牌效益，需要联合专业存储厂商完成整体的解决方案。一般这种厂商需要联合存储厂商、安防厂商共同推进。

　　安防产品厂家本身就具备安防行业的专业技术和产品，为应对近几年网络集中化的海量需求，自然会投入大量的技术研发，但其缺乏海量数据存储的核心技术，通常采用与专业的存储厂家合作或者直接收购专业存储厂商集成第三方存储设备的方式，应对系统的优化和定制存在瓶颈，实现存储与原有安防产品的无缝融合，整体提升自身的系统解决方案。

　　此外，中国电信、中国移动、中国联通三大运营商业可以提供视频监控存储综合平台服务，在一些大型项目中，具有较大竞争力，其与IT厂商联合，在部分领域甚至是绝对的主导地位。

　　目前在平安城市及智慧城市占据绝对主导地位的为运营商，三大运营商凭借其资金、技术及基础设施建设方面的强大实力，承担了绝大多数平安城市及智慧城市项目的建设，且进军安防的IT及通信厂商，华为、中兴等，都与运营商有深厚的合作关系。

　　IT及通信厂商，技术实力雄厚，已经具备提供城市级乃至国家级整体IT解决方案的技术能力，全球通信、数据网络的建设，也是由几个主要的IT及通信设备厂商与电信运营商共同合作完成的。目前，安防行业的厂商，基本不具备这样的能力。

　　五、存储技术借力融合

　　海量存储在数据接入、查询、冗余设计以及负载均衡方面都由很高的要求，在未来智能检索、深度数据挖掘也会对存储方案有新的要求。传统数据存储厂商、IT厂商具有丰厚的经验，在数据存储、处理方面的技术可以得到承接转移和利用，当前视频监控存储技术也呈现出融合利用的趋势。

　　带宽资源的限制一直是高清监控规模化发展的阻碍，同时，也是视频数据规模化集中存储的拦路石。光网建设，为数据传输建立了高速公路，数据上传到总数据中心或分监控中心，形成分布式集中存储和全集中存储。集中存储系统利用成熟的网络结构，实现数据的集中存储和空间的统一管理，在系统性能、稳定性、共享性、扩容性和管理性等方面都有很好的表现。随着光网大建设的发展，未来数据存储势必朝着规模化、集中化的模式变革。

　　云存储架构为规模化、集中化存储提供了技术支撑，提供了海量数据管理的能力，能支持可靠、高效的数据检索、查询、下载、智能分析等应用服务。对云存储的转接利用，也成为众多安防厂商的探索方向。

　　安防数据多是非结构化类型，数据量较大，IT领域和电信领域类似缓存算法、文件系统优化、磁盘预分配等技术都可优化转移到安防领域。

　　此外，安防引入融合的关键技术技术还包括分布式中心存储技术，保证存储可灵活的部署，集中而方便的调用；容灾冗余技术，保证以较低的成本实现数据的高可靠性；数据索引技术，利用对视频的智能识别、传感器、人工标注等处理手段，对存储内容进行结构化的索引标注，提高对存储内容的检索效率；SVC技术，未来视频的访问方可能是多种多样的，这样就提出了多种视频码流的需求，特别是高清时代，这样多码流的需求对存储容量带来了极大的挑战，而利用基于SVC技术的视频编码技术实现的存储方案将可利用一套录像分离出所需的各种码流，可节约大量存储空间。

　　六、云存储逐渐进入探索实践阶段

　　在安防行业中，云技术已经被引入超大规模平安城市建设中，其关键技术在于云计算。单一独立的设备已经无法满足大规模系统的联网管理，而云技术可实现多设备间协同工作，并行处理单项或多项任务，提供虚拟化、集群化的解决方案。云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。 当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。新一代的云存储技术充分利用了虚拟化集群存储技术，可以实现存储空间的透明动态扩展、多设备负载均衡、多设备冗余等。云存储不止是存储，而是一种存储和应用的结合。

　　云技术在安防行业中已经从理论关注到项目实践尝试，其越来越强有力的支撑着超大规模监控系统建设。从行业技术技术发展上讲，通过运用云存储技术，将存储设备整合成存储资源池，能够极大的简化系统组网结构、提高资源利用率、提供整个存储系统的可靠性，最重要的，能够解决海量高清视频实时存储的问题，解决了高清普及最后一个环节的问题。从对行业推动的角度来讲，云存储技术，将是安防向智能化、网络化、IT化的关键技术，也是从平安城市建设向智能城市建设过渡中的基础性支撑技术。

　　但监控云系统的建设目前存诸多问题：多品牌设备的融合，海量数据的管理，应用服务的质量。首先，监控云要整合的不仅仅是单一厂商的设备，更重要的是开放兼容，支持复杂多样的设备接入，实现协议统一；高清海量视频监控系统存储容量高达数百PB，技术厂商面临着分配管理数据存储空间的技术难题；满足客户多应用需求，同时保证服务质量，如业务不间断，快速响应等，技术厂商面临故障接管，智能负载均衡，数据容灾的技术难题。

　　安防厂家在安防领域中引入云技术是一个很巨大的技术挑战，目前，安防界对于云存储的应用说法不一，总的来说云存储在安防已经开始进入到初步的实践探索阶段，一些有实力的厂商已经开始着力推云存储方案，但就现有的情况，只能借助现有的云系统，结合安防行业的特点，慢慢的引入云技术。
 

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