浅析视频监控存储技术的发展

    【CPS中安网 cps.com.cn】在一个安防系统中有大量的摄像头，所以安防系统无法布置大量的人员盯住所有的视频场景。事件的发生也是短暂的，即使发现可疑人物或事件也往往需要事后调取录像，以便仔细分析事件的发生过程，同时研究下次如何避免事件的发生，所以存储必然成为视频监控中最重要的单元。存储不仅最重要，而且存储在方案工程中的占比也比较也比较大，存储中的技术也比较复杂，故研究存储的历史发展和探讨存储的未来就显得尤为重要。

　　国内存储的发展历程

　　第一代存储是早期的监控系统采用的VCR存储，VCR存储实现了最基本的记录功能或记忆功能。

　　第二代的存储是DVR，DVR产品的出现让人们眼前一亮，DVR采用数字化视频图像处理方式，并应用了计算机及网络技术，视频存储在硬盘上，实现了存储的数字化，录像很容易在各种数字介质上转移和复制，而视频的质量不会因此有任何的降低。另外，DVR的存储也可以实现远程网络的管理。

　　第三代存储，这里一直存在争议，有人说NVR，有人说是IP存储。其实这两种存储都是视频存储发展过程中的一个阶段，都可以归纳为网络存储。现在很多用户和工程商将网络和高清等同了，其实这是概念的错位，网络存储最重要的不是解决网络的问题，而是解决高清的问题。早期的IPC确实是解决网络的问题，模拟系统无法让终端的客户控制最前端的摄像头，所以IPC诞生了，随着IPC的发展，我们发现2012年之前只有网络才是解决高清的最好的方式。所以才导致很多人误将高清和网络混淆了。这样我们就很清晰的认识到第三代存储是网络存储，用网络手段解决了高清的问题。

　　NVR和IP-SAN虽然都是网络存储，然而其发展源头不同。NVR是由DVR发展而来的，DVR接模拟摄像头，改为接网络摄像机就是NVR了，所以NVR集成了DVR的各种技术，表现出产品非常成熟和稳定，非常适应安防行业。IP-SAN相比经历了很大变化，早期集中存储方案中IP-SAN是存储的唯一选择，2005年之后，摄像机也开始了IP化的进程。这是DVR还在快速的发展，IP摄像头的数量还比较少，标准协议也没有，开发NVR花费很大，市场又少，所以几乎没有厂家做NVR。IPC厂家通过提供SDK方式，让集成商完成平台接入IPC的工作，从而使得2010年之前绝大部分IPC都采用IP-SAN存储。

　　网络存储的进化

　　两种网络存储方式在发展的过程中都遇到了问题。

　　由DVR进化而来的NVR，遇到了网络能力不足的问题和大容量存储的问题。对DVR而言其网络上传是辅助功能，而对NVR而来网络接入是必须且最重要的功能，所以DVR可以在20Mbps以下带宽下工作，而高清码流都在4-8Mbps，20Mbps码流只能接4路。NVR作为网络存储不受地理位置的限制，高集成度带来成本的降低，所以项目往往需要更多路数的设备，于是最大8个盘位的设备难以满足项目的需求了。这两个问题的解决主要依赖NVR系统架构的变化，一些厂家采用嵌入式X86的方案，既能保证产品的稳定性，又让产品的存储能力和网络能力产生了突飞猛进的发展，如浙江大华2011年推出的DH-NVR6000，让NVR从32Mbps的接入能力直接跳到了384M，提升了12倍，同时支持的硬盘数量也提升到16块。

　　IP-SAN遇到的是另一类问题，相对NVR的分布式架构，IP-SAN采用了集中管理的方式，接入、存储和转发都需要依赖服务器。视频的数据量非常大，于是服务器承载了相当大的负载，这在理论和实践中都给服务器带来了挑战，视频直存的概念被提出来，如2010年浙江大华推出的SVR系列。

　　视频监控存储发展展望

　　存储是监控系统中的一部分，所以存储的发展趋势就离不开视频监控的发展趋势，或者说视频监控的发展决定着存储的未来和方向。高清和网络是我们对前几年视频监控发展历程的概括，前面也分析了高清和网络对视频存储的影响。那视频监控未来应该是什么样的呢?

　　从应用的角度看，以客户使用的过程我们可以追溯到这样几个需求：

　　1) 录像存储

　　视频监控系统最基本的就是需要保证录像存在，录像存在就是要保证视频监控系统的稳定性。

　　2) 录像要有效

　　有录像不是目标，必须保证录像是有效的，高清就是录像有效性的条件之一，录像虽然存在，如果看不请场景往往是无效的，也辨别不出需要监控或查找的对象。

　　3) 录像容易查找

　　在大量的录像目前，有效的录像比较少，查找录像变成了大海捞针，工作量非常大，可能耽误了宝贵的破案时间，所以用户非常期待需要的录像录像可以快速的被查到。

　　4) 低成本

　　低成本虽然不是项目必然因素，然而却是项目非常重要的一个因素。

　　这四个需求，不是孤立的，而是相互联系的。我们来详细分析和阐述下用户的这几个需求。

　　录像的存在要求更加稳定的产品

　　有录像是靠系统的稳定性保证的，系统的稳定性包括产品的稳定性、网络的稳定性、方案的稳定性和平台的稳定性等等。和存储相关的，这里我们只谈产品的稳定性。

　　产品的稳定性需要依赖如下几个方面：1)存储产品向嵌入式转变，软件采用嵌入式系统，硬件也采用嵌入式系统，即使用X86系统，仍然可以采用嵌入式X86方案，以降低产品的功耗，降低设备的温度，提高产品的稳定性，延长产品的寿命。2)采用冗余部件设计，如采用双控方案，双电源设计，多风扇设计，采用Raid技术，甚至Raid6技术，Raid6可以在损坏2块硬盘时仍然保证数据的完整性。3)系统中产品的冗余和备份，如n+1甚至n+m技术的应用。

　　录像的有效性要求存储具有更大的存储空间、更宽的网络

　　前面提到高清就是保证录像的有效性，目前高清已经发展到1080P和3M为主流了，1080P和3M会清晰的看到监控场景中较近范围内人的轮廓和面部特征，监控不同于我们DV，室外监控往往会需要看更远距离和更大的目标范围，所以越来越大的分辨率必然成为区域。分辨率越来越大，录像也越来越大，所以具备更大存储空间是存储设备的一个明显趋势。

　　另外，IPC的有效性也是录像有效性的必备条件。目前的网络存储包括IP存储和NVR存储，IPC的实效性，包括IPC是否正常运行，IPC是否断网，镜头是否被认为遮挡，IPC镜头是否干净，录像是否有太多噪点，录像是否偏色，是否有条纹，录像码流是否正常等等情况，这些都需要系统进行检测。如果采用IP存储，系统应该有巡检服务器，如果采用NVR存储，作为分布式管理的设备，NVR直接管理IPC，所以NVR必须有巡检或视频质量诊断功能。

　　录像容易被查找要求智能存储

　　如何才能让录像容易被查找，这就是智能化的一个重要的功能，目前录像被存储到硬盘上，查找时，一般需要连续看完所有的录像，可能配上多画面回放或快速回放技术。人在长时间看录像时会产生辨识疲劳，经常遗漏录像中重要的线索，如果采用多画面回放和快速回放更容易遗漏目标。采用智能存储，一个方向是将非结构化视频录像进行结构化存储，在录像过程中对录像中的物体的变化进行识别并编码存储到数据库中，数据库再进行二次索引，这样查找录像时可以非常快。

　　录像识别和归类，这两个技术难点突破后，编码技术和索引技术都非常成熟。

　　网络产品的存储和模拟不同，编码主要在前端实现，后端主要是建立数据库和进行索引。

　　这固然可以减轻后端的压力，却带来了系统的难度，需要前后端进行规范化编解码规范。在IPC与后端(尤其NVR)对接的过程中，我们经历了3-4年才基本完成。相对于前后端只是接口的对接，智能化需要统一编解码规则，需要IC直接统一规则，所以智能化将更加的复杂，在这个复杂的进程中，谁先启动，谁将在标准化的过程中占据天然优势地位。

　　可喜的是，目前我们可以看到有对目标或目标活动的很多辨识技术已经诞生，并逐渐走向成熟，如人脸识别技术，伴线技术，围栏技术，物品搬移技术。

　　数据库方面的技术我们可以看到标签技术就是个对录像进行归类，并建立数据库进行查收的一个雏形。

　　低成本要求方案更加简单，产品更容易维护

　　成本的降低主要依赖如下几个方面。

　　1)原材料的成本降低

　　原材料主要是IC成本的降低和集成度的提高。

　　2)系统方案的简化

　　我们注意到一个趋势，行业内几个主要厂家都在宣传直存的产品具备转发的性能，这就是从解决方案上节省成本。直存不仅更加稳定，而且节省接入服务器，如果存储上具备转发功能，又节省了转发服务器。

　　我们知道,NVR具备解码的功能，随着CPU性能的增强，解码性能提高也很快，利用NVR的解码性能，或者再增配解码芯片，这样NVR可以解几十路高清视频，配上多路HDMI输出口，完成直接解码上墙的功能。如大华的DH-NVR724可以同时实现接入，存储，转发和解码上墙一体化的功能，以前一个系统，多台设备完成的功能，现在只要一台设备即可。

　　3)降低项目维护成本

　　低成本不能只考虑产品直接成本，还需要考虑到给项目带来的间接成本，即项目整个周期的成本。产品在设计之初考虑便利性维护，如采用模块化设计的产品，只需要将坏的模块拔掉换一个即可，这样不仅节省了维护时间，同时降低了维护的难度，用户可以自行维护，节省了大量的售后服务费用。

　　行业化将是NVR发展的长期方向

　　客户的基本需求解决之后，然后是各种应用领域的不同，对应的要求也不尽相同。

　　要求主要体现在两个方面，一是行业对规格的不同，如石油石化等需要防腐，野外勘探监控需要防尘，一些需要放在室外盒子里的NVR需要同时具备防尘和宽工作温度范围的特点。而是行业需要功能不同，比如一些行业需要语音播报，一些行业需要对一些录像进行选择性的保护。一些行业具有统一的平台，需要我们存储系统与平台对接，接收平台的信息或发送给平台其采集到的信息。

【作者单位：浙江大华技术股份有限公司】