浅谈网络化视频监控存储解决方案

前言

作为一种有效的安全防范手段，视频监控，是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展的作用主要集中在三个方面：一是事前预警，能够分析异常状况并进行报警；二是实时浏览，能够实时传送监控点图像供用户浏览；三是事件回溯，能够对监控图像进行存储并提供存储资源的按需调用。

其中，事件回溯在目前的视频监控应用中最普遍也最为重要，因为现实情况下，用户更多的是在事件发生后通过回放监控图像来追溯当时的情景。所以，对监控点图像进行有效存储是视频监控系统非常重要的一个环节。

监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。 通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。

得益于近几年网络视频监控建设的持续升温，面向视频监控的存储市场也获得了大幅度的增长。易观国际分析数据显示，2006年用于视频监控的存储系统市场价值达到4.7亿元，而在2007年，随着运营商、政府以及其他各行业对视频监控部署的加速，用于视频监控的存储系统市场价值将达到6.8亿元，年增长率在45％左右。

存储在视频监控领域的发展

存储在视频监控领域的发展与视频监控本身的发展有着密切的联系。视频监控经历了模拟、数字、网络三个阶段，存储在视频监控领域的应用也经历了模拟、数字、网络这三个阶段。

模拟视频监控起源于上世纪80年代，图像的采集、传输和显示都基于模拟设备，图像的存储也基于模拟设备，即磁带录像机（VCR）。由于使用的是录像带，一方面存储容量受到很大限制，另一方面图像检索非常烦琐，而且还无法实现远程调用，另外，在保存时间、系统维护等方面也都有着明显的缺陷。

90年代末，基于数字信号处理（DSP）的数字化视频监控逐渐开始普及，各类编解码技术在图像处理方面获得了广泛应用，经过处理后的图像也可以以数字码流的方式进行传输，图像的存储也开始进入数字化时期。最典型的应用是数字硬盘录像机（DVR），采用在内置硬盘的方式进行图像存储。这种存储方式在保存时间、图像检索、系统维护以及远程调用方面都有了根本性的变化。但是，由于这一阶段的数字化视频监控系统大多带有明显的本地化特征，规模也相对比较小，所以存储也表现出明显的前端化和单机化特征。

近年来，随着信息网络技术的快速发展，通过中心业务平台进行集中管理和控制、以网络视频服务器和IP Camera为前端的网络化视频监控系统开始得到广泛部署。由于架构合理、扩展灵活、层次清晰，网络视频监控能够给用户带来全新的安防应用体验，从而迅速成为构建新一代视频监控系统的主要形式。分布式的前端和平台架构、集中化的管理和控制以及灵活便捷的用户访问，使得网络视频监控系统的存储部分也开始走向网络化。网络化存储给视频监控带来了全新的存储架构，一方面，用户在存储的部署上更加灵活，访问也更简单，另一方面，构建需要实现大容量存储的视频监控系统也更为便捷。

网络化存储在视频监控系统中的应用

从视频监控逐步走向网络化的发展趋势来看，网络化存储将在今后的视频监控系统中扮演越来越重要的角色。网络视频监控系统从两个方面对存储提出了网络化的要求：一是部署和访问上的网络化，考虑到流量和存储空间的合理分配，存储设备在整个系统中的部署位置将趋于分布化和前端化，而从便于用户统一访问的角度，系统中所有存储空间对用户都应该是透明的，用户仅需通过一个接口即可访问所有存储资源；二是存储设备本身的网络化，网络视频监控非常适合大型监控联网应用，为了满足大容量集中存储的需求，存储设备本身要采用先进的网络存储技术以保证空间扩展的灵活性。

优点：1.便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。通过视频分析，可以及时发现异常情况并进行联动报警，从而实现无人值守。 2.适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之外实时监控现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下，数字视频监控能达到亲临现场的效果。即使现场遭到破坏，也照样能在远处得到现场的真实记录。 3.便于查找。在传统的模拟监控系统中，当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录；而在数字视频监控系统中，利用计算机建立的索引，在几分钟内就能找到相应的现场记录。 4.提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器上同时观看16路甚至32路视频图像。 5.系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度高，视频传输可利用有线或无线信道。这样，整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。 正是由于数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控正在逐步取代模拟监控，广泛应用于各行各业。

1、前端存储

所谓前端存储，是在网络视频监控系统的前端设备（如网络视频编码器或网络摄像机）中内置存储部件，由前端设备直接完成监控图像的本地录制和保存。

前端存储具有几个方面的优势：一是可以通过分布式的存储部署，来减轻集中存储带来的容量压力；二是可以有效缓解集中存储带来的网络流量压力；三是可以避免集中存储在网络发生故障时的图像丢失。

对于前端存储，由于单个前端编码设备通常所带监控点路数不多，存储时间也不长，所以对存储容量要求不高，网络摄像机一般用CF卡或SD卡，视频服务器一般用内置硬盘。这与以往单机存储相比，基本没有区别。

而与以往单机存储本质上不同的是，为了保证用户访问的灵活性和便捷性，网络视频监控系统中的所有前端存储除了要能够提供点对点的单机访问外，还要能够通过一个统一的接口提供所有内容的集中共享。为此，网络视频监控系统通过中心业务平台对所有前端存储进行统一管理和调度，并实现存储空间和存储内容的网络化。这样，用户既可以直接登录单个前端设备进行录像资料的点播回放，也可以统一登录中心业务平台进行所有前端录像资料的集中检索和回放。

2、中心存储

在网络视频监控系统中，部署得更多的是中心存储。前端设备采集监控点图像并编码压缩处理成数字监控码流，然后通过网络传送到中心业务平台，由中心业务平台将码流分发给网络录像单元进行集中存储。

在很多大型的视频监控联网应用中，也可采用多级分布的中心存储方式，即分中心存储，这样一方面可以降低一个中心点集中存储带来的存储容量和网络流量的压力，一方面可以大幅度提升系统的可靠性。

使用中心/分中心存储，在以下几个方面具有明显优势：一是对于用户而言，检索和调用录像资源更为方便；二是存储内容的完整性更容易保证，不会因为某个前端设备失窃或损坏而导致重要内容的丢失；三是可以合理的进行资源调度，为前端设备按需分配存储空间，从而节约资源；四是有利于制定多样化的存储策略，以满足用户的个性化需求；五是维护方便，便于集中检测和及时排查问题。

对于监控点路数比较少、存储时间要求不长的应用场合，中心/分中心存储可以采用服务器插硬盘或外接磁盘柜这种比较简单的方式进行部署，称为DAS（直接访问存储），与单机类似。而随着网络视频监控的优势被广泛认可，现在开始出现越来越多的大型甚至超大型视频监控系统，比如“平安城市”建设中的社会面治安监控系统、中国电信和中国网通正在全面推进的“全球眼”和“宽视界”这两大运营级视频监控系统，这些监控系统都面临着前端设备的大规模接入和大容量集中存储的需求。以往的单机存储方式无法满足这些系统在容量灵活扩展方面的应用需求，必须采用更为先进的网络存储设备和存储技术，其中典型的就是SAN、NAS以及iSCSI。

SAN（存储区域网）起源于上世纪九十年代中后期，与DAS不同，SAN基于光纤通道技术，服务器和存储阵列之间通过光纤通道交换机连接，形成专用于数据存储的区域网络。SAN采用了面向网络的存储结构，数据处理和数据存储分离，具有存储空间易于扩展、寻址灵活、可远距离传输数据、I/O性能高、存储设备利用率高等特点，是一种全新的存储体系结构。

存储区域网（SAN）指的是通过一个单独的网络（通常是高速光纤网络）把存储设备和挂在TCP/IP局域网上的服务器群相连。当有海量数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网在相关服务器和后台存储设备之间高速传输。

SAN以光纤通道（FC）为基础，实现了存储设备的共享；突破现有的距离限制和容量限制；服务器通过存储网络直接同存储设备交换数据，释放了宝贵的LAN资源。

与SAN基于专门的光纤通道协议不同，NAS（网络访问存储）基于IP网络实现服务器和存储阵列的互联，使用TCP/IP协议进行通信，以文件级的I/O方式进行数据传输。相比之下，NAS设备的安装、调试、使用和管理更简单，部署成本也相对较低。

iSCSI是IETF一种新的标准协议，即透过IP网络，将SCSI区块数据转换成网络封包的一种传输标准，它和NAS一样透过IP网络来传输数据，但在数据存取方式上，则采用与NAS不同的，而与SAN相同的Block Protocol协议。由此，iSCSI给用户带来的价值在于：第一，iSCSI使SCSI数据包在以太网中传输成为可能，使SAN摆脱了昂贵的光纤网络，通过IP网络即可实现原先的功能，既降低了管理复杂度又降低了成本；第二，由于用户应用需求的复杂性，往往会同时部署SAN和NAS两种存储网络，而iSCSI则可以将两者融合起来。

iSCSI技术是一种由IBM公司研究开发的，是一个供硬件设备使用的可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集，这种指令集合可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。iSCSI技术是一种新储存技术，该技术是将现有SCSI接口与以太网络（Ethernet）技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料。

iSCSI的这些特点非常契合现在的视频监控发展的现状和方向，特别是在运营级视频监控领域，存储的规模大、投入高，基于目前成熟的IP网络进行中心/分中心存储系统的构建，iSCSI技术无疑是一个很好的参考。

3、混合型存储

对于视频监控网络比较复杂，对存储安全性和可靠性要求又非常高的应用场合，可以采用既有集中存储也有前端存储的部署方式，兼有二者的优势，并规避可能存在的风险，是一种比较好的选择。但会带来管理的复杂度和高昂的建设成本，需要根据具体情况而定。

科达视频监控网络化存储解决方案

科达2004年进入网络视频监控领域，并于2006年和2007年上半年分别推出面向运营商的运营级网络视频监控系统和面向行业专网的ViewShot网络视频监控系统，是领先的网络视频监控产品及解决方案供应商。

基于开放、融合的体系架构，科达运营级和ViewShot两大网络视频监控系统可以为用户提供强大的网络化存储解决方案，以满足用户灵活、丰富、个性化的视频监控存储需求。具体应用包括分布式的前端存储、中心存储、分中心存储、客户端存储等多种形式。下图1是科达运营级网络视频监控系统的存储部署方案，下图2是ViewShot网络视频监控系统的存储部署方案。

图1 科达运营级网络视频监控系统的存储部署方案

图2 科达ViewShot网络视频监控系统的存储部署方案

总结和发展

视频监控的存储系统随着存储技术本身的发展而有更多的选择，在实际构建时将需要综合考虑建设成本、系统性能等因素。

视频监控技术的领域是人工智能中的模式识别，通过将智能算法嵌入到DSP中，通过分析和提练人员和车辆二类目标的各种行为模式，形成核心算法；在应用中，通过比较和比对，辨识采集到的视频图像属于何种物体，何种行为，对目标的框架周长和行动轨迹打上标签，作出预警和实时报警，触发录像，并通过网络上传，是最前沿的应用之一，体现着未来视频监控系统全面走向数字化、智能化、多元化的必然发展趋势的不断更新换代，对存储技术也提出了更高的要求。网络化、智能化是视频监控系统一个非常重要的方向，要求能提供基于网络的智能化存储、检索和回放。因此构建下一代视频监控系统，其存储部分将不再是单纯的存储单元，而应该是一个联系前端的智能处理和后端智能检索的整合的系统。

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