視頻存儲熱備份控制技術在城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

文｜ 寧波三維技術有限公司 葉利芳

視頻存儲熱備份控制技術在城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

文｜ 寧波三維技術有限公司 葉利芳

本文針對目前建筑智能化及城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，海量圖像數(shù)據(jù)的存儲可靠性因受到存儲設備故障的影響而得不到保障的問題，提出了一種視頻存儲熱備份控制技術。該視頻存儲熱備份控制技術較好地實現(xiàn)了視頻存儲過程中對存儲設備工作狀態(tài)的實時監(jiān)測，以及存儲設備出現(xiàn)故障時的數(shù)據(jù)快速轉移備份的功能，為城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的海量圖像數(shù)據(jù)不間斷錄像存儲提供了一個技術解決方案。

視頻監(jiān)控 視頻存儲 尋路算法 熱備份 狀態(tài)監(jiān)測 故障上報

1 存儲熱備份控制技術的需求背景

在大型建筑智能化安防和城市治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用嵌入式硬盤錄像機來實現(xiàn)海量圖像數(shù)據(jù)的存儲已經(jīng)成為一種典型的應用模式。控制中心機房中的硬盤錄像機一般少則十幾臺，多則幾十臺。為了確保這些圖像記錄設備正常工作，管理人員需要頻繁地通過接入監(jiān)視器進行面板操作來檢查每一臺設備的工作狀態(tài)，工作量較大，設備管理相當繁瑣。而這種管理不便的特殊性使得安裝好的錄像設備往往無法得到定期的常規(guī)性維護，經(jīng)常出現(xiàn)當需要調看錄像資料時才發(fā)現(xiàn)設備早已出現(xiàn)故障而停止了錄像，從而導致重要的錄像資料丟失的情況。

為了解決設備管理的問題，有些監(jiān)控系統(tǒng)采用了為錄像設備引入管理功能的方法，即通過以太網(wǎng)客戶端逐個訪問硬盤錄像機來檢查其運行參數(shù)，了解設備工作狀態(tài)。采用此種方式可降低檢查工作的勞動強度，管理人員可在發(fā)現(xiàn)設備故障后立即進行設備更換或維護。但是，進行設備更換或維護時需要停止當前設備的錄像，而更換一臺設備并使之恢復正常工作至少需要半個小時，在這段維護時間內故障機對應視頻將無法正常存儲，這無法滿足不間斷錄像場合的需求。

綜上所述，傳統(tǒng)視頻存儲的現(xiàn)狀是：

◆ 難以立即發(fā)現(xiàn)設備掉電、網(wǎng)斷、死機、硬盤故障等問題；

◆ 從更換設備、轉換視頻到徹底解決故障所需的時間較長。

換句話來說，大型建筑智能化安防和城市治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的問題是：

◆ 如何在存儲設備出現(xiàn)故障時立即發(fā)現(xiàn)；

◆ 如何在發(fā)現(xiàn)存儲設備故障后快速恢復錄像。

存儲熱備份控制技術就是在這樣的背景下誕生的一種基于模數(shù)結合系統(tǒng)（存儲與控制相結合）的存控一體化錄像不間斷解決方案，其特點包括：

◆ 可實現(xiàn)自動監(jiān)測，能夠自動發(fā)現(xiàn)設備故障，無需人工干預；采用設備輪詢和主動上報相結合的方法；

◆ 可實現(xiàn)自動切換，能夠在設備出現(xiàn)故障時立即按照設定的故障處理預案，自動地將與故障機對應的視頻切換到備份機上繼續(xù)錄像；

◆ 監(jiān)測、切換、告警過程可快速自動完成，保證在人員發(fā)現(xiàn)問題時錄像已經(jīng)自動轉換完畢——能夠較好地實現(xiàn)無間斷錄像功能。

2 存儲熱備份控制技術的架構設計

為了解決視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像存儲的熱備份問題，需要尋求更好的錄像模塊異常狀態(tài)監(jiān)測技術，不斷優(yōu)化尋路算法以提高查詢效率。“視頻存儲熱備份控制技術”就是在這樣的背景下，最終選擇了主動查詢和故障上報相結合的設備管理模式，即利用存儲控制系統(tǒng)中“控制主機”和“存儲主機”集成一體化的功能——控制主機采用主動查詢方法發(fā)現(xiàn)存儲主機的關機、掉電、網(wǎng)絡故障等問題，而當存儲主機自身發(fā)現(xiàn)錄像模塊出現(xiàn)硬盤故障、錄像狀態(tài)改變問題時會自動上報故障信息給控制系統(tǒng)部分。

在“矩陣切換功能”和“存儲控制功能”高度集成的基礎上，利用控制主機對存儲主機錄像存儲模塊的狀態(tài)監(jiān)測和控制管理功能，能夠實現(xiàn)設備出現(xiàn)故障時故障機對應視頻向備用錄像模塊的不間斷自動轉存，使故障模塊的拆裝更換和維修可以從容不迫地進行，從而徹底解決令人頭痛的設備管理難題。

要實現(xiàn)故障的快速診斷以及備用錄像模塊同步啟動，保證錄像連續(xù)，首先要解決多設備狀態(tài)監(jiān)測的問題，以保證能夠及時地發(fā)現(xiàn)設備故障。通過以太網(wǎng)主動查詢每一個硬盤錄像模塊的工作狀態(tài)并作分析對比需要消耗一定的機器時間，單靠此手段根本無法滿足及時性的要求。而結合串口通信故障上報，可最大程度上解決系統(tǒng)無法在硬盤錄像模塊出現(xiàn)故障時及時響應的問題，尤其是對于出現(xiàn)頻率最高的硬盤故障能夠做到即時響應。

實現(xiàn)“視頻存儲熱備份控制技術”的另一個難點是如何將與故障錄像模塊相關聯(lián)的輸入圖像準確無誤地通過交換控制主機聯(lián)動切換到備用錄像模塊上繼續(xù)錄像。在進行了各種方案的比對之后，“視頻存儲熱備份控制技術”采用了獨創(chuàng)的虛擬攝像機通道綁定表，描述了系統(tǒng)中復雜的視頻輸入輸出通道的對應關系（將正常錄像模塊的所有視頻輸入虛擬對應到交換控制主機的視頻輸入通道上，同時將備份錄像模塊的視頻輸入也虛擬指定到交換控制主機的視頻輸出通道上），保證了能在任何一個正常錄像模塊出現(xiàn)故障時進行準確的視頻聯(lián)動切換。

3 存儲熱備份控制技術的工作原理

存儲控制系統(tǒng)中，控制主機具有存儲主機硬盤錄像模塊的設備管理功能。在系統(tǒng)配置中不僅需要定義承擔正常錄像任務的硬盤錄像模塊，還需要設置至少一臺作為備份的硬盤錄像模塊。如圖1所示，存儲主機上正常錄像模塊的所有視頻輸入均環(huán)接到控制主機的視頻輸入上，而錄像備份模塊的所有視頻輸入則連接到控制主機的視頻輸出上。如此控制主機就得到了正常錄像模塊的所有圖像，可以在正常錄像模塊出現(xiàn)問題時隨時將與之相對應的圖像切換到備用錄像模塊上進行錄像。

應用“視頻存儲熱備份控制技術”可實現(xiàn)錄像模塊狀態(tài)監(jiān)測、錄像運行參數(shù)對比、視頻通道聯(lián)動綁定、矩陣圖像切換、錄像狀態(tài)控制、設備故障告警等功能。在系統(tǒng)正常運行中，控制主機會不斷地發(fā)出錄像模塊狀態(tài)查詢指令，讀取錄像模塊運行參數(shù)并對其與預先記錄的設置參數(shù)進行對比。

系統(tǒng)能夠監(jiān)測多種錄像模塊異常狀態(tài)，包括錄像模塊的網(wǎng)絡故障、硬盤故障、關機、掉電，甚至手動停止錄像。當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某一錄像模塊的運行參數(shù)與設置參數(shù)不一致時，會立即將與該錄像模塊相對應的圖像切換到備用錄像模塊上，并啟動備用錄像模塊，保證不間斷錄像。同時，系統(tǒng)還會記錄出現(xiàn)故障的時間和事件信息，在系統(tǒng)信息框中報警提示；如果設定了手機短信告警功能，還可以短信的方式將設備故障信息通知設備管理人員，以便及時進行維護。

圖1 存儲熱備份控制技術工作原理圖

4 存儲熱備份控制的技術先進性分析

視頻存儲熱備份控制技術具有以下創(chuàng)新性技術亮點：

◆ 采用了主動查詢和故障上報相結合的設備管理模式，從而最大程度上地解決了系統(tǒng)不能在硬盤錄像模塊出現(xiàn)故障時及時響應的問題；

◆ 獨創(chuàng)的虛擬攝像機通道綁定表描述了系統(tǒng)中復雜的視頻輸入輸出通道的對應關系，保證了在任何一個正常錄像模塊出現(xiàn)故障時均能進行準確的視頻聯(lián)動切換；

◆ 增加了手機短信報警功能，除了多種控制室報警提示方式外，還支持發(fā)送短信到指定的手機上（可發(fā)至多臺手機上）。

在控制主機的中央處理模塊上內置有一個數(shù)據(jù)管理模塊，該模塊定時發(fā)送數(shù)據(jù)，通過通信總線實時監(jiān)測系統(tǒng)內各個工作模塊的狀態(tài)，監(jiān)測信息包括模塊工作狀態(tài)、視頻丟失報警、視頻移動報警、外部觸發(fā)報警、存儲模塊異常報警、硬盤異常報警、定時設置異常報警、網(wǎng)絡異常報警等。當數(shù)據(jù)管理模塊監(jiān)測到異常情況時，會立即向系統(tǒng)管理平臺報警提示并在日志中予以記錄，或以手機短信的方式報告系統(tǒng)管理員。當監(jiān)測到存儲模塊工作異常時，熱備份控制模塊立即向矩陣控制系統(tǒng)發(fā)出指令，將異常的存儲模塊所對應的矩陣控制系統(tǒng)上的輸出信號切換到備用存儲模塊上，同時開啟備用存儲模塊，保持持續(xù)錄像。

此外，為了提高技術的先進性與實用性，“視頻存儲熱備份控制技術”還實現(xiàn)了錄像模塊實時運行狀態(tài)顯示、錄像模塊配置信息顯示等功能；同時基于對控制主機和存儲主機視頻連接復雜性的考慮，引入了對常規(guī)視頻連接的改造，利用視頻集成電纜進行連接，大大簡化了設備安裝和調試步驟，使整體系統(tǒng)連接變得簡潔明了，提升了系統(tǒng)長期運行的可靠性。

5 結束語

“視頻存儲熱備份控制技術”能夠很好地解決硬盤錄像機的存儲控制和故障管理問題，其優(yōu)越性能在大型監(jiān)控項目中得到了較好的發(fā)揮，特別是在要求連續(xù)不間斷錄像的場合，如大型博物館建筑智能化安防、監(jiān)獄管理、城市治安等項目中，最大程度降低了系統(tǒng)的維護難度，確保了視頻錄像的連續(xù)性和可靠性，具有較大的推廣價值。

1 劉凱，劉博.存儲技術基礎.西安電子科技大學出版社，2011

2 魯士文.存儲網(wǎng)絡技術及應用.清華大學出版社，2010

3 曹強，黃建忠，謝長生.海量網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)原理與設計.華中科技大學出版社，2010