安防行業(yè)存儲技術(shù)發(fā)展與趨勢

□ 文/徐旺

視頻監(jiān)控存儲市場發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年來，隨著科技的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提升，高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的多種安防監(jiān)控產(chǎn)品層出不窮，大大豐富了各行各業(yè)對安防監(jiān)控產(chǎn)品的需要。同時，隨著近年來“平安城市”、“雪亮工程”等安防項目在全國范圍的開展和深入，機場、地鐵以及景區(qū)等用戶對于視頻監(jiān)控范圍、監(jiān)控點數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸畫面視頻質(zhì)量等要求不斷提升，帶動了視頻監(jiān)控行業(yè)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。

視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量由起初的模擬信號標清發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字信號高清，以及超高清4K攝像機，每路視頻碼流從512Kbps到2M、4M及10Mbps不斷增大，使視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸性增長的態(tài)勢，其中最核心的技術(shù)就是存儲，存儲在安防行業(yè)的發(fā)展過程中經(jīng)歷了磁帶存儲、DVR、NVR、SAN直存等產(chǎn)品形態(tài)，新興的軟件定義、云存儲等概念也是層出不窮，但無論怎樣發(fā)展，存儲起到的作用始終是寫入和讀取兩個功能。傳統(tǒng)的分布式存儲如DVR、NVR產(chǎn)品，只能對監(jiān)控點位分散的結(jié)構(gòu)通過劃分若干監(jiān)控區(qū)域進行分布式存儲，保證基本的寫入需求，對于大規(guī)模讀取的性能無法按需滿足；監(jiān)控領(lǐng)域的集中式存儲主要指SAN、一體機設(shè)備，這類設(shè)備通過RAID、增加擴展柜的方式獲得了單機的大規(guī)模寫入空間，滿足了高密度的需求，但是對于視頻的讀取仍無法做到按需分配；云存儲的架構(gòu)真正做到視頻的寫入、讀取按需分配、線性擴展，增加獨立的存儲節(jié)點即可獲得更高的讀和寫性能。

監(jiān)控存儲技術(shù)發(fā)展

縱觀國內(nèi)視頻監(jiān)控存儲技術(shù)的發(fā)展，按照前端攝像機的類型劃分，主要分為模擬和數(shù)字兩大類，圍繞模擬信號和數(shù)字信號的存儲需要，視頻存儲設(shè)備產(chǎn)品出現(xiàn)了VCR、DVR、NVR、SAN網(wǎng)絡(luò)存儲、存儲一體機，甚至大型存儲系統(tǒng)--云存儲等，這些產(chǎn)品的共同特點是視頻專用存儲，同時具有視頻監(jiān)控技術(shù)和存儲技術(shù)的特征。

下面就當前視頻存儲設(shè)備的主流存儲技術(shù)做分析：

第一類存儲是早期的監(jiān)控系統(tǒng)采用的VCR存儲（磁帶），VCR存儲實現(xiàn)了最基本的記錄功能或記憶功能。這個存儲技術(shù)在2000年初較為盛行，主要以國外的品牌為主，國內(nèi)企業(yè)較少涉足。由于年代較于久遠，而且磁帶存儲的諸多不足，在這里不做詳細介紹和點評。

第二類的存儲屬于前端分散式存儲，主要包括DVR和NVR；其中DVR（Digital Video Recorder）—數(shù)字硬盤錄像機，習慣上稱為硬盤錄像機，主要用于模擬監(jiān)控系統(tǒng)，它用設(shè)備內(nèi)置硬盤存放視頻數(shù)據(jù)。NVR存儲是DVR存儲的網(wǎng)絡(luò)化升級產(chǎn)品，主要用于接入IP網(wǎng)絡(luò)攝像機。他們的特點有：價格低廉，簡單易用；適合于前端點比較分散或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不具備集中存儲條件的小規(guī)模監(jiān)控環(huán)境。

從2003起，一直延續(xù)到現(xiàn)在，DVR、NVR存儲多用于監(jiān)控點較少、較分散，數(shù)據(jù)保存周期短，數(shù)據(jù)安全要求不高的領(lǐng)域，如小型公共場所監(jiān)控、物業(yè)小區(qū)視頻監(jiān)控和工地、廠礦企業(yè)視頻監(jiān)控等。

第三類存儲：SAN集中存儲設(shè)備。SAN（Storage Area Network）—存儲局域網(wǎng)絡(luò)，SAN是大規(guī)模應(yīng)用的先進和成熟的海量數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，是建立在服務(wù)器集群和存儲設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，給服務(wù)器集群提供集中式共享存儲空間方便管理。SAN存儲模式適用于各類數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用，在大中型監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。SAN存儲模式根據(jù)傳輸鏈路的不同可以分為FC SAN和IP SAN。

FC SAN在高性能高穩(wěn)定性需求的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中應(yīng)用很廣泛。但是，由于FC SAN設(shè)備傳輸距離的限制，各廠商對FC標準解釋不同，成本居高不下，建設(shè)成本過高等原因，在安防領(lǐng)域很少被使用。IP SAN設(shè)備由于成本投入小，管理維護成本低，基于IP網(wǎng)絡(luò)無距離限制，組建方式靈活，可擴展性高等特性，使其在安防領(lǐng)域廣泛被使用。

利用IP SAN存儲技術(shù)構(gòu)建存儲架構(gòu)如下圖：

采用IP SAN的監(jiān)控存儲方案的優(yōu)勢：

低成本實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的集中化存儲和統(tǒng)一管理，可靠而穩(wěn)定；

存儲設(shè)備與視頻服務(wù)器、監(jiān)控客戶端可以建設(shè)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，共享性良好；

傳輸帶寬更靈活，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)可以建設(shè)成百兆、千兆、萬兆網(wǎng)絡(luò)，滿足多種環(huán)境下前端和客戶端的存儲、點播等需求；

存儲系統(tǒng)擴展性強，后期擴容方便；

可靠性極好，多臺存儲共用時彼此之間是相互獨立的，避免單點故障；

與DVR本地存儲相對，SAN集中存儲方式更適用于監(jiān)控點數(shù)量大、相對集中，工作環(huán)境較好，數(shù)據(jù)保存周期長，數(shù)據(jù)安全要求高的領(lǐng)域，如金融、機場、大型商業(yè)樓宇等。

第四類存儲：視頻直寫存儲。在經(jīng)歷了DVR、NVR存儲和SAN存儲三種方案使用過程中，給用戶和廠商帶來了一些問題：例如：流媒體服務(wù)器會造成的性能瓶頸、單點故障；海量數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)檢索的速度慢；文件系統(tǒng)卷大小有限等。為了解決以上種種問題，主流監(jiān)控廠商聯(lián)合存儲廠商開發(fā)出了視頻直寫存儲技術(shù)：即把錄像功能，流轉(zhuǎn)發(fā)和播放功能嵌入到存儲設(shè)備中，實現(xiàn)編碼器數(shù)據(jù)流直接寫入存儲，平臺和客戶端可以直接從存儲中取數(shù)據(jù)及點播。這樣可以提高系統(tǒng)性能和可靠性，同時降低客戶使用成本。

這一類視頻直寫存儲同時可支持IP網(wǎng)絡(luò)存儲的SAN和NAS功能，除了標準的ONVIF/RTSP/PSIA/SIP/iSCSI及NAS協(xié)議的支持外，也支持編解碼器前端設(shè)備或平臺廠商自定義的流媒體協(xié)議。直寫方式猶如水管輸送水流直接注入水庫；其他直寫方式則像先把水流分裝入水桶，然后再把水桶運輸?shù)剿畮爝呉煌耙煌暗谷胨畮臁Ｓ纱丝闯觯髅襟w直寫存儲是當前視頻存儲效率最高最穩(wěn)定的。

視頻直寫存儲物理拓撲和數(shù)據(jù)流示意圖：

視頻直寫存儲方案的優(yōu)勢：

開放式接入前端，支持RTSP/ONVIF/PSIA/SIP等標準協(xié)議的直接接入；

前端設(shè)備以流媒體協(xié)議方式直接寫入視頻數(shù)據(jù)，省去存儲服務(wù)器和流媒體服務(wù)器；

性能高，并發(fā)寫入性能較IP SAN模式提高一倍；

可獨立組網(wǎng)，支持直接錄像、檢索、回放、轉(zhuǎn)發(fā)功能；

解決了覆蓋寫碎片問題和掉電后文件系統(tǒng)不穩(wěn)定問題；

存儲具備本地快速檢索功能，數(shù)萬條視頻數(shù)據(jù)，可以在1秒鐘之內(nèi)完成檢索。

兼容性好：提供配置、檢索與回放的二次開發(fā)接口及控件，充分利用靈活對接的特點，兼容多種主流編碼器及平臺產(chǎn)品。

2008年起，視頻直寫存儲技術(shù)應(yīng)勢而生，直寫方案克服了以上問題并且通過實際應(yīng)用取得了成功。在主流廠商的大力推動下，視頻直寫存儲方案逐步替代了IPSAN存儲轉(zhuǎn)存方案，占據(jù)近幾年視頻監(jiān)控存儲方案的主導位置。并且當前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平安城市、雪亮、以及銀行、交通、智能樓宇等視頻監(jiān)控行業(yè)。

以上提及的監(jiān)控存儲技術(shù)在不同的監(jiān)控環(huán)境中都已經(jīng)應(yīng)用，可以滿足大中小型監(jiān)控系統(tǒng)的存儲需求。但是對于特大型監(jiān)控系統(tǒng)（上萬路視頻前端），要求達到PB級的存儲容量，同時要求滿足高性能、高可靠性，靠單設(shè)備和單客戶端的文件系統(tǒng)是做不到的，必須有虛擬化、集群化和離散存儲的解決方案—云存儲。

云存儲就是未來

云存儲的概念

云存儲的概念與云計算類似，它是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)的安全性，并節(jié)約存儲空間。與傳統(tǒng)的存儲設(shè)備相比，云存儲不僅僅是一個硬件，而是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪問接口、接入網(wǎng)和客戶端程序等多個部分組成的復雜系統(tǒng)。各部分以存儲設(shè)備為核心，通過應(yīng)用軟件來對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問服務(wù)。從嚴格意義上講，云存儲不是存儲，而是服務(wù)。云存儲已經(jīng)成為未來存儲發(fā)展的一種趨勢，云計算和云存儲正引起一場技術(shù)革命，安防行業(yè)也不例外。

安防監(jiān)控視頻圖像的高清顯示、海量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲、多元信息融合、音視頻圖像的分析挖掘、大規(guī)模數(shù)據(jù)的智能分析及決策需要引入云計算、云存儲等多種先進技術(shù)，尤其在平安城市、智能交通、智慧城市以及跨地域的大規(guī)模行業(yè)應(yīng)用當中，對于這些行業(yè)中海量的視頻圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的需求，意味著數(shù)據(jù)存儲能力和計算處理性能的提升，存儲產(chǎn)品要求具備高性能、高容量、高可靠性以及可擴展性，同時需要實現(xiàn)與安防行業(yè)應(yīng)用的深度結(jié)合，滿足安防系統(tǒng)海量視頻數(shù)據(jù)管理的特殊業(yè)務(wù)應(yīng)用。

目前，云存儲在各大行業(yè)安防市場中，都已有規(guī)模性的部署和使用。例如，智慧城市和平安城市的建設(shè)，就要求在視頻監(jiān)控方面，需提供海量的存儲系統(tǒng)，能并充分利用好存儲的數(shù)據(jù)進行深入的分析處理。傳統(tǒng)的存儲技術(shù)無法滿足社會發(fā)展的需求，云存儲在安防領(lǐng)域的應(yīng)用將會成為必然的選擇。

安防云存儲系統(tǒng)物理拓撲如下圖：

云存儲技術(shù)優(yōu)勢

云存儲在視頻監(jiān)控前景越來越廣闊，云存儲的作為未來發(fā)展的風向標，與傳統(tǒng)存儲相比，安防云存儲主要有以下優(yōu)勢：

高速存取:安防云存儲需要面臨高并發(fā)、高碼率的數(shù)據(jù)存儲要求，面對的都是高清、高碼率的視頻存儲，存儲系統(tǒng)需要提供高性能的數(shù)據(jù)吞吐能力。安防云存儲通過采用數(shù)據(jù)離散式存儲機制，每一個監(jiān)控點的錄像都以分塊形式，并發(fā)存儲于不同的存儲節(jié)點中，在讀取時，這些存儲節(jié)點將并發(fā)提供服務(wù)，避免了單臺設(shè)備讀取的瓶頸，速度比傳統(tǒng)存儲快幾十倍，可以滿足平安城市等大型安防項目中，海量并發(fā)存儲、讀取的需求。

安防集成:在實際應(yīng)用中，安防云存儲與各項業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)合非常緊密，如圖偵、視頻智能分析等，在存儲陣列中直接集成視頻錄像管理、視頻回放和媒體轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，充分利用云存儲高可靠硬件和網(wǎng)絡(luò)。同時，安防云存儲提供標準sdk接口，可以方便讓客戶對安防業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行二次開發(fā)，與安防業(yè)務(wù)系統(tǒng)更為緊密的集成。

碼流直存：安防云存儲由于其使用場所、用戶的固定性以及用戶對視頻高效應(yīng)用的要求，一般都會采用碼流直存的方式，從而簡化系統(tǒng)的架構(gòu)，降低故障點，提升系統(tǒng)部署的效率以及運維成本，而且云存儲一般也是架設(shè)于專網(wǎng)之中，更能保障錄像的質(zhì)量。

檢索迅速：針對系統(tǒng)中會產(chǎn)生PB級海量監(jiān)控數(shù)據(jù)，存儲設(shè)備的數(shù)量達數(shù)十臺上百臺，因此管理方式的科學高效顯得十分重要。云存儲可提供基于集群管理技術(shù)的多設(shè)備集中管理工具，具有設(shè)備集中監(jiān)控、集群管理、系統(tǒng)軟硬件運行狀態(tài)的監(jiān)控、主動報警，圖像化系統(tǒng)檢測等功能。在海量視頻存儲檢索應(yīng)用中，檢索性能尤為重要，因此數(shù)據(jù)檢索的速度對安防存儲顯得至關(guān)重要。

安全可靠：當在線存儲系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，熱備機可以立即接替服務(wù)，當故障恢復時，服務(wù)和數(shù)據(jù)回遷;若故障機數(shù)據(jù)需要調(diào)用，可以將故障機的磁盤插入到冷備機中，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的立即可用。

云存儲與智能分析和大數(shù)據(jù)的結(jié)合應(yīng)用

在安防行業(yè)，涉及的數(shù)據(jù)信息類型很多，以數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)類型來看，包括各類非結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化信息。其中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括視頻錄像和圖片記錄，如監(jiān)控視頻錄像、報警錄像、摘要錄像、車輛卡口圖片、人臉抓拍圖片、報警抓拍圖片等；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則包括報警記錄，系統(tǒng)日志記錄，運維數(shù)據(jù)記錄，摘要分析結(jié)構(gòu)化描述記錄以及各種相關(guān)的信息數(shù)據(jù)庫，如人口信息、地理數(shù)據(jù)信息、車駕管信息等；半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則如人臉建模數(shù)據(jù)，指紋記錄等。

利用智能分析技術(shù)將安防大數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，才能將IT大數(shù)據(jù)成熟的技術(shù)體系應(yīng)用到安防大數(shù)據(jù)中，充分發(fā)揮安防大數(shù)據(jù)的作用。對于視頻圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析和處理，這些技術(shù)很多已在初期應(yīng)用中不斷改進和完善，很多更新的智能分析技術(shù)仍處在研發(fā)過程中，對這類數(shù)據(jù)的分析和處理也將成為安防大數(shù)據(jù)的核心價值點。而大數(shù)據(jù)的核心是應(yīng)用，從數(shù)以億級的數(shù)據(jù)里提取出最有價值的決策信息，對于安防而言，這種價值體現(xiàn)在最短的時間內(nèi)找到對準確的事件真相，也就是還原案事件的過程或者做出相應(yīng)的預測。因此云存儲為安防大數(shù)據(jù)的價值也就體現(xiàn)在“快”，云存儲和大數(shù)據(jù)的云搜索引擎相互匹配，高校存取高效檢索。

云存儲技術(shù)在安防行業(yè)中的運用與發(fā)展是一個長期持續(xù)的過程，技術(shù)生長的土壤需要不斷注入創(chuàng)新的養(yǎng)分。隨著云存儲在安防行業(yè)的持續(xù)深入，對于安防行業(yè)的理解愈發(fā)全面，云存儲在安防行業(yè)中的專業(yè)化程度也會不斷加強。也只有理解業(yè)務(wù)需要、尊重業(yè)務(wù)需求才能促使云存儲安防化的進程不斷前行。

總結(jié)與展望

視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，對存儲技術(shù)也提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)一個非常重要的方向，要求能提供基于網(wǎng)絡(luò)的智能化存儲、檢索和回放。因此構(gòu)建下一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其存儲部分將不再是單純的存儲單元，而應(yīng)該是一個聯(lián)系前端的智能處理和后端智能檢索的整合的系統(tǒng)。