淺析視頻監控系統中網絡硬盤錄像機NVR的選擇

王 睿

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

高清視頻監控系統已廣泛應用于生活、生產的各個領域，在大規模的視頻監控系統中實現長時間的視頻畫面的存儲，保證瀏覽、回放的通暢，關鍵在于視頻存儲的模式和技術。

1 視頻存儲的發展及現狀[1]

縱觀視頻監控系統在國內近30年的發展歷史，可劃分為三個階段：

1.1 第一階段：模擬視頻監控系統

90年代初，這一時期的視頻監控系統都是模擬視頻監控，前端采用模擬攝像機，后端采用錄像帶存儲視頻信息。

1.2 第二階段：數字視頻監控系統

90年代后期，采用數字硬盤錄像機(DVR)作為后端存儲設備的數字視頻監控系統迅速發展，開始逐漸取代模擬視頻監控系統。數字硬盤錄像機(DVR)主要的作用是將模擬的視頻信號轉換為數字信號存儲在硬盤上。

1.3 第三階段：網絡視頻監控系統

2010年起數字視頻監控系統逐步被更高清、智能的網絡視頻監控系統所取代，主要由網絡攝像機(IPC)、視頻編碼器及網絡硬盤錄像機(NVR)協同工作，實現視頻的錄像及存儲。

2 DVR V.S NVR[2-3]

模擬視頻監控系統數據的存儲需要不斷更換存儲介質(如錄像帶)，而且在查詢監控畫面時需花費大量的人力，十分繁瑣，正逐步被市場淘汰。

在網絡化需求的驅動下，網絡視頻監控系統的市場占比已接近50%，NVR也逐漸開始廣泛應用于新的視頻監控系統中。NVR存儲技術相比于DVR存儲技術，在布線、安全性、管理等方面具有明顯優勢，具體闡述如下：

2.1 布線簡單，成本低

因為采用模擬前端，DVR到每個監控點都需要布置視頻線、音頻線、報警線，布線繁瑣，且需要一定的基礎知識，工程越大，布線的成本就越高；而NVR與監控點之間只需要一根簡單的網線連接，布線簡單，很顯然降低了系統運行維護的復雜度和構建成本。

2.2 數據存儲可靠安全[4]

數字硬盤錄像機(DVR)直接與模擬攝像機連接，將模擬的視頻信號轉換為數字信號存儲在硬盤上，實現對數據的存儲及控制等功能，然而模擬前端無法實現前端存儲，一旦監控系統中心設備或線路故障時，錄像資料無法從中提取； NVR存儲技術能夠支持中心設備存儲、前端存儲及客戶端存儲，并能實現中心與前端互為備份，一旦因故不能實現中心錄像時，系統會自動轉為前端錄像，保證整個監控存儲系統的正常運行。DVR模擬前端的音視頻信號無法加密處理，很容易被非法截獲；而在網絡視頻監控中，可以通過AES碼流加密、用戶認證和授權等多種手段來確保網絡監控產品NVR的安全性。

2.3 部署自由，監管方便

DVR與模擬攝像機的連接需要考慮傳輸距離以及信號的傳輸損失，所以DVR的物理位置的選取經常需要靠近攝像機，有一定的局限性。如果想要保證長距離的傳輸須采用光纖，但隨著傳輸距離的增加，光纖布線的成本也會大大增加；NVR的布置不受限與物理位置，主需要保證網絡的連接，考慮視頻流的帶寬的合理分配及部署。

2.4 高清

由于DVR采用模擬攝像機，攝像機本身的分辨率直接影響輸出到顯示器上的畫面的分辨率，模擬前端最多支持D1的分辨率，輸出的畫面的分辨率無法高于D1；NVR系統采用網絡攝像機(IPC)，可以產生百萬級的像素，進行網絡傳輸、存儲后可以真正實現高清畫面的顯示和回放。

2.5 管理

DVR受制于前端的模擬傳輸，無法實時監測和管理傳輸線路及前端設備，一旦前端設備或者線路故障，想要查實具體原因非常困難； NVR的網絡傳輸可以對前端及傳輸線路實現全程檢測和集中管理，包括設備狀態的監測和參數的瀏覽。

為了滿足高清監控的要求，近些年來網絡攝像機(IPC)飛速發展和普及，而NVR和IPC是一對互相依存、互相促進的監控產品形態，這也奠定了NVR作為后端存儲模式的基礎。

3 NVR的選擇

隨著人們對視頻監控系統的重視程度日益增高，現在的網絡視頻監控系統規模大,監控點多,如何集中存儲和有效管理視頻監控系統產生的大量數據,是整個系統的關鍵所在,所以根據不同的視頻監控系統選擇合適的NVR，具有至關重要的意義。一臺NVR有幾十條規格參數，所以在選擇時，必須對用戶的需求、實際應用、網絡情況有了解，才能針對性的選擇。

一般情況下，選擇一臺NVR，主要考慮以下因素：

3.1 接入IPC數量

接入路數就是一臺NVR最大可以管理的IPC數量，接入路數越大，說明NVR的綜合處理能力更強，接入路數是NVR選型的決定性因素。NVR路數一般包括：4路、8路、10路、16路、25路、32路、48路、64路、128路或更高。通俗來講，NVR的路數就是根據監控網絡中攝像機的點位數量進行計算，例如12個點位的監控網絡，可以選擇16路NVR，64個點位選擇64路NVR，100個點位選擇兩臺64路NVR或一臺128路NVR等等。

3.2 硬盤盤位數量[5]

NVR在監控網絡中的核心作用之一就是存儲錄像，錄像的存儲時間和硬盤的總容量有關，硬盤接口(盤位)越多，接入的硬盤總容量會線性增加，存儲時長可以明顯提升。盤位數量是NVR選型的重點考慮因素。當前主流的NVR接入盤位數量包括，單盤位、雙盤位、四盤位、八盤位以及更高盤位。

選型時需要考慮攝像機數量、存儲天數、攝像機碼率來進行綜合計算，得出錄像存儲大小，也就是需要的硬盤總容量，根據每個盤位可以接入的硬盤容量大小，從而選擇盤位。

錄像存儲大小=主碼流(M)/8×3600(s)×24(h)×監控通道數×錄像天數×攝像機數量

主碼流/8，是因為我們所說的監控碼流是以比特(bit)為單位。

假設某項目的高清攝像機是H.265格式1080P，主碼流約2.3M，攝像機數量為60臺，存儲時間30 d，那么錄像存儲大小計算如下：

2.3(主碼流)/8×3600(s)×24(h)×60(監控通道)×30(錄像天)≈44712000MB。

硬盤容量，即硬盤的存儲空間大小，一般有1T/2T/3T/4T/6T，1T=1024G，1G=1024M。需要注意的是，硬盤實際可用于存儲視頻的容量為總容量的90%，即容量系數為0.9，因為：硬盤廠家的標準是十進制，因此 1G=1000MB=1000000kB而系統的采用的是二進制，所以1G=1024MB=1048576kB

所以錄像存儲大小換算為T則為：44712000/1024/1024≈42.6，按硬盤實際容量90%計算則為：42.6/0.9=47.4T，即該項目需要總共47.4T的硬盤才可以滿足存儲需求。

假設每個接口(盤位)所能接入的硬盤容量最大為6T，為滿足此項目60臺1080P攝像機連續存儲30 d，就需要8盤位的NVR。

如果是H.264模式的攝像機碼率需按照4 M計算需要的容量。

NVR的參數信息中一般會有一項硬盤驅動器的詳細信息，盤位參數一般與接口數量一致，硬盤驅動器信息中會注明每個接口可以接入的硬盤容量，通過接口數量和每個接口可接入的最大硬盤容量就可以得出一個NVR的存儲大小。

表1是某品牌NVR參數中硬盤驅動器的詳細信息。

表1 某品牌NVR參數中硬盤驅動器的詳細信息

該硬盤錄像機的存儲大小最大為8×6TB=54TB，其中eSATA接口為擴展接口。

3.3 解碼能力

解碼能力，即NVR將網絡視頻流轉換為可以輸出到顯示器畫面的能力。IPC輸出經過編碼后的音視頻數據流，需要錄像機解碼后才能輸出到顯示器上觀看。NVR的解碼能力越強，可以同時觀看的高清畫面數量就越多。

解碼能力主要影響多路回放的效果，如果需要多路數同步回放，則需要結合IPC的分辨率和回放路數要求進行選擇。

解碼能力是NVR選型的重要考慮因素，但不是決定性因素。因為錄像機的解碼能力受芯片限制，在不超過最大能力的情況下根據本地預覽分屏模式自動選擇主、子碼流預覽顯示。例如，一臺NVR解碼能力為8路1080P，如果同時接入了32路400萬像素的攝像機，可以自動選擇以下兩種顯示方式：

單畫面：取主碼流，8路1080P>400萬

32畫面：取子碼流，8路1080P=16路720P=32路4CIF

攝像機默認子碼率為4CIF，所以32個正好可以顯示，不會存在資源不足的情況。

3.4 接入分辨率

由于NVR的實際解碼能力有限，根據實際使用和定位，會限制超過自身最大處理能力的IPC接入。接入分辨率指單路最大可以接入多少像素的攝像機。例如如果采購了4臺300萬像素的攝像機，卻選擇了單路最高像素為200萬的NVR，這樣300萬像素的攝像機就降為200萬像素攝像機使用，失去了300萬的效果。所以在實際網絡中，NVR的最大接入IPC分辨率需要高于所管理的所有IPC的最大分辨率。這是選型中必須考慮的參數。

3.5 編碼方式

IPC主流的編碼方式有H.264和H.265，NVR只有支持H.265編碼，才可以解碼H.265的IPC，而僅支持H.264編碼的NVR是無法解碼H.265編碼的視頻流。 所以，接入該NVR的IPC中如果有H.265編碼的機型，就需要選擇支持H.265編碼的NVR，否則可能出現無法解碼的情況。

3.6 錄像機輸出分辨率

錄像機的輸出分辨率需要根據攝像頭的像素，顯示器的分辨率來綜合選擇，就像木桶效應一樣，監控的效果取決于木桶效應中最短的那塊板。

如果監控中心使用的是4K顯示器，則需要880萬像素的超高清攝像頭搭配支持HDMI輸出4K分辨率的NVR才能體驗最好的監控效果。

如果攝像頭為1080P，顯示器為1080P，需搭配支持VGA 輸出分辨率最大可以達到1920*1080(1080P)的NVR才能達到最好的監控效果。

4 結束語

縱觀近30年來視頻監控系統的發展，數字化、網絡化依然是發展的大方向，NVR做為后端存儲所帶來的在管理，安全，性能各方面的優勢也必然會在視頻監控系統中為客戶帶來更好的價值和體驗。NVR不單單是一個產品，它更代表著一種技術，一種概念，一種實現形式，它必然會在未來的綜合監控及云存儲的發展中貢獻一份力量。