视频技术方案

1、视频监控存储解决方案1、 第一章 视频监控行业存储发展 多媒体处理技术和影像压缩芯片技术的快速发展，引发一场席卷全球的技术革命。以数字技术为主导的产品， 以其独一无二的优势， 在许多领域逐渐地取代以模拟技术为主导的产品。 由于数字技术产品相对价格低， 再加上稳定的性能和广泛的应用范围， 迅速的占领市场， 成为数字化革命的领导者。 近年来引起关注的数字影像录像系统(DVR;Digital Video Recorder)即为数字技术产品 之一，且其已逐渐地在金融机构、居民住宅、公用设施、无人看守的工业场所，以及道路交 通监控等领域，得到非常广泛的应用。传统的监控系统，包含摄影机、录像机、磁带等几部

2、分，其运作方式是将摄影机拍摄到的影像信息，存储至录像带上。而 DVR 系统主要由摄影机和影像撷取系统、语音传递系统、语音接收机及检测控制系统等组成，其运作方式，则是将拍摄到的影像信息高倍压缩成数字信息，存储到大容量的磁盘阵列中（Disk Array）以实现 视频数据的集中存储及快速的查询及播放。 近年来科学技术飞速发展， 社会已进入数字化、 信息化时代。 利用高新技术预防、 制止、 打击犯罪（即技防），在三大防范手段（物防、技防、人防）中，技防逐渐占据了越来越重 要的主导地位。因此，我们采用了国际上最新的基于 IP 网络的数字安防产品，本着功能齐全、应用新颖、投资合理的宗旨设计本方案。在设计中

3、充分体现出可持续发展的理念，利用 数字网络技术及图像显示技术。 2、 第二章 视频监控存储特点 视频监控系统一般具有监控点多，摄像头数量多，监控时间长，采集数据的时间往往长达几天或几十天。 因此应用在视频监控系统中的存储设备在数据读写方式上具有与其它类型 系统不同的特点，不同点主要表现在以下几个方面：1）编码器或采集服务器以流方式写入数据，实时存储监控点的实时图像和画面，存储的文件类型为流媒体文件，因此检索服务器也会以流方式来读取已存储的视频文件。 2）数据读写操作的持续时间长。由于摄像头一般都是 7*24 小时工作的，即使采集后视频数据采用分段保存，写入操作的持续也有可能长达 2-6 个小时

4、，后期回放时也需要相 同的时间。 为了保证视频采集过程中和回放过程不会发生丢帧现象， 存储系统系统中有必须 要有足够的带宽。 3）除了数据读写时间长外，由于视频采集过程中，视频文件格式一般都不会发生变化， 且码率保持恒定，因此视频监控系统的读写操作还具有码率恒定，也就是带宽恒定的特点。4）视频监控系统存储的读写方式与数据库系统存储和文件服务器存储采用的小数据块 读写或文件传输读写方式与有着根本的区别， 因此视频监控系统不能采用数据库系统等常用的存储设备。 5）视频监控系统一般具有摄像头数量多，视频图像存储时间长，存储容量大都特点， 因此视频监控系统存储必须支持大容量， 且容量具有高扩展性， 满

5、足长时间大容量视频图像存储的需求。 近年来存储技术高速发展， 存储设备价格不断下降， 专业存储系统具备了在视频监控行业广泛应用的基础。但是在视频监控行业，是否需要应用 SAN 和 NAS 来解决视频存储资源的共享问题， 以及行业用户是否具备足够的资金和技术来应用这些技术， 存在许多需要考虑 的问题。 宽带的普及， 带宽成本的急剧下降， 为网络视频监控系统的大规模应用提供了坚实的网络基础 摄像机数量急剧增加，海量的录像资料要求存储和共享。 仅应用DVR 存储方式存在数据安全缺陷，容量小扩展性差，无法集中统一管理等缺点， 无法满足用户要求 近年来存储技术高速发展， 存储设备价格不断下降， 专业存储

6、系统具备了在视频监控行 业广泛应用的基础 专业存储系统完全满足网络视频监控大容量、安全可靠、易管理的存储需求。 并可根据用户网络视频监控规模及管理需求的特点定制出 DAS/NAS/SAN 等不同特点的 存储应用模式 3. 第三章 需求分析 视频监控对存储需求还具有以下几个特点： 1. 对存储的容量需求弹性比较大，存储容量的多少随着画面质量的提高、画面尺寸的 增大、视频线路的增加都会成倍的增加容量需求。 2. 对存储的性能要求不高，但是需要能够满足长时间的连续数据读写，数据流量大但访问请求数量低。 3. 数据保存周期短，一般的监控场所数据保存一定时间（如 1 个月）以后便可以删除。 要为视频监控

7、方案选择合适的存储设备， 首先就要估算存储容量需求。 那么根据现在主流的 压缩方式来计算如下：录像保存天数与硬盘的容量（每天 24 小时连续录像；硬盘容量单位为 GB；下列数值为硬盘实际使用容量） 从这个表我们基本可以估算出一个视频监控项目中所需存储设备的类型。 目前监控行业多采用 DVR 内嵌的硬盘进行视频的存储， 虽然这种做法在很长一段时期内 都发挥了重要的作用，廉价和安装方便是其最大的特点，但随着监控行业的不断发展，这种 传统数据存储方式的种种缺点也明显暴露出来： 1、DVR 内的硬盘性能低下，成为整个系统读写查询视频图像的瓶颈； 2、没有完善的组件和磁盘容错机制，无法确保数据的安全性；

8、 3、DVR 的硬盘容量有限，很难满足多路大容量监控系统的要求； 4、无法实现存储集中管理和共享，增加了管理成本和难度，浪费磁盘空间和人力现在， 上海世博主会馆需要视频监视的区域包括周边各主要交通干线、 庭院各通道及水 面、办公区域各通道、设备管理间内、新闻工作室及发布厅、各接待厅和会议室、电梯间、 楼梯间、观众大厅、包间通道、主席台、记者席等。针对上述情况，我们采用磁盘存储产品 与 DVR 相结合的方式， 为视频监控用户带来了高性价比的解决方案， 使用户实现数据集中式 存储，将帮助监控行业用户彻底解决这些问题。 4. 第四章 视频监控集中存储解决方案 4.1 一方案介绍 通过以上的分析， 根

9、据监控系统存储的特性和用户存储容量的不同需求， 我们建议用户 采用高性价比 SATA 磁盘存储系统与 DVR 相结合的方式实现数据的分级存储和集中管理的方 式，如下图所示：如图所示，整个监控系统包括三个组成部分：前台录像监控系统、后台存储系统和后台实时监控及查询系统。 1 前台录像监控系统 本系统共有 200 个以上的前端监控点，监控点包括高速球机（或：云台+云台解码器+ 摄像机）及报警设备组成。摄像机 DVR 连接，由 DVR 将模拟的视频信号经模数转换后压缩为 MPEG4 的 IP 数据包，通过网络将音视频数据、报警数据和控制数据传输到后台集中存储系 统中。 前端报警设备（红外、烟雾、玻璃

10、破碎、振动等各种报警传感器）可直接与网络视 频服务器连接（每台设备可连接三个报警传感器），报警设备的连接可根据要求布置。 安装在室外的设备必须选择适合室外环境的产品，包括云台解码器和云台等。 2 后台存储系统如上图所示，后台存储系统主要分为两级，一级为 DVR 组成的前端短期存储，另一级为 后端存储管理服务器与磁盘阵列组成的长期集中存储。 这样我们就实现了监控数据的分级存储， 前端 DVR 将监控点的模拟视频信号转换成数字 数据并进行压缩，但由于 DVR 容量有限，我们只在其上保存几天的视频数据。更长时间的数 据我们可以通过 DVR 有选择的通过 IP 网络传输到网络中的存储管理服务器中，再保

11、存于容量更大，可靠性更高的 SATABeast 磁盘阵列中，以供随时查询回放。 3后台实时监控及查询系统 其主要由后台的实时监控服务器或 IP 矩阵系统和大屏幕等显示设备组成。这样用户就 可以实时查看各监控点的情况及报警， 同时还可通过视频查询软件对集中存储于 SATABeast 磁盘阵列及 DVR 中的视频数据进行查询及回放。 4.2 二方案优势 通过采用磁盘阵列及 DVR 结合为用户构建后台集中存储系统， 为整个监控架构提供海量 存储，实现视频监控数据的集中存储和管理此方案的主要优势如下： 高性价比 磁盘阵列，内部采用 SATA 硬盘，适合视频监控行业大容量存储的特性并节省了用户投 资，外

12、部每个控制器拥有两个 4Gb FC 和两个 iSCSI 接口，最多可配置两个控制器，四个 FC 接口同时工作，速度最高可达 8000MB/s 以上，可很好的满足前端多台 DVR 大量视频文件长 期存储的性能要求同时由于其同时具有 FC 和 iSCSI 接口，可满足用户在复杂环境下的多 种存储连接需求 高可靠性 磁盘阵列电源，风扇，控制器均采用冗余设计，并支持热插拔，实现组件的高可靠性， 使视频数据得到最佳保护SATAbeast 的磁盘可热插拔，并支持 RAID0,1,4,5,6,10，50 多 种方式， 并可支持专用热备盘和热备盘池 通过以上设计使用户在实现高性能的同时实现磁 盘的冗余 集中管

13、理，共享存储空间 方案中为用户实现了分级存储，在前端 DVR 上保存最近几天的视频数据，然后通过 IP 网络有选择的将需要长期保存的视频数据集中存储于存储服务器连接的 SATABeast 磁盘阵 列中，这样用户实现了对存储资源进行集中分配和管理，提高空间利用率及存储效率，减少 空间浪费 管理简单，维护方便 磁盘存储系统均通过 WEB 方式进行管理，菜单设计简单易用另外由于其采用独立于 OS 的设计，所以可以支持 window,linux,unix 等各种平台，同时无需安装任何驱动程序和 软件容易安装和维护，大大减少用户安装维护成本。视频监控对存储设备分析视频监控系统存储访问的特点： 1. 以流

14、媒体方式对存储设备进行访问，所以视频监控对存储设 备的性能要求高带宽，IOPS 没有要求，码率越小，对 IOPS 的要求越高； 2. 多路视频长时间同时写入同一个存储； 3. 实时多路视频访问同一个文件； 4. 视频访问带宽恒定； 5. 带宽稳定性要求高； 6. 视频访问时间长； 7. 容量需求巨大，存储扩展性能高； 视频格式分析 分析监控系统视频的 D1 码率、分辨率、摄像头的技术指标 MPEG 标准 MPEG-1低分辨率数字视频编码标准 编码：DCT +视觉加权量化+熵编码+运动补偿+帧间预测 格式：CIF25 或 30 帧/秒、288 行*360 列或 240 行*352 列、8 位量化

15、 音频：IIII 层，声道双-单声道、立体声、联合立体 声应用：VCD MPEG-2高分辨率数字视频编码标准 编码：似MPEG-1 格式：低352*288*30、主720*480(576)*30(25)、高 -14401440*1080(1152)*30(25) 、 高 1920*1080(1152) *30(25) 音频： AAC兼容 MPEG-1， 另支持 5.1/7.1 声道 （AC-3/ DTS） 应用：DVD、HDTV MPEG-4分辨率可变的视听对象编码标准 编码：视音频对象、分块/分级/分层、基于内容和对象的编码 格式：支持各种不同的分辨率 音频：支持多种码率：264kb/s 应

16、用：可视电话、电视会议、网络流媒体、移动视频通信 H.26x 标准 H.261为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像 业务(可视电话、视频会议)而制定的，速率为 64kb/s 的整数倍。 H.262信息技术运动图像和伴音信息的通用编码 H.263为低于 64kb/s 的窄带通信信道制定的视频编码标准，是低比特率、可变比特率视频编码标准（PSTN 网、无线网、因特网 H.264: 1. 在相同的重建图像质量下， H.264 比 H.263+和 MPEG-4(SP) 减小 50%码率。 2. 对信道时延的适应性较强， 既可工作于低时延模式以满足 实时业务， 如会议电视等； 又可工作于无时延限

17、制的场合， 如视频存储等。 3. 提高网络适应性，采用“网络友好”的结构和语法，加强 对误码和丢包的处理，提高解码器的差错恢复能力。 4. 在编/解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编 码处理之间可分级，以适应不同复杂度的应用。 5. 相对于先期的视频压缩标准，H.264 引入了很多先进的技 术，包括 44 整数变换、空域内的帧内预测、1/4 象素 精度的运动估计、 多参考帧与多种大小块的帧间预测技术 等。 新技术带来了较高的压缩比， 同时大大提高了算法的 复杂度。带宽容量分析 根据视频的 D1 码率、摄像头的数量、回放节点的数量， 计算每台存储设备的带宽压力。 按照标准每路视频都必须采

18、用 D1 格式和定码流方式。D1 格式流量：2Mb/s。实际占用带宽为： 1 路*2Mb/s/8 =0.25MB/s 100 路*2Mb/s/8 =25MB/s 400 路*2Mb/s/8 =100MB/s 1000 路*2Mb/s/8 =250MB/s PC 服 务 器 通 过 千 兆 以 太 接 口 所 能 提 供 的 带 宽 一 般 在 40-60Mb/s 左右，因此单服务器的 DAS 网络架构适用于数量在 左右， 200 路以下的视频监控系统，双服务器的 DAS 网络架构适用于 路以下的视频监控系统， 当摄像头数量超过 400 或总 数量在 400 路以下的视频监控系统。 路以下的视频

19、监控系统。 带宽压力越过 100MB/s 时，建议采用 IP-SAN 或 FC-SAN 网络 架构。 按照标准每路视频都必须采用 D1 格式和定码流方式。D1 格式流量：2Mb/s。 单路视频每天存储容量为： 1 路*（2Mb/s*3600s）/8bit*24 小时 =21GB 单路视频每月存储容量为： 1 路*（2Mb/s*3600s）/8bit*24 小时*30 天=648GB 100 路视频每月存储容量为： 100 路 * （ 2Mb/s*3600s ） /8bit*24 小 时 *30 天 =64800GB=62TB 400 路视频每月存储容量为： 400 路 * （ 2Mb/s*36

20、00s ） /8bit*24 小 时 *30 天 =253125GB=247TB 1000 路视频每月存储容量为： 1000 路 * （ 2Mb/s*3600s ） /8bit*24 小 时 *30 天 =648000GB=620TB 存储空间的需求分析 CIF 格式的码流为 450k， 每路每天一般需要 5G 的存储空 间，通常存储三个月则需要 450G，一个 1000 路的系统， 存储需要 450T； D1 格式的码流为 1.8M （相当于 VCD 的清晰度） 每路每 ， 天一般需要 20G 的存储空间，存储三个月则需要 1.8T， 1000 路的系统，存储需要 1800T。 存储的特点

21、视频信息所需存储空间特别大，随着高清视频监控的发 展，存储量会越来越大； 视频监控存储信息是事后使用， 写多读少， 且无用的信息 占 90以上； 和 IT 系统（如 BOSS、CRM）的集中存储不同，不同用 户之间，同一用户的不同区域监控信息的关联性不强。视频监控系统存储分析功能需求 视频监控系统存储分析功能需求 按地点存储(前端存储、中心平台存储、客户监控中心存储)： 要求系统支持三个地点同时实时存储，支持两两灵活组合的实 时存储； 跨地域存储的需求：要求系统支持跨平台和同一平台跨省、跨 地市存储； 分布存储，集中管理：要求系统支持物理存储介质分布在不同 地点，在管理策略上的集中； 存储策略

22、：要求系统支持多个节点的同时读写，存储路径可编 辑等，并根据不同存储策略进行灵活配置； 存储管理：要求系统支持对设备的管理、空间的管理和内容的 管理，对存储计划的动态管理； 存储监控：要求系统支持提供故障告警信息，并在故障发生后 可及时恢复。 录像检索： 要求系统支持提供策略上的管理， 把相应的信息 （存 储位置、存储时间和监控点等信息）推给用户。 前端存储：要求系统支持高可靠性的存储需求。 视频监控系统存储架构 建设模式上：存在着中心平台集中存储和分布存储模式混合 的模式，集中存储系统的建设成本很高；在存储架构的选择上:中心存储主要采用 FC SAN 方式、硬盘 直挂服务器（DAS）方式，技术选择的限制（如采用 DAS 方 式）使得存储具有瓶颈，扩展性不强； 前端存储主