淺析視頻監(jiān)控存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展

在一個(gè)安防系統(tǒng)中有大量的攝像頭，所以安防系統(tǒng)無(wú)法布置大量的人員盯住所有的視頻場(chǎng)景。事件的發(fā)生也是短暫的，即使發(fā)現(xiàn)可疑人物或事件也往往需要事后調(diào)取錄像，以便仔細(xì)分析事件的發(fā)生過(guò)程，同時(shí)研究下次如何避免事件的發(fā)生，所以存儲(chǔ)必然成為視頻監(jiān)控中最重要的單元。存儲(chǔ)不僅最重要，而且存儲(chǔ)在方案工程中的占比也比較也比較大，存儲(chǔ)中的技術(shù)也比較復(fù)雜，故研究存儲(chǔ)的歷史發(fā)展和探討存儲(chǔ)的未來(lái)就顯得尤為重要。

　　國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)的發(fā)展歷程

　　第一代存儲(chǔ)是早期的監(jiān)控系統(tǒng)采用的VCR存儲(chǔ)，VCR存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)了最基本的記錄功能或記憶功能。

　　第二代的存儲(chǔ)是DVR，DVR產(chǎn)品的出現(xiàn)讓人們眼前一亮，DVR采用數(shù)字化視頻圖像處理方式，并應(yīng)用了計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，視頻存儲(chǔ)在硬盤上，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)的數(shù)字化，錄像很容易在各種數(shù)字介質(zhì)上轉(zhuǎn)移和復(fù)制，而視頻的質(zhì)量不會(huì)因此有任何的降低。另外，DVR的存儲(chǔ)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管理。

　　第三代存儲(chǔ)，這里一直存在爭(zhēng)議，有人說(shuō)NVR，有人說(shuō)是IP存儲(chǔ)。其實(shí)這兩種存儲(chǔ)都是視頻存儲(chǔ)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段，都可以歸納為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。現(xiàn)在很多用戶和工程商將網(wǎng)絡(luò)和高清等同了，其實(shí)這是概念的錯(cuò)位，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)最重要的不是解決網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，而是解決高清的問(wèn)題。早期的IPC確實(shí)是解決網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，模擬系統(tǒng)無(wú)法讓終端的客戶控制最前端的攝像頭，所以IPC誕生了，隨著IPC的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)2012年之前只有網(wǎng)絡(luò)才是解決高清的最好的方式。所以才導(dǎo)致很多人誤將高清和網(wǎng)絡(luò)混淆了。這樣我們就很清晰的認(rèn)識(shí)到第三代存儲(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，用網(wǎng)絡(luò)手段解決了高清的問(wèn)題。

　　NVR和IP-SAN雖然都是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，然而其發(fā)展源頭不同。NVR是由DVR發(fā)展而來(lái)的，DVR接模擬攝像頭，改為接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是NVR了，所以NVR集成了DVR的各種技術(shù)，表現(xiàn)出產(chǎn)品非常成熟和穩(wěn)定，非常適應(yīng)安防行業(yè)。IP-SAN相比經(jīng)歷了很大變化，早期集中存儲(chǔ)方案中IP-SAN是存儲(chǔ)的唯一選擇，2005年之后，攝像機(jī)也開(kāi)始了IP化的進(jìn)程。這是DVR還在快速的發(fā)展，IP攝像頭的數(shù)量還比較少，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也沒(méi)有，開(kāi)發(fā)NVR花費(fèi)很大，市場(chǎng)又少，所以幾乎沒(méi)有廠家做NVR。IPC廠家通過(guò)提供SDK方式，讓集成商完成平臺(tái)接入IPC的工作，從而使得2010年之前絕大部分IPC都采用IP-SAN存儲(chǔ)。

　　網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的進(jìn)化

　　兩種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式在發(fā)展的過(guò)程中都遇到了問(wèn)題。

　　由DVR進(jìn)化而來(lái)的NVR，遇到了網(wǎng)絡(luò)能力不足的問(wèn)題和大容量存儲(chǔ)的問(wèn)題。對(duì)DVR而言其網(wǎng)絡(luò)上傳是輔助功能，而對(duì)NVR而來(lái)網(wǎng)絡(luò)接入是必須且最重要的功能，所以DVR可以在20Mbps以下帶寬下工作，而高清碼流都在4-8Mbps，20Mbps碼流只能接4路。NVR作為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)不受地理位置的限制，高集成度帶來(lái)成本的降低，所以項(xiàng)目往往需要更多路數(shù)的設(shè)備，于是最大8個(gè)盤位的設(shè)備難以滿足項(xiàng)目的需求了。這兩個(gè)問(wèn)題的解決主要依賴NVR系統(tǒng)架構(gòu)的變化，一些廠家采用嵌入式X86的方案，既能保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性，又讓產(chǎn)品的存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)能力產(chǎn)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，如浙江大華2011年推出的DH-NVR6000，讓NVR從32Mbps的接入能力直接跳到了384M，提升了12倍，同時(shí)支持的硬盤數(shù)量也提升到16塊。

　　IP-SAN遇到的是另一類問(wèn)題，相對(duì)NVR的分布式架構(gòu)，IP-SAN采用了集中管理的方式，接入、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)都需要依賴服務(wù)器。視頻的數(shù)據(jù)量非常大，于是服務(wù)器承載了相當(dāng)大的負(fù)載，這在理論和實(shí)踐中都給服務(wù)器帶來(lái)了挑戰(zhàn)，視頻直存的概念被提出來(lái)，如2010年浙江大華推出的SVR系列。

　　視頻監(jiān)控存儲(chǔ)發(fā)展展望

　　存儲(chǔ)是監(jiān)控系統(tǒng)中的一部分，所以存儲(chǔ)的發(fā)展趨勢(shì)就離不開(kāi)視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)，或者說(shuō)視頻監(jiān)控的發(fā)展決定著存儲(chǔ)的未來(lái)和方向。高清和網(wǎng)絡(luò)是我們對(duì)前幾年視頻監(jiān)控發(fā)展歷程的概括，前面也分析了高清和網(wǎng)絡(luò)對(duì)視頻存儲(chǔ)的影響。那視頻監(jiān)控未來(lái)應(yīng)該是什么樣的呢?

　　從應(yīng)用的角度看，以客戶使用的過(guò)程我們可以追溯到這樣幾個(gè)需求：

　　1) 錄像存儲(chǔ)

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)最基本的就是需要保證錄像存在，錄像存在就是要保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　2) 錄像要有效

　　有錄像不是目標(biāo)，必須保證錄像是有效的，高清就是錄像有效性的條件之一，錄像雖然存在，如果看不請(qǐng)場(chǎng)景往往是無(wú)效的，也辨別不出需要監(jiān)控或查找的對(duì)象。

　　3) 錄像容易查找

　　在大量的錄像目前，有效的錄像比較少，查找錄像變成了大海撈針，工作量非常大，可能耽誤了寶貴的破案時(shí)間，所以用戶非常期待需要的錄像錄像可以快速的被查到。

　　4) 低成本

　　低成本雖然不是項(xiàng)目必然因素，然而卻是項(xiàng)目非常重要的一個(gè)因素。

　　這四個(gè)需求，不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。我們來(lái)詳細(xì)分析和闡述下用戶的這幾個(gè)需求。

　　錄像的存在要求更加穩(wěn)定的產(chǎn)品

　　有錄像是靠系統(tǒng)的穩(wěn)定性保證的，系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括產(chǎn)品的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、方案的穩(wěn)定性和平臺(tái)的穩(wěn)定性等等。和存儲(chǔ)相關(guān)的，這里我們只談產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

　　產(chǎn)品的穩(wěn)定性需要依賴如下幾個(gè)方面：1)存儲(chǔ)產(chǎn)品向嵌入式轉(zhuǎn)變，軟件采用嵌入式系統(tǒng)，硬件也采用嵌入式系統(tǒng)，即使用X86系統(tǒng)，仍然可以采用嵌入式X86方案，以降低產(chǎn)品的功耗，降低設(shè)備的溫度，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命。2)采用冗余部件設(shè)計(jì)，如采用雙控方案，雙電源設(shè)計(jì)，多風(fēng)扇設(shè)計(jì)，采用Raid技術(shù)，甚至Raid6技術(shù)，Raid6可以在損壞2塊硬盤時(shí)仍然保證數(shù)據(jù)的完整性。3)系統(tǒng)中產(chǎn)品的冗余和備份，如n+1甚至n+m技術(shù)的應(yīng)用。

　　錄像的有效性要求存儲(chǔ)具有更大的存儲(chǔ)空間、更寬的網(wǎng)絡(luò)

　　前面提到高清就是保證錄像的有效性，目前高清已經(jīng)發(fā)展到1080P和3M為主流了，1080P和3M會(huì)清晰的看到監(jiān)控場(chǎng)景中較近范圍內(nèi)人的輪廓和面部特征，監(jiān)控不同于我們DV，室外監(jiān)控往往會(huì)需要看更遠(yuǎn)距離和更大的目標(biāo)范圍，所以越來(lái)越大的分辨率必然成為區(qū)域。分辨率越來(lái)越大，錄像也越來(lái)越大，所以具備更大存儲(chǔ)空間是存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)明顯趨勢(shì)。

　　另外，IPC的有效性也是錄像有效性的必備條件。目前的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)包括IP存儲(chǔ)和NVR存儲(chǔ)，IPC的實(shí)效性，包括IPC是否正常運(yùn)行，IPC是否斷網(wǎng)，鏡頭是否被認(rèn)為遮擋，IPC鏡頭是否干凈，錄像是否有太多噪點(diǎn)，錄像是否偏色，是否有條紋，錄像碼流是否正常等等情況，這些都需要系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。如果采用IP存儲(chǔ)，系統(tǒng)應(yīng)該有巡檢服務(wù)器，如果采用NVR存儲(chǔ)，作為分布式管理的設(shè)備，NVR直接管理IPC，所以NVR必須有巡檢或視頻質(zhì)量診斷功能。

　　錄像容易被查找要求智能存儲(chǔ)

　　如何才能讓錄像容易被查找，這就是智能化的一個(gè)重要的功能，目前錄像被存儲(chǔ)到硬盤上，查找時(shí)，一般需要連續(xù)看完所有的錄像，可能配上多畫面回放或快速回放技術(shù)。人在長(zhǎng)時(shí)間看錄像時(shí)會(huì)產(chǎn)生辨識(shí)疲勞，經(jīng)常遺漏錄像中重要的線索，如果采用多畫面回放和快速回放更容易遺漏目標(biāo)。采用智能存儲(chǔ)，一個(gè)方向是將非結(jié)構(gòu)化視頻錄像進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，在錄像過(guò)程中對(duì)錄像中的物體的變化進(jìn)行識(shí)別并編碼存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)再進(jìn)行二次索引，這樣查找錄像時(shí)可以非常快。

　　錄像識(shí)別和歸類，這兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)突破后，編碼技術(shù)和索引技術(shù)都非常成熟。

　　網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的存儲(chǔ)和模擬不同，編碼主要在前端實(shí)現(xiàn)，后端主要是建立數(shù)據(jù)庫(kù)和進(jìn)行索引。

　　這固然可以減輕后端的壓力，卻帶來(lái)了系統(tǒng)的難度，需要前后端進(jìn)行規(guī)范化編解碼規(guī)范。在IPC與后端(尤其NVR)對(duì)接的過(guò)程中，我們經(jīng)歷了3-4年才基本完成。相對(duì)于前后端只是接口的對(duì)接，智能化需要統(tǒng)一編解碼規(guī)則，需要IC直接統(tǒng)一規(guī)則，所以智能化將更加的復(fù)雜，在這個(gè)復(fù)雜的進(jìn)程中，誰(shuí)先啟動(dòng)，誰(shuí)將在標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中占據(jù)天然優(yōu)勢(shì)地位。

　　可喜的是，目前我們可以看到有對(duì)目標(biāo)或目標(biāo)活動(dòng)的很多辨識(shí)技術(shù)已經(jīng)誕生，并逐漸走向成熟，如人臉識(shí)別技術(shù)，伴線技術(shù)，圍欄技術(shù)，物品搬移技術(shù)。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)方面的技術(shù)我們可以看到標(biāo)簽技術(shù)就是個(gè)對(duì)錄像進(jìn)行歸類，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查收的一個(gè)雛形。

　　低成本要求方案更加簡(jiǎn)單，產(chǎn)品更容易維護(hù)

　　成本的降低主要依賴如下幾個(gè)方面。

　　1)原材料的成本降低

　　原材料主要是IC成本的降低和集成度的提高。

　　2)系統(tǒng)方案的簡(jiǎn)化

　　我們注意到一個(gè)趨勢(shì)，行業(yè)內(nèi)幾個(gè)主要廠家都在宣傳直存的產(chǎn)品具備轉(zhuǎn)發(fā)的性能，這就是從解決方案上節(jié)省成本。直存不僅更加穩(wěn)定，而且節(jié)省接入服務(wù)器，如果存儲(chǔ)上具備轉(zhuǎn)發(fā)功能，又節(jié)省了轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。

　　我們知道,NVR具備解碼的功能，隨著CPU性能的增強(qiáng)，解碼性能提高也很快，利用NVR的解碼性能，或者再增配解碼芯片，這樣NVR可以解幾十路高清視頻，配上多路HDMI輸出口，完成直接解碼上墻的功能。如大華的DH-NVR724可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)接入，存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)和解碼上墻一體化的功能，以前一個(gè)系統(tǒng)，多臺(tái)設(shè)備完成的功能，現(xiàn)在只要一臺(tái)設(shè)備即可。

　　3)降低項(xiàng)目維護(hù)成本

　　低成本不能只考慮產(chǎn)品直接成本，還需要考慮到給項(xiàng)目帶來(lái)的間接成本，即項(xiàng)目整個(gè)周期的成本。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初考慮便利性維護(hù)，如采用模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，只需要將壞的模塊拔掉換一個(gè)即可，這樣不僅節(jié)省了維護(hù)時(shí)間，同時(shí)降低了維護(hù)的難度，用戶可以自行維護(hù)，節(jié)省了大量的售后服務(wù)費(fèi)用。

　　行業(yè)化將是NVR發(fā)展的長(zhǎng)期方向

　　客戶的基本需求解決之后，然后是各種應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對(duì)應(yīng)的要求也不盡相同。

　　要求主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是行業(yè)對(duì)規(guī)格的不同，如石油石化等需要防腐，野外勘探監(jiān)控需要防塵，一些需要放在室外盒子里的NVR需要同時(shí)具備防塵和寬工作溫度范圍的特點(diǎn)。而是行業(yè)需要功能不同，比如一些行業(yè)需要語(yǔ)音播報(bào)，一些行業(yè)需要對(duì)一些錄像進(jìn)行選擇性的保護(hù)。一些行業(yè)具有統(tǒng)一的平臺(tái)，需要我們存儲(chǔ)系統(tǒng)與平臺(tái)對(duì)接，接收平臺(tái)的信息或發(fā)送給平臺(tái)其采集到的信息。