淺析視頻監(jiān)控存儲技術(shù)的發(fā)展

在一個安防系統(tǒng)中有大量的攝像頭，所以安防系統(tǒng)無法布置大量的人員盯住所有的視頻場景。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)生過程，同時(shí)研究下次如何避免事件的發(fā)生，所以存儲必然成為視頻監(jiān)控中最重要的單元。存儲不僅最重要，而且存儲在方案工程中的占比也比較也比較大，存儲中的技術(shù)也比較復(fù)雜，故研究存儲的歷史發(fā)展和探討存儲的未來就顯得尤為重要。

　　國內(nèi)存儲的發(fā)展歷程

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

　　第二代的存儲是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)，視頻存儲在硬盤上，實(shí)現(xiàn)了存儲的數(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)量不會因此有任何的降低。另外，DVR的存儲也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的管理。

　　第三代存儲，這里一直存在爭議，有人說NVR，有人說是IP存儲。其實(shí)這兩種存儲都是視頻存儲發(fā)展過程中的一個階段，都可以歸納為網(wǎng)絡(luò)存儲?，F(xiàn)在很多用戶和工程商將網(wǎng)絡(luò)和高清等同了，其實(shí)這是概念的錯位，網(wǎng)絡(luò)存儲最重要的不是解決網(wǎng)絡(luò)的問題，而是解決高清的問題。早期的IPC確實(shí)是解決網(wǎng)絡(luò)的問題，模擬系統(tǒng)無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)識到第三代存儲是網(wǎng)絡(luò)存儲，用網(wǎng)絡(luò)手段解決了高清的問題。

　　NVR和IP-SAN雖然都是網(wǎng)絡(luò)存儲，然而其發(fā)展源頭不同。NVR是由DVR發(fā)展而來的，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，早期集中存儲方案中IP-SAN是存儲的唯一選擇，2005年之后，攝像機(jī)也開始了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)議也沒有，開發(fā)NVR花費(fèi)很大，市場又少，所以幾乎沒有廠家做NVR。IPC廠家通過提供SDK方式，讓集成商完成平臺接入IPC的工作，從而使得2010年之前絕大部分IPC都采用IP-SAN存儲。

　　網(wǎng)絡(luò)存儲的進(jìn)化

　　兩種網(wǎng)絡(luò)存儲方式在發(fā)展的過程中都遇到了問題。

　　由DVR進(jìn)化而來的NVR，遇到了網(wǎng)絡(luò)能力不足的問題和大容量存儲的問題。對DVR而言其網(wǎng)絡(luò)上傳是輔助功能，而對NVR而來網(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)存儲不受地理位置的限制，高集成度帶來成本的降低，所以項(xiàng)目往往需要更多路數(shù)的設(shè)備，于是最大8個盤位的設(shè)備難以滿足項(xiàng)目的需求了。這兩個問題的解決主要依賴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遇到的是另一類問題，相對NVR的分布式架構(gòu)，IP-SAN采用了集中管理的方式，接入、存儲和轉(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)器帶來了挑戰(zhàn)，視頻直存的概念被提出來，如2010年浙江大華推出的SVR系列。

　　視頻監(jiān)控存儲發(fā)展展望

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

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

　　1) 錄像存儲

　　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，如果看不請場景往往是無效的，也辨別不出需要監(jiān)控或查找的對象。

　　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)目非常重要的一個因素。

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

　　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)定性和平臺的穩(wěn)定性等等。和存儲相關(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方面：1)存儲產(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具有更大的存儲空間、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會清晰的看到監(jiān)控場景中較近范圍內(nèi)人的輪廓和面部特征，監(jiān)控不同于我們DV，室外監(jiān)控往往會需要看更遠(yuǎn)距離和更大的目標(biāo)范圍，所以越來越大的分辨率必然成為區(qū)域。分辨率越來越大，錄像也越來越大，所以具備更大存儲空間是存儲設(shè)備的一個明顯趨勢。

　　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)存儲包括IP存儲和NVR存儲，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。如果采用IP存儲，系統(tǒng)應(yīng)該有巡檢服務(wù)器，如果采用NVR存儲，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

　　如何才能讓錄像容易被查找，這就是智能化的一個重要的功能，目前錄像被存儲到硬盤上，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)。人在長時(shí)間看錄像時(shí)會產(chǎn)生辨識疲勞，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，一個方向是將非結(jié)構(gòu)化視頻錄像進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲，在錄像過程中對錄像中的物體的變化進(jìn)行識別并編碼存儲到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫再進(jìn)行二次索引，這樣查找錄像時(shí)可以非?？?。

　　錄像識別和歸類，這兩個技術(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)庫和進(jìn)行索引。

　　這固然可以減輕后端的壓力，卻帶來了系統(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)對接的過程中，我們經(jīng)歷了3-4年才基本完成。相對于前后端只是接口的對接，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，在這個復(fù)雜的進(jìn)程中，誰先啟動，誰將在標(biāo)準(zhǔn)化的過程中占據(jù)天然優(yōu)勢地位。

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

　　數(shù)據(jù)庫方面的技術(shù)我們可以看到標(biāo)簽技術(shù)就是個對錄像進(jìn)行歸類，并建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查收的一個雛形。

　　低成本要求方案更加簡單，產(chǎn)品更容易維護(hù)

　　成本的降低主要依賴如下幾個方面。

　　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)方案的簡化

　　我們注意到一個趨勢，行業(yè)內(nèi)幾個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，轉(zhuǎn)發(fā)和解碼上墻一體化的功能，以前一個系統(tǒng)，多臺設(shè)備完成的功能，現(xiàn)在只要一臺設(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)目帶來的間接成本，即項(xiàng)目整個周期的成本。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，對應(yīng)的要求也不盡相同。

　　要求主要體現(xiàn)在兩個方面，一是行業(yè)對規(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)需要語音播報(bào)，一些行業(yè)需要對一些錄像進(jìn)行選擇性的保護(hù)。一些行業(yè)具有統(tǒng)一的平臺，需要我們存儲系統(tǒng)與平臺對接，接收平臺的信息或發(fā)送給平臺其采集到的信息。