監(jiān)視圖像集中存儲(chǔ)需求分析

　　對(duì)于地鐵電視監(jiān)控系統(tǒng)，平均每個(gè)車站前端攝像頭一般在60路左右，錄像保有時(shí)間需要7天，錄像回放分辨率4CIF，監(jiān)控圖像錄像要有足夠清晰度看清現(xiàn)場(chǎng)、人物特征等，對(duì)事故和案件分析能夠較好提供破案線索，錄像資料查找方便，錄像可靠性、存儲(chǔ)設(shè)備可維護(hù)性要高，方便擴(kuò)容，新建地鐵傳輸通信網(wǎng)絡(luò)具備了集中存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通道，有光纖專用網(wǎng)絡(luò)通道，可采用光纖網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)，沒有光纖專用網(wǎng)絡(luò)通道可采用IP網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)。

　　SAN架構(gòu)

　　SAN是一個(gè)高速的、專用的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)以及共享存儲(chǔ)設(shè)備，目前SAN架構(gòu)又分為FC SAN（Fibre Channel Storage Area Network）和IP SAN（Internet Protocol Storage Area Network）兩種，F(xiàn)C SAN 的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為光纖通道，更高的數(shù)據(jù)傳輸速度是FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征，F(xiàn)C在全雙工模式中可以支持200MB/s的吞吐率，主機(jī)接口速率FC：4Gbps，在最新的8G FC(8G光纖通道)提供1600MB/s的吞吐率，F(xiàn)C結(jié)構(gòu)是高可擴(kuò)展的，理論上一個(gè)FC網(wǎng)絡(luò)可以容納大約1500萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　IP SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，用TCP/IP 以太網(wǎng)替代光纖通道網(wǎng)絡(luò)。IP SAN 的好處在于：使用以太網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)了用戶現(xiàn)有的投資；以太網(wǎng)系統(tǒng)造價(jià)低；以太網(wǎng)是成熟的技術(shù)，具有良好的兼容性。

　　地鐵電視監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)區(qū)域存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

　　視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)由各車站視頻管理服務(wù)器、光纖、光纖SAN交換機(jī)、中心儲(chǔ)存磁盤陣列組成。

　　視頻管理服務(wù)器其主要功能是管理數(shù)字視頻編解碼設(shè)備和數(shù)字視頻錄像，實(shí)現(xiàn)針對(duì)視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部資源（包括：視頻輸入/輸出設(shè)備、視頻編解碼器及全體操作者的應(yīng)用權(quán)限），進(jìn)行統(tǒng)一的配置、管理，根據(jù)用戶端的請(qǐng)求，來(lái)控制前端視頻流的連接，當(dāng)無(wú)用戶請(qǐng)求視頻連接時(shí)，視頻控制服務(wù)自動(dòng)斷開前端編碼器的視頻連接。當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)申請(qǐng)連接同一路視頻時(shí)，視頻控制服務(wù)與前端編碼的視頻流還是單路，不用同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)視頻流，到中心后再通過視頻控制服務(wù)來(lái)組播給所有用戶。這樣能夠有效地控制視頻所占用的帶寬。

　　HBA（Host Bus Adaptor）卡是主機(jī)總線適配器承擔(dān)著主機(jī)和外存之間I/O接口處理的功能，將CPU從多余的I/O處理負(fù)擔(dān)中解脫出來(lái)。

　　1、線路控制中心至車站的傳輸通道

　　線路控制中心至車站設(shè)備之間的傳輸通道需要采用傳輸系統(tǒng)提供的千兆以太網(wǎng)通道，通道帶寬滿足線路控制中心同時(shí)調(diào)看任意一個(gè)車站全部圖像的需要。傳輸系統(tǒng)為電視監(jiān)視系統(tǒng)提供滿足64路視頻圖像同時(shí)上傳所需的通道。

　　在線路控制中心設(shè)置1個(gè)集中式儲(chǔ)存數(shù)據(jù)中心，從儲(chǔ)存數(shù)據(jù)中心到其每個(gè)車站各設(shè)置一個(gè)光纖通道，與光纖SAN交換機(jī)組成，SAN光纖網(wǎng)絡(luò)滿足集中式存儲(chǔ)的需要，此通道為集中存儲(chǔ)專用視頻流傳輸通道。

　　2、鏈路帶寬計(jì)算

　　本次設(shè)計(jì)我們選定的參考值：為編碼器產(chǎn)生的視頻流碼率按照6Mbps MEPG-2實(shí)時(shí)視頻流計(jì)算，存儲(chǔ)的視頻流碼率按照2Mbps MEPG-4進(jìn)行計(jì)算。控制數(shù)據(jù)流由于不占用固定帶寬，并且只有10Kbps左右。

　　實(shí)時(shí)監(jiān)視視頻流。在車站等站點(diǎn)，前端攝像機(jī)的模擬視頻信號(hào)經(jīng)編碼器后，編碼器將接收到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字視頻信號(hào)（MPEG-2、MPEG-4），并接入站點(diǎn)以太網(wǎng)交換機(jī)。

　　一般是8路1臺(tái)編碼器，接入交換機(jī)，到以太網(wǎng)交換機(jī)占用帶寬8×6Mbps=48Mbps，交換機(jī)接口是包括 48個(gè)10/100BaseT端口和4個(gè)Gigabit以太網(wǎng)端口，滿足需要。

　　MPEG-2格式數(shù)字視頻信號(hào)由通信傳輸網(wǎng)設(shè)備送入中心以太網(wǎng)交換機(jī)。中心交換機(jī)將數(shù)字視頻信號(hào)提供給視頻解碼器、中心調(diào)度員視頻監(jiān)控終端。視頻解碼器將還原出的模擬視頻信號(hào)送入顯示大屏。以太網(wǎng)交換機(jī)到傳輸系統(tǒng)占用帶寬64×6Mbps=384Mbps，交換機(jī)接口4個(gè)Gigabit以太網(wǎng)端口，滿足需要。

　　中央存儲(chǔ)的視頻流。以太網(wǎng)交換機(jī)到視頻服務(wù)器和光纖SAN交換機(jī)占用帶寬64×2Mbps=128Mbps，SAN交換機(jī)接視頻服務(wù)器，SAN交換機(jī)光口接中心光纖SAN交換機(jī)，同時(shí)SAN光纖存儲(chǔ)網(wǎng)均采用4GB光纖通道，完全滿足存儲(chǔ)的需要。

　　錄像回放視頻流。從光纖SAN存儲(chǔ)設(shè)備開始，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)以單播的方式到一個(gè)合法用戶使用的控制終端的打開窗口。

　　由于編碼器產(chǎn)生的視頻流碼率為2Mbps，因此計(jì)算網(wǎng)絡(luò)視頻錄像服務(wù)器的處理性能按2Mbps計(jì)算。

　　視頻管理服務(wù)器（含錄像管理）按照接入64路視頻計(jì)算。錄像回放比例按照7：3，那么錄像需求帶寬的公式如下：

　　MEPG-4錄像帶寬（MB）=攝像機(jī)數(shù)×2Mbps÷8

　　總帶寬要求（MB）＝錄像帶寬÷0.7

　　計(jì)算方法：

　　視頻管理服務(wù)器錄像帶寬（MB）=64×2Mbps÷8=128Mbps÷8=16MBps

　　視頻管理服務(wù)器回放帶寬（MB）=錄像帶寬（MB）÷0.7×0.3=6.86MBps

　　1Byte=8bit

　　同時(shí)SAN光纖存儲(chǔ)網(wǎng)均采用4GB光纖通道，完全滿足存儲(chǔ)的需要。

　　3、存儲(chǔ)量計(jì)算公式

　　每路數(shù)字視頻流在4CIF@25IPS 的情況下峰值帶寬按照MEPG-4編碼方式碼率2Mbps，每種類型攝像機(jī)存儲(chǔ)量的計(jì)算公式如下：

　　攝像機(jī)總存儲(chǔ)量（TB）=攝像機(jī)數(shù)×視頻帶寬（bps碼流）×錄像時(shí)間÷{8（b變B）×1000（B變K）×1000（K變M）×1000（M變G）×1000（G變T）}

　　錄像時(shí)間=3600(秒)×每天需存儲(chǔ)小時(shí)數(shù)×需存儲(chǔ)天數(shù)

　　在此需要明確一些基本的流量和存儲(chǔ)量的轉(zhuǎn)換問題，通常：

　　視頻流量的1Kbps=1024bps，1Mbps=1024Kbps，1Gbps=1024Mbps，1Tbps=1024Gbps；

　　存儲(chǔ)容量的 1KB=1000Byte，1MB=1000KB，1GB=1000MB，1TB=1000GB；

　　而只有1Byte=8bit是視頻流量和存儲(chǔ)容量的最基本而且統(tǒng)一的單位。因此，兩種進(jìn)制之間均需要換算到Byte 之后才能進(jìn)行流量和容量的換算。

　　從數(shù)據(jù)安全角度考慮，在每次寫入512字節(jié)時(shí)會(huì)加入8字節(jié)的校驗(yàn)碼，以此保證數(shù)據(jù)的完整性。在地鐵監(jiān)控項(xiàng)目中，由于采用相對(duì)集中的SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此視頻數(shù)據(jù)量非常龐大，所以8字節(jié)的校驗(yàn)碼占用硬盤空間也不是可以忽視存儲(chǔ)量，這些問題也成為存儲(chǔ)容量規(guī)劃時(shí)必須考慮的一個(gè)因素，選擇的磁盤類型均為1TB SATA磁盤，所以1TB SATA磁盤的存儲(chǔ)可用存儲(chǔ)視頻圖像容量經(jīng)計(jì)算為917GB。

　　在地鐵監(jiān)控項(xiàng)目采用RAID5(9+1)的數(shù)據(jù)保護(hù)方式是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案性，9塊1TB硬盤需1塊1TB硬盤鏡像備份，而RAID5(9+1)的實(shí)際可用空間約等于917GB×9=8253GB。

　　以1110路攝像機(jī)為例，每路數(shù)字視頻流在4CIF@25IPS按照MEPG-4編碼方式碼率2Mbps，存儲(chǔ)7天，計(jì)算集中存儲(chǔ)磁盤陣列所需1TB硬盤個(gè)數(shù)：

　　攝像機(jī)總存儲(chǔ)量（TB）=1110路×2×1024×1024（bps碼流）×3600(秒)×24小時(shí)×7天÷（8×1000×1000×1000×1000）=176TB

　　硬盤備份176÷9=20TB,   176TB+20TB=196TB

　　8字節(jié)的校驗(yàn)碼占用硬盤空間：1000-917=83GB，196×83÷1000=16 TB

　　磁盤陣列所以需1TB硬盤：196+16=212塊

　　結(jié)束語(yǔ)

　　地鐵電視監(jiān)控系統(tǒng)很快會(huì)進(jìn)入高清時(shí)代，高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)監(jiān)控的圖像更加清晰和細(xì)膩，對(duì)地鐵車站監(jiān)控，既要求攝像機(jī)能大范圍的控制人流的動(dòng)向，又要求在錄像回放中能夠識(shí)別人物的臉部特征，監(jiān)控圖像需大量存儲(chǔ)空間，F(xiàn)C SAN和IP SAN是高清監(jiān)控基礎(chǔ)，它的高擴(kuò)展性、高可靠性、低維護(hù)成本是今后地鐵電視監(jiān)控的選擇。