紫光 eSATA 存储系统在视频监控中的应用
------ DVR 专用存储解决方案

一  DVR 技术提升不断拓展应用空间

     随着图像压缩技术的飞速发展， DVR 近年来在国内获得了长足的进步，压缩算法从 MPEG-1 到 MPEG-4 ，再从 MPEG4 发展到 H.264 ；产品形态从单一的板卡发展到板卡、嵌入式与网络视频服务器共存；用户从单一的客户延伸到了社会生活的方方面面。
     纵观 DVR 的发展历程，我们不难发现每当图像压缩技术提升一次， DVR 的技术就随之更新，各家产品的性能就更上一层楼，单位产品的价格也随之下滑，市场容量也大幅提高。大家可能都还记得第一代 DVR 板卡的情形，当时的板卡仅限于单路和四路，每颗 DSP 只能压缩一路 CIF 图像，每路图像所占的硬盘空间在 CIF 格式下都在 300MB 以上，产品价格也居高不下，单路平均价格都在 2000 元以上。
     随着 MPEG-4 技术的成熟，每路图像所占的硬盘空间降到了 200MB 以下，这期间，技术上的发展给 DVR 的应用带来了很多的好处，使得长时间保存录像资料成为可能，而 DVR 也由此在各行业系统全面推开，市场容量成倍增长。当压缩算法发展到 H.264 以后，压缩比得到进一步提升，同时硬件 DSP 技术的发展使单颗 DSP 压缩四路 CIF 或一路 D1 成为现实，在技术经济角度为 DVR 全面取代 VCR 铺平了道路。同时压缩比的提高也使实时图像的网络传输成为可能， DVR 的网络化成为主流方向，大规模的联网监控带给 DVR 更加广阔的发展空间。
     2006 年，随着 DVR 在各方面的成熟，中国电信全球眼、中国网通宽视界等联网监控平台相继问世，平安城市的试点在全国范围逐步推开， DVR 的应用必将在 2007 年迎来新的发展高潮。 2007 年各 DVR 厂家在现有技术基础上将突出网络应用，和各联网平台的协议兼容是今年的工作重点，同时各厂家将进一步加大在新的技术方案上的投入，争取在新的市场环境下博得自己的市场位置。

    综上所述， DVR 的核心技术是图像的编码和图像的压缩技术，存储的要求仅仅是 DVR 的一项附带功能。类似服务器的发展过程中，内部存储系统向外部存储系统的转变已经是不争的事实， DVR 将存储功能的剥离，将可靠、标准、安全的存储交给专门的存储系统去实现，也必将是 DVR 未来的发展方向。

二  DVR 的存储需要外部专门的存储系统支持

1  将存储放置在 DVR 内部有以下主要的问题：

   • DVR 需要处理更多的 I/O 访问，增加了 DVR 的处理器负荷；
   • DVR 带大量的存储硬盘，增大了 DVR 的功耗，带来散热不良影响稳定性的严重后果；
   • 内部存储没有任何的数据安全保障，使视频监控中日益重要的数据面临严峻的安全隐患；
   • 行业用户对存储的要求时间普遍变长，图像存储的质量要求普遍变高，对存储容量要求骤然增大，内部存储容量成为严重制约。

2  DVR 外部存储的解决之道

   • DVR 内部全部具备 IED 或者 SATA 的磁盘接口，通过该接口，采用 eSATA 的磁盘存储系统，能够方便地将 DVR 内部存储转变为外部存储。（注：以前老的 DVR 产品，仅仅具备 IDE 接口，可以通过一个转换器转成 SATA 接口）
   • DVR 内置 iSCSI Initiator 客户端软件，通过以太网线，采用 iSCSI 协议与 iSCSI 存储系统进行连接，将 DVR 内部存储转变为外部存储。

3  清华紫光 DVR 量身打造外部存储系统

   • 紫光 CTDS-A ×××× eSATA 存储系统
   • 紫光 CTDS-G ×××× IP SAN 存储系统 （ iSCSI 存储系统）
   • 紫光 CTNS-G ×××× IP SAN/NAS 存储系统

   本方案重点介绍 eSATA 存储系统在视频监控中的应用，其他产品解决方案参见
  《紫光 IP SAN/NAS 存储系统在视频监控行业中的应用》。

三  视频监控存储的现状
    目前系统主要分为三级：前端接入中心、二级监控中心、一级监控中心。

    其中数据的存储调用主要集中在前端接入中心的 DVR 上面 。而监控中心也都有部分的重要数据的存储。因为现在监控要求至少 30 天的全实时监控所有数据必须被存储下来，另外一方面，对于视频清晰度的要求提高。长时间和高清晰度的要求，需要存储的视频数据容量越来越大。再加上由于以往的存储方案经常出现的数据丢失的现象，使得甲方对数据的安全性方面的要求越来越多。这种情况下除非监控系统能够像公安监控一样采用全程光纤的传输专网，采用集中存储方式，否则视频数据的存储大部分只能是靠前端接入中心的 DVR 。采用集中存储不但要求高带宽的光纤网络保证，这种工程往往需要很大的资金投入和很长的时间，再加上前期的各个点的设备都是分开施工的，对于整合来说，工程量将是巨大的。
因此，目前的改造只能是针对各个前端接入中心原有的 DVR 设备进行存储扩容，对增加的数据存储进行解决；而对于数据安全的解决，我们当然要采用 IT 行业最成熟的技术方案 — 磁盘阵列技术（ RAID ）。

四  数据存储解决方案

1  数据容量计算：
    在保守情况下， CIF 格式的容量为 225MB/h, HALF D1 格式下为 450MB/h D1 为 900MB/h 。这个表是一台 16 路格式的 DVR 在不同格式、不同时间下需要的容量。

2  RAID 和磁盘阵列技术

    1） RAID 简介： RAID 是 Redundant Array of Independent Disks 的缩写，直译为“独立冗余磁盘阵列”，也简称为“磁盘阵列”。简单地讲， RAID 技术就是利用多个硬盘的组合提供高效率及冗余的功能。目前 RAID 基本上包括 RAID 0 、 1 、 3 、 5 等多种 RAID ，但是从应用上来说， RAID5 就足够客户保障客户数据安全，同时也最大限度的提高数据传输速度和磁盘的利用率。许多磁盘阵列厂商从各种不同行业对于数据的不同特点进行分析，在这几种 RAID 的基础上推出了 RAID6 、 10 、 50 等。
     2） RAID 的好处： RAID 的好处在于一方面，它能够同时向多个磁盘里面读写数据，而对外这些磁盘又是一个逻辑上的硬盘。这就大大提高了数据传输的速度。另外一方面，它能够对数据提供数据保护功能，由于这些建立在 RAID 上的磁盘驱动器之间的逻辑关系使得每个磁盘之间都是互相关联的。根据 RAID 级别的不同，能够支持不同数量磁盘的损坏并在插入新硬盘的时候进行数据修复，但同时也会损耗相应的磁盘做数据冗余。
    目前国际上 IT 巨头包括 EMC 、 HP 、 DELL 、 IBM 等都使用这种技术应对各种存储方面的困难，尽管各个公司的产品大相径庭，但是， raid 级别上基本上就包括 raid0 、 1 、 2 、 3 、 5 、 6 、 10 、 50 等，也不是 raid 级别越高就越安全。目前最主要、最优使用效率的也就是 RAID5 了。这个级别的 RAID 只消耗一个磁盘驱动器的容量来所有数据进行冗余安全效验。

3  监控存储解决方案
    根据现在许多原有的监控设备的情况来看，以工控式 DVR 为主的监控设备比较多，也有少量嵌入式 DVR 。由于是改造原有的系统存储方式，以下我们主要以工控式 DVR 的存储方案进行解释（嵌入式 DVR 的使用方式类似）。传统中一般都是直接采用工控加接硬盘的方式或是采用低廉的扩展柜进行容量扩展。然而这两种方式都有缺点非常明显，那就是硬盘的不稳定性、坏硬盘数据不能恢复数据，写硬盘时不能热插拔硬盘，常常认不全所有硬盘，时有掉盘的现象发生，而多块硬盘都集中在主机箱里对于本身就比较狭小的 pc 空间造成散热困难等问题。更容易导致硬盘的“罢工”，进而导致监控服务器的死机等问题。影响整个监控效果。
     如此，磁盘阵列柜的优点就能够显现出来：首先，一台磁盘阵列柜相当于多块硬盘叠在一起的大硬盘，极大的满足了数据容量急剧增长的需求，其次，由于采用了 RAID 保护，数据安全性得到保证。再次，由于不占用工控机的空间以及独立运行，对于工控机的散热及稳定性有着尤为明显的效果。

五  紫光 CTDS-A 系列磁盘阵列柜介绍和优点

1 、紫光 CTDS-A 产品简介：

紫光 CTDS-A 这系列机器包括： CTDS-A 1041A 和 CTDS-A 2081A 两种机器，其中 1041A 针对嵌入式 DVR 2TB 接口容量限制而设计的能够兼容嵌入式 DVR 系统的经济型磁盘阵列柜。 2081A 针对视频监控行业工控式 DVR 大需求容量的情况设计、采用 SATA/ESATA 接口的高速高容量经济型 8 盘位磁盘阵列柜，最大容量可以达到 7TB 。这个系列磁盘阵列具有的 RAID 级别有 RAID0 、 1 、（ 0+1 ）、 5 、 5+spare 。

2 、 ESATA/SATA-SATA 技术简介：
    SATA 就是通过 SATA 、 ESATA 接口进行数据传输的一种 SATA 磁盘阵列柜。 ESATA 这种技术的优势就是能够不通过底层数据换算而直接将数据传输存入后端的磁盘阵列柜里。这就大大的加强了整个磁盘阵列柜的效率，从而可以说比其他接口转 SATA 的磁盘阵列柜在性能上更加有优势。

3 、与其他产品比较：
    与安防监控行业的存储产品主要包括扩展柜、 IDE 磁盘阵列柜， SCSI 磁盘阵列柜， SATA 磁盘阵列柜以及网络存储磁盘阵列柜等。
   • 扩展柜存储这种方式和直接扩展硬盘一样是一种非常脆弱、不稳定的廉价扩容方案。
   • IDE 磁盘阵列柜这种方案从成本上来说相当有吸引力，而且相对比扩展柜的方案要稳定，要更加可靠一点。但是，这种机器的控制器方面主要应用了国内不成熟的 RAID 算法。在与其他机器在兼容性及稳定性方面的问题是工程商主要反应的几个现象。这对于监控行业这种宁可求稳的行业是一个极大的影响因素。
   • SCSI 磁盘阵列柜和网络存储这两种方案可以说都是高成本的存储方案。对于相关的配置，如前端服务器，网络传输装置等各种配置要求都相对要高出许多。这样的方案，改造的时候就必须对其他的设备更新，而费用相当惊人。除非是资金比较丰富的项目，监控行业一般都不会应用这种方案
   • 其他接口的 SATA 磁盘阵列柜，如： SCSI-SATA 价格基本上都在 30000 以上，而数据的传输要通过底层数据换算后通过不同类型的接口传输存入 SATA 硬盘。这就使得理论速度远远偏离了实际速度，传输的实际速度和 ESATA 这种差不多，相对来说性价比不好。

六  紫光 CTDS-A 方案经济指标

    我们下面举一个监控的例子，对一个需要对 32 路 D1 格式数据进行 24 小时 30 天存储要求，采用工控式 DVR 时的经济指标进行分析。

1 、数据容量需求分析
    由于一台工控式 DVR 接海康 D1 格式板卡基本上可以达到 16 路，所以我们采用 2 台 16 路工控式 DVR 。海康 D1 格式的数据一般都是在 700MB/h ，静止画面在 500MB/h 以下，我们这里取平均值，为 600MB/h 。一个月需要的数据容量为 6.9TB 。

2 、配置方案
    用 1 台 CTDS-A 2081A 磁盘阵列柜，上 8 块 1TB 硬盘，总容量可以达到 7TB 。如需要增长时间则可以采用增加磁盘阵列的方法。最多一台工控机可以接 4-5 台磁盘阵列 。

4 、价格指标

5 、经济指标分析

    采用磁盘阵列后价格方案价格增加了 88000 ，但系统具备了几乎海量的存储容量，满足更长时间的存储要求，满足高质量图像的存储要求，更重要的是，数据的安全性得到了最好的保证（当硬盘出现损坏时可以及时得报警并可在工作时对硬盘进行热插拔和数据恢复）， DVR 的处理能力和稳定性得到了大大的提升。
    从工程商的角度来看，由于采用了高技术含量的存储系统，比原来仅仅采用 DVR 有更多的利润空间。