experience the next
 
Главная  > Журнал «Experience the Next»  > Статьи из журнала

Axis - 10 шагов в будущее. Шаг 4-ый

08.05.2008

Шаг четвертый. Средства хранения видеоинформации.

Запись и хранение видеоинформации в системах IP-видеонаблюдения требуют возможности хранения больших объемов данных в течение длительного времени. При выборе подходящей системы хранения данных следует принять во внимание ряд факторов, в том числе масштабируемость, возможность резервного дублирования данных и производительность.

Видеофайлы могут сохраняться на жестком диске сервера или персонального компьютера точно так же, как происходит сохранение документов и прочих файлов на ПК. Для этого нет необходимости применять специализированное оборудование, поскольку решение хранения не рассматривает видеоданные вне общего контекста файловой системы – как и любая другая категория файлов, видеоданные могут быть сохранены, просмотрены и при необходимости удалены. Однако хранение видеоинформации создает значительно большую нагрузку на аппаратное обеспечение, поскольку устройствам хранения приходится работать в постоянном режиме, в отличие от обычной офисной работы с другими типами файлов. Кроме того, видеоинформация представляется в цифровом виде большими объемами данных, предъявляя соответствующие требования к решениям хранения.

Расчет требуемой емкости для хранения данных

Чтобы адекватно рассчитать емкость средств хранения данных для нужд системы сетевого видеонаблюдения, следует принять во внимание ряд факторов – таких, как количество камер видеонаблюдения, суточная продолжительность записи по каждой из камер, срок хранения данных в видеоархиве и наличие в системе возможностей записи по команде детектора движения и записи по кольцу. Необходимо уточнить и ряд дополнительных параметров – таких, как частота кадров, степень сжатия, уровень качества изображения и количество мелких деталей.

Влияет на результат расчета и тип применяемого алгоритма сжатия видеопотока. В системах с применением сжатия по алгоритмам JPEG либо Motion-JPEG требования к объемам хранения варьируются в зависимости от частоты кадров, разрешения и степени компрессии. Если применяется компрессия MPEG, то ключевым фактором, определяющим требования к объемам хранения, является объем потока данных (битрейт).

Обычно удельные объемы хранения данных измеряются в мегабайтах в час либо в гигабайтах в сутки. Для расчета необходимой емкости носителей информации существуют специальные формулы. Они различны для алгоритмов компрессии Motion-JPEG и MPEG, поскольку в алгоритме Motion-JPEG каждый кадр компрессируется отдельно, а алгоритм MPEG дает на выходе поток данных, скорость которого измеряется в килобитах в секунду.

Примеры формул расчета (для одной камеры):

Для алгоритма Motion-JPEG:

  1. Размер кадра (в килобайтах) x частоту кадров x 3600 секунд / 1024 = количество мегабайт в час.
  2. Количество мегабайт в час x количество рабочих часов в сутки / 1024 = количество гигабайт в день.
  3. Количество гигабайт в день x требуемый срок хранения данных в архиве = емкость носителя для хранения информации.

Для алгоритма MPEG:

  1. Битрейт / 8 x 3600 секунд / 1024 = количество мегабайт в час.
  2. Количество мегабайт в час x количество рабочих часов в сутки / 1024 = количество гигабайт в день.
  3. Количество гигабайт в день x требуемый срок хранения данных в архиве = емкость носителя для хранения информации.

Варианты выбора средств хранения

Как уже упоминалось выше, IP-видеонаблюдение не нуждается в специализированных решениях хранения – в нем используются стандартные компоненты компьютерных систем. Это позволяет снизить затраты, обеспечить более высокую степень резервирования, а также большую производительность и масштабируемость, чем могут обеспечить аналогичные по функциональности цифровые видеорегистраторы.

В IP-видеонаблюдении решения хранения основываются на возможностях хранения данных серверами либо персональными компьютерами. По мере наращивания емкостей выпускаемых жестких дисков и снижения их цены хранение видеоинформации становится все менее затратным. Существует два принципиально разных подхода к хранению видеоданных на жестких дисках. Один из них – непосредственное подключение средств хранения к серверу, на котором выполняется программное приложение видеонаблюдения. Другой состоит в том, чтобы связывать удаленные средства хранения данных с сервером по сети.

Прямое подключение средств хранения к серверу является наиболее типичным для инсталляций IP-видеонаблюдения малого и среднего масштаба. Жесткий диск устанавливается непосредственно на сервере, на котором выполняется программа управления видеонаблюдением. Возможный объем хранения данных определяют параметры персонального компьютера и количество жестких дисков, которое можно к нему подключить. К большинству стандартных персональных компьютеров может быть подключено от двух до шести жестких дисков. Современные жесткие диски могут хранить до 1 терабайта информации – таким образом, суммарный объем хранения составляет приблизительно 2-6 терабайт.

Когда объемы хранимых данных и требования управляющей программы выходят за пределы величин, которые может обеспечить локальное хранение данных на сервере, на смену этой системе внедряется система с раздельным хранением данных. Такие системы носят название средств хранения с доступом по сети (Network Attached Storage, NAS) и сетей хранения данных (Storage Area Networks, SAN) – они обеспечивают увеличение объемов хранения, лучшую сохранность данных и большую гибкость.

Рис. 1. Средства хранения, подключаемые непосредственно к серверу.

Системы хранения с доступом по сети (NAS) обеспечиваются одиночным аппаратным устройством, напрямую подключенным к локальной сети передачи данных (Local Area Network, LAN), доступ к которому может осуществляться с любой из клиентских машин, подключенных к сети. Такие устройства легко устанавливаются и просты в администрировании, что делает общую стоимость решения достаточно низкой. Однако скорость ввода данных в устройство хранения ограничена тем, что оно снабжено только одним сетевым портом, что может вызвать проблемы при его применении в высокопроизводительных системах.

Системы сетевого хранения данных (SAN) – это высокоскоростные специализированные сети, обычно подключенные к одному либо нескольким серверам с помощью оптоволоконных соединений. Пользователи осуществляют доступ к входящим в состав сети SAN аппаратным устройствам хранения через серверы, и суммарный объем хранения масштабируется до сотен терабайт. Централизованное решение хранения снижает трудозатраты на администрирование и обеспечивает высокопроизводительную гибкую систему для применения в условиях многосерверного окружения. В сети SAN файлы могут записываться на несколько жестких дисков одновременно (RAID-массивы). Обычно для построения таких сетей используются технологии волоконной оптики, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростями до четырех гигабит в секунду. Такая конфигурация позволяет реализовывать крупные масштабируемые решения, требующие хранения больших массивов данных с высокой степенью резервирования.

В системах с распределенной архитектурой можно реализовать сохранение данных на выделенных для этого серверах с использованием дополнительной функциональности. Например, в платформе безопасности «Интеллект» компании ITV для этой цели используется модуль «Видеошлюз», который осуществляет распараллеливание, масштабирование и прореживание видеопотоков в сети, используя возможности алгоритма сжатия видеоинформации Motion Wavelet. Так, прореживание потоков дает возможность создавать долговременные архивы, экономя при этом место на носителе информации: например, на одном сервере хранится в течение недели в полном разрешении и с максимальной скоростью (частотой кадров, fps) оперативный архив, а на другом сервере архив хранится в течение месяца, частота кадров при этом составляет половину от первоначальной. Таким образом, видео с максимальным качеством доступно в течение недели в оперативном архиве, если же потребуется просмотреть видео по истечении этого срока – оно будет доступно в долговременном архиве. Кроме того, модуль «Видеошлюз» позволяет создавать многоуровневую сетевую иерархию, обеспечивая доступ к видеоинформации клиентам из всех сегментов сети, минимизируя при этом нагрузку на серверы и каналы передачи данных.

Рис. 1. Средства хранения, подключаемые непосредственно к серверу.

Резервирование хранения

В системах SAN поддержка резервирования хранения данных осуществляется на аппаратном уровне. Под резервированием хранения понимается способность системы осуществлять одновременное сохранение данных на нескольких физически разнесенных носителях. Это дает возможность создания запасных копий видеоматериалов для восстановления в случае выхода из строя какой-либо части системы хранения. Для реализации этого резервного хранилища в системах IP-видеонаблюдения предусматривается целый ряд возможностей, включая использование дисковых массивов формата RAID (Redundant Array of Independent Disks, резервированный массив независимых дисков), репликацию данных, сохранение на ленту, создание серверных кластеров и обслуживание нескольких получателей видеосигнала.

RAID – метод группировки нескольких стандартных выпускаемых промышленностью накопителей на жестких дисках таким образом, чтобы операционная система воспринимала их как единый накопитель большой емкости. В массиве RAID данные распределяются между дисками так, чтобы резерва данных хватило при выходе из строя одного из составляющих массив накопителей. Существуют массивы RAID различного уровня резервируемости – от нулевой до полностью зеркальной, где не происходит ни потери данных, ни даже сбоя в работе системы при выходе дисков из строя.

Репликация данных – это распространенный подход во многих сетевых операционных системах. Файловые серверы в сети конфигурируются таким образом, чтобы тиражировать данные с одного сервера на другие, иметь источник данных для восстановления при аварии на одном из серверов.

Сохранение на ленту – этот метод может использоваться в качестве альтернативного либо дополнительного: на сервере устанавливается накопитель на магнитной ленте, куда осуществляется копирование всех материалов, сохраненных в системе за определенный период времени, – например за день либо за неделю. Существует множество программно-аппаратных решений сохранения на ленту, и в практике резервирования данных принято хранить физические ленты с архивами удаленно от места расположения серверов – на случай пожара либо кражи.

Создание серверных кластеров – распространенная разновидность этого метода – работа двух серверов с одним устройством хранения, например с массивом RAID. При сбое одного из серверов другой, сконфигурированный идентично первому, берет осуществление рабочего процесса на себя. Такие серверы могут иметь даже общий IP-адрес, делая перехват управления при отказе совершенно прозрачным для пользователя.

Обслуживание нескольких получателей видеосигнала – обычным способом, гарантирующим и восстановление данных в случае отказа, и возможность осуществления удаленного хранения в системах сетевого видеонаблюдения, является одновременная передача видеопотоков на два сервера, расположенных в разных местах. Эти серверы могут быть оборудованы дисковыми массивами RAID, работать в кластерах либо реплицировать поступающие на них данные на другие серверы. Такой подход особенно эффективен при расположении камер в опасных и труднодоступных местах, к примеру в инсталляциях на общественном транспорте.

Все многообразие решений хранения, которые могут использоваться в системах IP-видеонаблюдения, делает критически важным элементом проектирования систем детальный анализ различных способов осуществления доступа к информации и ее длительного хранения. По мере успешного развития технологий производства магнитных накопителей производителям важно придерживаться открытых стандартов, чтобы обеспечить масштабируемость и долгий срок жизни средств хранения. Кроме того, и прогресс самих систем IP-видеонаблюдения – например, появление алгоритмов интеллектуального видео, делает еще более важным использование устройств хранения, созданных на основе открытых стандартов, которые могли бы комбинировать данные, приходящие из различных источников. Системы хранения должны быть способны приспосабливаться к работе с новыми и находящимися в стадии разработки приложениями – чтобы инвестиции в оборудование продолжали работать согласно с технологическим прогрессом.

Станислав Гучиа,
директор по продажам компании Axis в России


Полезные материалы