视频存储热备份控制技术在城市治安动态视频监控系统中的应用

2013-09-21宁波三维技术有限公司叶利芳

智能建筑与智慧城市 2013年1期

文｜宁波三维技术有限公司叶利芳

文｜宁波三维技术有限公司叶利芳

本文针对目前建筑智能化及城市治安动态视频监控系统中，海量图像数据的存储可靠性因受到存储设备故障的影响而得不到保障的问题，提出了一种视频存储热备份控制技术。该视频存储热备份控制技术较好地实现了视频存储过程中对存储设备工作状态的实时监测，以及存储设备出现故障时的数据快速转移备份的功能，为城市治安动态视频监控系统的海量图像数据不间断录像存储提供了一个技术解决方案。

视频监控视频存储寻路算法热备份状态监测故障上报

1 存储热备份控制技术的需求背景

在大型建筑智能化安防和城市治安视频监控系统中，利用嵌入式硬盘录像机来实现海量图像数据的存储已经成为一种典型的应用模式。控制中心机房中的硬盘录像机一般少则十几台，多则几十台。为了确保这些图像记录设备正常工作，管理人员需要频繁地通过接入监视器进行面板操作来检查每一台设备的工作状态，工作量较大，设备管理相当繁琐。而这种管理不便的特殊性使得安装好的录像设备往往无法得到定期的常规性维护，经常出现当需要调看录像资料时才发现设备早已出现故障而停止了录像，从而导致重要的录像资料丢失的情况。

为了解决设备管理的问题，有些监控系统采用了为录像设备引入管理功能的方法，即通过以太网客户端逐个访问硬盘录像机来检查其运行参数，了解设备工作状态。采用此种方式可降低检查工作的劳动强度，管理人员可在发现设备故障后立即进行设备更换或维护。但是，进行设备更换或维护时需要停止当前设备的录像，而更换一台设备并使之恢复正常工作至少需要半个小时，在这段维护时间内故障机对应视频将无法正常存储，这无法满足不间断录像场合的需求。

综上所述，传统视频存储的现状是：

◆ 难以立即发现设备掉电、网断、死机、硬盘故障等问题；

◆ 从更换设备、转换视频到彻底解决故障所需的时间较长。

换句话来说，大型建筑智能化安防和城市治安视频监控系统亟待解决的问题是：

◆ 如何在存储设备出现故障时立即发现；

◆ 如何在发现存储设备故障后快速恢复录像。

存储热备份控制技术就是在这样的背景下诞生的一种基于模数结合系统（存储与控制相结合）的存控一体化录像不间断解决方案，其特点包括：

◆ 可实现自动监测，能够自动发现设备故障，无需人工干预；采用设备轮询和主动上报相结合的方法；

◆ 可实现自动切换，能够在设备出现故障时立即按照设定的故障处理预案，自动地将与故障机对应的视频切换到备份机上继续录像；

◆ 监测、切换、告警过程可快速自动完成，保证在人员发现问题时录像已经自动转换完毕——能够较好地实现无间断录像功能。

2 存储热备份控制技术的架构设计

为了解决视频监控系统录像存储的热备份问题，需要寻求更好的录像模块异常状态监测技术，不断优化寻路算法以提高查询效率。“视频存储热备份控制技术”就是在这样的背景下，最终选择了主动查询和故障上报相结合的设备管理模式，即利用存储控制系统中“控制主机”和“存储主机”集成一体化的功能——控制主机采用主动查询方法发现存储主机的关机、掉电、网络故障等问题，而当存储主机自身发现录像模块出现硬盘故障、录像状态改变问题时会自动上报故障信息给控制系统部分。

在“矩阵切换功能”和“存储控制功能”高度集成的基础上，利用控制主机对存储主机录像存储模块的状态监测和控制管理功能，能够实现设备出现故障时故障机对应视频向备用录像模块的不间断自动转存，使故障模块的拆装更换和维修可以从容不迫地进行，从而彻底解决令人头痛的设备管理难题。

要实现故障的快速诊断以及备用录像模块同步启动，保证录像连续，首先要解决多设备状态监测的问题，以保证能够及时地发现设备故障。通过以太网主动查询每一个硬盘录像模块的工作状态并作分析对比需要消耗一定的机器时间，单靠此手段根本无法满足及时性的要求。而结合串口通信故障上报，可最大程度上解决系统无法在硬盘录像模块出现故障时及时响应的问题，尤其是对于出现频率最高的硬盘故障能够做到即时响应。

实现“视频存储热备份控制技术”的另一个难点是如何将与故障录像模块相关联的输入图像准确无误地通过交换控制主机联动切换到备用录像模块上继续录像。在进行了各种方案的比对之后，“视频存储热备份控制技术”采用了独创的虚拟摄像机通道绑定表，描述了系统中复杂的视频输入输出通道的对应关系（将正常录像模块的所有视频输入虚拟对应到交换控制主机的视频输入通道上，同时将备份录像模块的视频输入也虚拟指定到交换控制主机的视频输出通道上），保证了能在任何一个正常录像模块出现故障时进行准确的视频联动切换。

3 存储热备份控制技术的工作原理

存储控制系统中，控制主机具有存储主机硬盘录像模块的设备管理功能。在系统配置中不仅需要定义承担正常录像任务的硬盘录像模块，还需要设置至少一台作为备份的硬盘录像模块。如图1所示，存储主机上正常录像模块的所有视频输入均环接到控制主机的视频输入上，而录像备份模块的所有视频输入则连接到控制主机的视频输出上。如此控制主机就得到了正常录像模块的所有图像，可以在正常录像模块出现问题时随时将与之相对应的图像切换到备用录像模块上进行录像。

应用“视频存储热备份控制技术”可实现录像模块状态监测、录像运行参数对比、视频通道联动绑定、矩阵图像切换、录像状态控制、设备故障告警等功能。在系统正常运行中，控制主机会不断地发出录像模块状态查询指令，读取录像模块运行参数并对其与预先记录的设置参数进行对比。

系统能够监测多种录像模块异常状态，包括录像模块的网络故障、硬盘故障、关机、掉电，甚至手动停止录像。当系统发现某一录像模块的运行参数与设置参数不一致时，会立即将与该录像模块相对应的图像切换到备用录像模块上，并启动备用录像模块，保证不间断录像。同时，系统还会记录出现故障的时间和事件信息，在系统信息框中报警提示；如果设定了手机短信告警功能，还可以短信的方式将设备故障信息通知设备管理人员，以便及时进行维护。

图1 存储热备份控制技术工作原理图

4 存储热备份控制的技术先进性分析

视频存储热备份控制技术具有以下创新性技术亮点：

◆ 采用了主动查询和故障上报相结合的设备管理模式，从而最大程度上地解决了系统不能在硬盘录像模块出现故障时及时响应的问题；

◆ 独创的虚拟摄像机通道绑定表描述了系统中复杂的视频输入输出通道的对应关系，保证了在任何一个正常录像模块出现故障时均能进行准确的视频联动切换；

◆ 增加了手机短信报警功能，除了多种控制室报警提示方式外，还支持发送短信到指定的手机上（可发至多台手机上）。

在控制主机的中央处理模块上内置有一个数据管理模块，该模块定时发送数据，通过通信总线实时监测系统内各个工作模块的状态，监测信息包括模块工作状态、视频丢失报警、视频移动报警、外部触发报警、存储模块异常报警、硬盘异常报警、定时设置异常报警、网络异常报警等。当数据管理模块监测到异常情况时，会立即向系统管理平台报警提示并在日志中予以记录，或以手机短信的方式报告系统管理员。当监测到存储模块工作异常时，热备份控制模块立即向矩阵控制系统发出指令，将异常的存储模块所对应的矩阵控制系统上的输出信号切换到备用存储模块上，同时开启备用存储模块，保持持续录像。

此外，为了提高技术的先进性与实用性，“视频存储热备份控制技术”还实现了录像模块实时运行状态显示、录像模块配置信息显示等功能；同时基于对控制主机和存储主机视频连接复杂性的考虑，引入了对常规视频连接的改造，利用视频集成电缆进行连接，大大简化了设备安装和调试步骤，使整体系统连接变得简洁明了，提升了系统长期运行的可靠性。