分析存储性能 优化监控配置

蒋国英

（绍兴广电信息网络有限公司）

1 引言

存储作为道路视频监控系统的关键后端设备，用于集中存储前端高清摄像机输出的数字视频流。由于其技术复杂，可靠性要求高，其造价在整个监控项目设备造价中占比较高的比重，一般占监控设备造价的1/4～1/3。

机房中存储的配置数量取决于前端监控点位数量、存储的视频流大小、保存的天数、设备性能指标的限制、Raid方式、硬盘的盘位数量和硬盘的容量等因数。下文通过对存储系统的设计分析，找出优化配置的突破口，对实际案例进行优化，体现配置微创新带来的效益。

2 存储系统介绍

监控中心存储系统采用CVR存储方式，对前端治安监控点及卡口全景录像单元的实时视频流进行保存，按照每秒25帧、实时存储日期为30天。

目前，从系统的兼容性、稳定性、可靠性及高性价比角度出发，同时考虑到保护已有的投资，选择了基于IP网络架构的视频流直接存储方案。视频流直接存储系统，在实现低成本数据安全集中、冗余备份的同时，能有效提高存储资源的利用率，减少存储用电量。

2.1 存储模式分析

1) 支持高清应用：支持百万像素级高清IP摄像机直接接入存储，无需配置服务器做视频转发。

2) 存储可靠性高：CVR支持RAID技术，存储服务可靠性高。

3) 灵活的录像配置方式：不同监控点可选择不同时间长度、不同录像方式进行录像，且可动态更改。

4) 采用流式存储：可对录像文件进行流式管理，根据需要能便利节选所需片段，提高录像数据管理能力和效率。

5) 扩展便利：系统存储容量、前端监控点数量、接入视频专网数量可基于IP网络灵活扩展。

6) 可管理性强：基于网络实现对监控设备的统一管理；基于网络实现对监控数据统一管理。

2.2 CVR存储流

存储数据流如图1所以。

1) 存储流：高清前端的视频流可直写到CVR存储系统。

2) 实时流：流媒体服务器从高清前端获取实时视频流，将实时视频流转发给各个客户端。

3) 回放流：客户端可直接从CVR获取回放视频流。

图1 CVR存储数据流

2.3 卡口图片存储容量计算

按照每张图片400KB，每个车道每天通过的6000辆车来计算所需的容量。

3 存储系统设计分析

中心存储系统一般需要集中存储3种信息——车辆号牌等动态数据信息、车辆图片信息和车辆视频信息，因数据保存时间长、数据量很大，各类数据应根据数据类型、特点及重要性进行区别存储。对于核心数据，应当以确保数据绝对安全及高速读写为核心目标；对于一般数据，应当在保障数据稳定、满足存储速度和安全需求的条件下，以降低单位容量存储成本为主要目标。同时，存储系统设计应当充分考虑项目未来扩展的可能性，确保在存储容量需求进一步增加的情况下，能够简单、快速地进行系统扩容，不得出现扩容困难或受限于系统初始设计等问题。

3.1 数据存储设计

每辆车辆的号牌等动态数据信息量为0.4KB/条，按单车道日均6000辆流量估算，每条车道的数据信息量按不同存储时间的容量计算公式如下：

6000条×0.4KB/条×1车 道×365天/年×N年/1024/1024＝※GB

表1为不同车道数量和不同保存时间的数据存储容量。

表1 数据存储容量计算表

按照单车道日均6000辆流量估算，不同车道规模和不同保存时间情况下的信息记录条数见表2。

表2 信息记录条数计算表

对于超大数据量，数据库软件选用Oracle 10GB正版数据库，可支持8EB的超大数据量，支持双机热备。

数据库存储系统选用高性能服务器，具有数据绝对安全、对块的快速定位查询以及高速读写能力，存储媒介使用高性能硬盘；同时，存储系统1台数据库热备服务器用于系统级冗余备份，热备服务器选用与数据库主服务器同系列的服务器。

3.2 图片存储设计

车辆图片信息采用JPEG编码格式，符合ISO/IEC1544∶2000要求，压缩因子不高于70，200万高清摄像机输出照片文件平均大小为400KB，按单车道日均6000 辆流量估算，每条车道的图片信息按不同存储时间的容量计算公式如下：

6000 辆×0.4MB×1车 道×30天/月×N个 月/1024/1024＝※TB

表3为不同车道数量和不同保存时间的数据存储容量。

表3 数据存储容量计算表

3.3 视频存储设计

以每方向1台200万像素全景监控摄像机，输出8MB码流、25fps@1920×1080分辨率视频流为例，不同路数和不同保存时间下的存储空间如表4所示。

表4 存数空间计算表

4 优化案例分析

4.1 存储容量的计算

以200个200万像素高清监控，30个300万像素视频卡口，以及海康威视的存储DS-AS82024D为例进行计算。

1）硬盘数量

高清监控每一路的录像数据存储时间为30天，图片数据存储为180天。实际需要的磁盘空间计算如下：

(1) 200万像素高清监控理论总容量= 4Mbps码流×200路×3600秒×24小时×30天≈253.2 TB；

(2) 300万像素视频卡口录像理论总容量= 6Mbps码流×30路×3600秒×24小时×30天≈57.0TB；

(3) 视频卡口图片理论总容量= 400KB图片×30个抓拍机×8000辆车×180天≈16.48 TB。

故录像需要磁盘空间为310.2TB，图片需要磁盘空间为16.48TB。

考虑到硬盘格式化损耗10%及RAID5设置 ，本项目录像实际需要24盘位磁盘阵列8台，2T企业级硬盘数量为192块；车辆过车实际需要24盘位磁盘阵列1台，硬盘数量14块。

2）存储性能的核算

海康威视的存储DS-AS82024D接入前端摄像机的路数受性能指标的限制，其路数包括录像+回放D1（2Mbps）240路数，合计带宽480Mbps。

以上案例中每台存储的接入带宽平均为（200×4+30×6）/8 = 122.5Mbps，其小于480Mbps，满足设备性能要求。

4.2 存储设备数量的优化突破口

对以上的存储设备数量的计算过程进行分析，可看出硬盘容量作为分母，决定着存储设备的数量；而随着超大容量硬盘的技术逐渐成熟，4T硬盘已经开始应用，如果采用4T硬盘，在满足存储要求的前提下，则存储的配置数量会减少一半。

下一步需要对存储的性能进行核算。仍按上例，重新计算每台存储的接入带宽平均为（200×4+30×6）/4 =245Mbps，其小于480Mbps，同样满足设备性能要求。至此，对存储配置数量的优化工作完毕，使视频存储数量从8台减少一半，变成4台，而4T硬盘的造价则基本是2T的一倍，这样优化后的硬盘造价基本不变，而存储的造价则降低一半。

5 结束语

以上的优化方案已在绍兴镜湖滨海的监控系统中应用，并顺利通过竣工验收。2014年第1期滨海新区高清治安监控租赁项目，节约存储3台；2014年镜湖高清治安监控租赁项目和2014年第2期滨海新区高清治安监控租赁项目中，对存储也进行了优化，节约存储7台，合计节约10台，以每台采购价格6万计算，共节约存储采购费用60余万元，大幅度降低了工程建设成本。