摘要：本文从工程的监控要求出发，阐述了数字视频监控系统的架构，构成及产品设计选配，并结合工程实际进行相应的应用设计，针对现场出现的设计问题，提出有效的解决方式。
关键词：数字视频存储存储方式
1.前言
数字视频存储系统在控制中心集中将模拟信号转化为数字信号，数据的交换机存储均是基于全数字且网络化的系统。它是采用了以网络为传输媒介，基于TCP/IP等网络协议，以计算机技术为核心的数字视频图像监视系统。其特点是将前端传送回的模拟视频信号，通过编码器转换为数字视频信号，经本地局域网络中的数据交换后存储于磁盘阵列（数字存储系统）当中。与其它安防系统或信息管理子系统间可以实现完全的无缝集成，在统一的VC管理平台上管理和控制，从而使监控系统的概念在广度和深度上得到极大的延伸。
2.系统特点
数字视频存储系统应适应大规模高品质的监控需求，它既能够满足客户高图像质量（高清晰、实时）、高可靠存储的需求，同时又能够满足其可运管、可管理、可维护的电信级高质量IP监控平台需求。是传统大型网络监控系统中模数结合解决方案的替代方案，符合当前IT技术向IP统一平台整合的发展趋势。
◆开放、标准、先进的系统架构
◆高质量、可靠的运营管理
◆高清、舒适的图像质量
数字视频存储系统采用符合国际标准的MPEG2、MPEG4和H.264编码方式，提供从CIF标准清晰度到D1高清晰度的多种格式，完全遵守国际标准可以保证系统互连互通的基本业务需求，支持最高达8Mbps码流的MPEG2标准，可以在大动态图像显示上提供比传统H.264编码方式更好的广播级D1图像质量。
◆可靠、安全的存储
数字视频存储系统采用端到端的IPSAN存储方式，在编码器上直接支持iSCSI协议和IP SAN存储，直接将块数据存储到IP SAN磁盘阵列上，没有任何中间环节，加上IP SAN存储设备本身多种冗余技术（电源、RAID），既保证了存储的效率也保证了存储的高可靠性。
3.系统总体构成
数字视频存储系统完全基于IP应用开发，并将控制信令的IP通信概念引入了监控应用，将传统监控的简单连接应用提升到IP通信应用，借鉴了NGN架构，将信令控制与码流交换分离，信令接续与码流承载分离。若核心服务器出现故障，并不会影响目前整个监控业务的正常运行。系统中各个部件如果IP可达，都可以分布化部署，正常运行。
1）系统管理平台
视频管理服务器实现对整个监控系统的设备运行管理、图像存储空间分配、图像显示切换、用户权限管理、告警联动等功能。整个数字视频存储系统将信令控制与码流交换分离，信令接续与码流承载分离。若系统管理平台出现故障，并不会影响当时整个监控业务的正常运行。
2）图像存储系统
采用IP SAN架构和磁盘阵列存储设备。每个磁盘阵列设备应支RAID0/1/5和全局热备盘，在单个磁盘出现故障时不会丢失数据。
3）图像显示系统
采用解码器，将数字视频解码后输出到电视墙上，每个DC都能够对每一路摄像头图像进行实时解码、轮循、告警联动弹出图像等，单个DC故障不会影响到其他DC。视频管理服务器对DC实现权限管理，使DC只对授权范围内等摄像头图像进行解码显示。
4）分控平台
分控平台和系统管理平台类似，同VC客户端来对权限内的图像进行监控，实现设备配置、图像切换、摄像头PTZ等各种控制操作。分控平台的权限由视频管理服务器来分配。
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4.数字视频存储系统架构
一个完整的数字视频存储系统按照控制管理分为监控接入层、承载交换层、控制管理层和视频应用层四个层次：
1）监控接入层
前端视频编码器（EC）负责把视频源传送过来的模拟图像转换并编码压缩成IP数据流通过IP网络传送，支持UDP组播流和存储iSCSI单播流。
2）承载交换层
采用开放式的TCP/IP协议的IP承载网，并利用组播/单播协议把不同的数据码流传送到实际目的地址。同时通过视频/控制网关把原有的监控系统（包括矩阵、光端机、DVR、网络监控系统）的控制信号和码流转换成标准的IP信号并由控制管理层进行处理。
3）控制管理层
系统采用信令控制与码流交换分离的体系，控制管理层主要负责整个系统的信令控制。控制管理层是系统的核心部件，系统中所有的设备都是通过控制管理层来实现相互的通信和管理，主要控制管理设备是视频管理服务器。
4）视频应用层
视频应用层主要由视频客户端VC负责把监控图像进行实时查看，并把历史数据进行回放。同时数字视频存储系统可以提供相应的API接口，提供第三方做深层次的应用开发。
摄像头采集到的图像，经过编码器编码后，以H.264格式在网络上传送。一次编码，全程传送不失真。对于每路图像，经过编码器编码后，都采用双码流输出。一个是实时流，以组播方式在网络上传送到目的DC和VC客户端上，如果该路图像没有被观看，则编码器自动停止组播流。另一个是存储流，以单播流iSCSI方式通过网络直接写入到存储系统IP SAN中，存储流会按照VM下发的存储计划或告警出发存储等规则，编码器始终会发送该流到IP SAN中。对于每路图像的实时流和存储流，编码器均支持采用不同的编码格式（H.264、MJPEG）、图像分辨率（D1、4CIF、CIF）、码率（256kbps～4Mbps）、帧率（5p/s～25p/s）来编码。
RAID为廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），RAID技术将一个个单独的磁盘以不同的组合方式形成一个逻辑硬盘，从而提高了磁盘读取的性能和数据的安全性。不同的组合方式用RAID级别来标识。
RADI 5采用一个硬盘作为校验盘，数据校验的信息被均匀的分散到的阵列的各个磁盘上。阵列的磁盘上既有数据，也有数据校验信息，数据块和对应的校验信息会存储于不同的磁盘上，当一个数据盘损坏时，系统可以根据同一带区的其他数据块和对应的校验信息来重构损坏的数据。
存储系统设计应保证监控业务核心的视频存储具备极高的可靠性，并能够满足未来系统扩容的需求：考虑到存储系统的扩展性、可靠性和易用性，通过IP SAN网络存储方式，每个IP SAN设备可以通过卷管理，灵活存储一定数量编码器传输过来的数字图像信息，多台IP SAN设备可以在一个数字图像综合管理平台上进行统一配置管理。
为了提高系统网络存储的可靠性，提高存储的效率和减少存储的中间环节，编码器应能够充分支持IP SAN存储方式。IP SAN存储设备能够支持完善的硬盘冗余技术（RAID0/1/5），支持点对点的交换架构，支持SAN加NAS存储结构，同时满足实时存储和备份存储的需求。
5.结束语
数字视频存储系统设备在系统中的数据流（包括视频、音频、控制等）为数字状态，彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，从根本上改变视频监控系统信息采集、数据处理、传输与转储、系统控制等过程的方式和结构形式。从工程实际出发，把握先进技术的发展趋势，改进设计方式，通晓并结合设备的各项技术，更大的挖掘设备的潜力，并针对各个具体问题提出相应的解决方式，是设计一套先进、稳定、可靠系统的有效手段。
参考文献：
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[2] 邓建伟，杨明川，李文杰．网络视频监控关键技术的发展[J]．视频监控，2007，9．
[3] 李虎，林中．远程网络视频监控系统的设计与实现[J]．现代电视技术，2004
论文作者:徐灿1,景义2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/4
标签：图像论文; 系统论文; 存储系统论文; 数字视频论文; 编码器论文; 方式论文; 视频论文; 《电力设备》2017年第7期论文;