文｜ 寧波三維技術(shù)有限公司 葉利芳

視頻存儲熱備份控制技術(shù)在城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

文｜ 寧波三維技術(shù)有限公司 葉利芳

本文針對目前建筑智能化及城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，海量圖像數(shù)據(jù)的存儲可靠性因受到存儲設(shè)備故障的影響而得不到保障的問題，提出了一種視頻存儲熱備份控制技術(shù)。該視頻存儲熱備份控制技術(shù)較好地實(shí)現(xiàn)了視頻存儲過程中對存儲設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，以及存儲設(shè)備出現(xiàn)故障時的數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)移備份的功能，為城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的海量圖像數(shù)據(jù)不間斷錄像存儲提供了一個技術(shù)解決方案。

視頻監(jiān)控 視頻存儲 尋路算法 熱備份 狀態(tài)監(jiān)測 故障上報(bào)

1 存儲熱備份控制技術(shù)的需求背景

在大型建筑智能化安防和城市治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用嵌入式硬盤錄像機(jī)來實(shí)現(xiàn)海量圖像數(shù)據(jù)的存儲已經(jīng)成為一種典型的應(yīng)用模式?？刂浦行臋C(jī)房中的硬盤錄像機(jī)一般少則十幾臺，多則幾十臺。為了確保這些圖像記錄設(shè)備正常工作，管理人員需要頻繁地通過接入監(jiān)視器進(jìn)行面板操作來檢查每一臺設(shè)備的工作狀態(tài)，工作量較大，設(shè)備管理相當(dāng)繁瑣。而這種管理不便的特殊性使得安裝好的錄像設(shè)備往往無法得到定期的常規(guī)性維護(hù)，經(jīng)常出現(xiàn)當(dāng)需要調(diào)看錄像資料時才發(fā)現(xiàn)設(shè)備早已出現(xiàn)故障而停止了錄像，從而導(dǎo)致重要的錄像資料丟失的情況。

為了解決設(shè)備管理的問題，有些監(jiān)控系統(tǒng)采用了為錄像設(shè)備引入管理功能的方法，即通過以太網(wǎng)客戶端逐個訪問硬盤錄像機(jī)來檢查其運(yùn)行參數(shù)，了解設(shè)備工作狀態(tài)。采用此種方式可降低檢查工作的勞動強(qiáng)度，管理人員可在發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后立即進(jìn)行設(shè)備更換或維護(hù)。但是，進(jìn)行設(shè)備更換或維護(hù)時需要停止當(dāng)前設(shè)備的錄像，而更換一臺設(shè)備并使之恢復(fù)正常工作至少需要半個小時，在這段維護(hù)時間內(nèi)故障機(jī)對應(yīng)視頻將無法正常存儲，這無法滿足不間斷錄像場合的需求。

綜上所述，傳統(tǒng)視頻存儲的現(xiàn)狀是：

◆ 難以立即發(fā)現(xiàn)設(shè)備掉電、網(wǎng)斷、死機(jī)、硬盤故障等問題；

◆ 從更換設(shè)備、轉(zhuǎn)換視頻到徹底解決故障所需的時間較長。

換句話來說，大型建筑智能化安防和城市治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的問題是：

◆ 如何在存儲設(shè)備出現(xiàn)故障時立即發(fā)現(xiàn)；

◆ 如何在發(fā)現(xiàn)存儲設(shè)備故障后快速恢復(fù)錄像。

存儲熱備份控制技術(shù)就是在這樣的背景下誕生的一種基于模數(shù)結(jié)合系統(tǒng)（存儲與控制相結(jié)合）的存控一體化錄像不間斷解決方案，其特點(diǎn)包括：

◆ 可實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測，能夠自動發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，無需人工干預(yù)；采用設(shè)備輪詢和主動上報(bào)相結(jié)合的方法；

◆ 可實(shí)現(xiàn)自動切換，能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障時立即按照設(shè)定的故障處理預(yù)案，自動地將與故障機(jī)對應(yīng)的視頻切換到備份機(jī)上繼續(xù)錄像；

◆ 監(jiān)測、切換、告警過程可快速自動完成，保證在人員發(fā)現(xiàn)問題時錄像已經(jīng)自動轉(zhuǎn)換完畢——能夠較好地實(shí)現(xiàn)無間斷錄像功能。

2 存儲熱備份控制技術(shù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像存儲的熱備份問題，需要尋求更好的錄像模塊異常狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，不斷優(yōu)化尋路算法以提高查詢效率?！耙曨l存儲熱備份控制技術(shù)”就是在這樣的背景下，最終選擇了主動查詢和故障上報(bào)相結(jié)合的設(shè)備管理模式，即利用存儲控制系統(tǒng)中“控制主機(jī)”和“存儲主機(jī)”集成一體化的功能——控制主機(jī)采用主動查詢方法發(fā)現(xiàn)存儲主機(jī)的關(guān)機(jī)、掉電、網(wǎng)絡(luò)故障等問題，而當(dāng)存儲主機(jī)自身發(fā)現(xiàn)錄像模塊出現(xiàn)硬盤故障、錄像狀態(tài)改變問題時會自動上報(bào)故障信息給控制系統(tǒng)部分。

在“矩陣切換功能”和“存儲控制功能”高度集成的基礎(chǔ)上，利用控制主機(jī)對存儲主機(jī)錄像存儲模塊的狀態(tài)監(jiān)測和控制管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障時故障機(jī)對應(yīng)視頻向備用錄像模塊的不間斷自動轉(zhuǎn)存，使故障模塊的拆裝更換和維修可以從容不迫地進(jìn)行，從而徹底解決令人頭痛的設(shè)備管理難題。

要實(shí)現(xiàn)故障的快速診斷以及備用錄像模塊同步啟動，保證錄像連續(xù)，首先要解決多設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的問題，以保證能夠及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。通過以太網(wǎng)主動查詢每一個硬盤錄像模塊的工作狀態(tài)并作分析對比需要消耗一定的機(jī)器時間，單靠此手段根本無法滿足及時性的要求。而結(jié)合串口通信故障上報(bào)，可最大程度上解決系統(tǒng)無法在硬盤錄像模塊出現(xiàn)故障時及時響應(yīng)的問題，尤其是對于出現(xiàn)頻率最高的硬盤故障能夠做到即時響應(yīng)。

實(shí)現(xiàn)“視頻存儲熱備份控制技術(shù)”的另一個難點(diǎn)是如何將與故障錄像模塊相關(guān)聯(lián)的輸入圖像準(zhǔn)確無誤地通過交換控制主機(jī)聯(lián)動切換到備用錄像模塊上繼續(xù)錄像。在進(jìn)行了各種方案的比對之后，“視頻存儲熱備份控制技術(shù)”采用了獨(dú)創(chuàng)的虛擬攝像機(jī)通道綁定表，描述了系統(tǒng)中復(fù)雜的視頻輸入輸出通道的對應(yīng)關(guān)系（將正常錄像模塊的所有視頻輸入虛擬對應(yīng)到交換控制主機(jī)的視頻輸入通道上，同時將備份錄像模塊的視頻輸入也虛擬指定到交換控制主機(jī)的視頻輸出通道上），保證了能在任何一個正常錄像模塊出現(xiàn)故障時進(jìn)行準(zhǔn)確的視頻聯(lián)動切換。

3 存儲熱備份控制技術(shù)的工作原理

存儲控制系統(tǒng)中，控制主機(jī)具有存儲主機(jī)硬盤錄像模塊的設(shè)備管理功能。在系統(tǒng)配置中不僅需要定義承擔(dān)正常錄像任務(wù)的硬盤錄像模塊，還需要設(shè)置至少一臺作為備份的硬盤錄像模塊。如圖1所示，存儲主機(jī)上正常錄像模塊的所有視頻輸入均環(huán)接到控制主機(jī)的視頻輸入上，而錄像備份模塊的所有視頻輸入則連接到控制主機(jī)的視頻輸出上。如此控制主機(jī)就得到了正常錄像模塊的所有圖像，可以在正常錄像模塊出現(xiàn)問題時隨時將與之相對應(yīng)的圖像切換到備用錄像模塊上進(jìn)行錄像。

應(yīng)用“視頻存儲熱備份控制技術(shù)”可實(shí)現(xiàn)錄像模塊狀態(tài)監(jiān)測、錄像運(yùn)行參數(shù)對比、視頻通道聯(lián)動綁定、矩陣圖像切換、錄像狀態(tài)控制、設(shè)備故障告警等功能。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，控制主機(jī)會不斷地發(fā)出錄像模塊狀態(tài)查詢指令，讀取錄像模塊運(yùn)行參數(shù)并對其與預(yù)先記錄的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行對比。

系統(tǒng)能夠監(jiān)測多種錄像模塊異常狀態(tài)，包括錄像模塊的網(wǎng)絡(luò)故障、硬盤故障、關(guān)機(jī)、掉電，甚至手動停止錄像。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某一錄像模塊的運(yùn)行參數(shù)與設(shè)置參數(shù)不一致時，會立即將與該錄像模塊相對應(yīng)的圖像切換到備用錄像模塊上，并啟動備用錄像模塊，保證不間斷錄像。同時，系統(tǒng)還會記錄出現(xiàn)故障的時間和事件信息，在系統(tǒng)信息框中報(bào)警提示；如果設(shè)定了手機(jī)短信告警功能，還可以短信的方式將設(shè)備故障信息通知設(shè)備管理人員，以便及時進(jìn)行維護(hù)。

圖1 存儲熱備份控制技術(shù)工作原理圖

4 存儲熱備份控制的技術(shù)先進(jìn)性分析

視頻存儲熱備份控制技術(shù)具有以下創(chuàng)新性技術(shù)亮點(diǎn)：

◆ 采用了主動查詢和故障上報(bào)相結(jié)合的設(shè)備管理模式，從而最大程度上地解決了系統(tǒng)不能在硬盤錄像模塊出現(xiàn)故障時及時響應(yīng)的問題；

◆ 獨(dú)創(chuàng)的虛擬攝像機(jī)通道綁定表描述了系統(tǒng)中復(fù)雜的視頻輸入輸出通道的對應(yīng)關(guān)系，保證了在任何一個正常錄像模塊出現(xiàn)故障時均能進(jìn)行準(zhǔn)確的視頻聯(lián)動切換；

◆ 增加了手機(jī)短信報(bào)警功能，除了多種控制室報(bào)警提示方式外，還支持發(fā)送短信到指定的手機(jī)上（可發(fā)至多臺手機(jī)上）。

在控制主機(jī)的中央處理模塊上內(nèi)置有一個數(shù)據(jù)管理模塊，該模塊定時發(fā)送數(shù)據(jù)，通過通信總線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)各個工作模塊的狀態(tài)，監(jiān)測信息包括模塊工作狀態(tài)、視頻丟失報(bào)警、視頻移動報(bào)警、外部觸發(fā)報(bào)警、存儲模塊異常報(bào)警、硬盤異常報(bào)警、定時設(shè)置異常報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)異常報(bào)警等。當(dāng)數(shù)據(jù)管理模塊監(jiān)測到異常情況時，會立即向系統(tǒng)管理平臺報(bào)警提示并在日志中予以記錄，或以手機(jī)短信的方式報(bào)告系統(tǒng)管理員。當(dāng)監(jiān)測到存儲模塊工作異常時，熱備份控制模塊立即向矩陣控制系統(tǒng)發(fā)出指令，將異常的存儲模塊所對應(yīng)的矩陣控制系統(tǒng)上的輸出信號切換到備用存儲模塊上，同時開啟備用存儲模塊，保持持續(xù)錄像。

此外，為了提高技術(shù)的先進(jìn)性與實(shí)用性，“視頻存儲熱備份控制技術(shù)”還實(shí)現(xiàn)了錄像模塊實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)顯示、錄像模塊配置信息顯示等功能；同時基于對控制主機(jī)和存儲主機(jī)視頻連接復(fù)雜性的考慮，引入了對常規(guī)視頻連接的改造，利用視頻集成電纜進(jìn)行連接，大大簡化了設(shè)備安裝和調(diào)試步驟，使整體系統(tǒng)連接變得簡潔明了，提升了系統(tǒng)長期運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié)束語

“視頻存儲熱備份控制技術(shù)”能夠很好地解決硬盤錄像機(jī)的存儲控制和故障管理問題，其優(yōu)越性能在大型監(jiān)控項(xiàng)目中得到了較好的發(fā)揮，特別是在要求連續(xù)不間斷錄像的場合，如大型博物館建筑智能化安防、監(jiān)獄管理、城市治安等項(xiàng)目中，最大程度降低了系統(tǒng)的維護(hù)難度，確保了視頻錄像的連續(xù)性和可靠性，具有較大的推廣價值。

1 劉凱，劉博.存儲技術(shù)基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社，2011

2 魯士文.存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2010

3 曹強(qiáng)，黃建忠，謝長生.海量網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社，2010