木桶效應高清視頻應用分析

內容提示：高清視頻在網絡傳輸中，主要限制來自帶寬，加強帶寬建設是解決傳輸高清和網絡帶寬問題的必然途徑。高清的大容量需要有大型存儲，而回放是否能支撐這么大的信息量也是問題。同時，存儲的高清視頻的安全性要求也很高。

        目前我們已經全面進入了高清時代，欣賞電影也逐漸從DVD效果過渡到720P或是1080P的概念，在監控領域也同樣實現了從模擬高清到數字高清的升華，科技的飛速發展讓我們看得更清楚，已經不再是概念，高清產品的不斷涌現同樣為視頻監控帶來更廣闊的發展空間，真真正正地走進了人們的生活。

        作為高清監控的視頻，以最基本的720P效果為例，每路視頻壓縮到較低碼率也要每小時3G容量需求，一個月監控錄像就要2TB左右的容量，那么試想一下，如果需要幾百上千路這樣的高清監控，如此龐大的視頻文件，有如潮水般的沖擊著存儲系統，不僅對存儲設備的容量，讀寫性能、可靠提出了更高要求，甚至連傳輸帶寬都成了高清監控系統中比較棘手的問題。根據“木桶法則”，高清監控的圖像質量或是穩定性將取決于整個系統中最差的一環，而往往這最差的一環往往就出現是傳輸系統或存儲系統上。針對以上問題，今天我們就來談談目前高清監控中的傳輸與儲存：

        高清監控中的傳輸

        在一般的監控系統中傳輸技術主要有六種基本傳輸方式，各種方式都有不同的特點及實用性。然而面對高清應用的超大數據量帶寬以及實時性的要求，目前只有兩種傳輸方式在高清傳輸中得到認可，一種是采用光纖專線傳輸：這是解決長距離高清視頻監控高速傳輸系統的最佳解決方式，原因是光纖傳輸優點很多衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、保密性好，缺點是長距離高成本；第二種是網絡傳輸：但隨著網絡技術的飛速發展，及視頻監控系統的特殊要求和經濟性考慮，網絡傳輸也已成為長距離音視頻傳輸的不二選擇和最經濟型選擇。

        高清與帶寬之間永遠是相斥關系，高清意味著高帶寬。在視頻壓縮算法經濟的情況下，一般說傳統模擬編碼D1(720×576)畫質的碼流為2M左右，那么以 720P計算，碼流約是D1的2倍，帶寬達到4M左右，而采取1080P計算，碼流更是D1的5倍，所用帶寬約為10M。相比模擬光纖傳輸而言，網絡傳輸高清視頻具有得天獨厚的成本優勢，但目前的互聯網是遠遠不能夠承載多路高清畫質，必須采用專網。

        高清視頻在網絡傳輸中，主要限制來自帶寬，加強帶寬建設是解決傳輸高清和網絡帶寬問題的必然途徑。以100M以太網為例，在確保流暢的前提下，實際上同時只能承載5路左右的高清圖像。如果同一視頻源有多個用戶訪問，占用的帶寬會更大。隨著目前網絡傳輸技術的迅猛發展，局域網也逐漸朝1000M甚至 10000M方向發展。同時，如果采用光網傳播，甚至可以使帶寬達到數G以上。解決這些問題，高清監控才能得到淋漓盡致的發揮。

        與此同時圖像壓縮格式也直接決定了對傳輸的減負作用，在文章《高清監控存儲瓶頸H.264欲統一編碼標準》中我們可以做深刻了解，通過先進的編碼技術，在畫質效果影響最小的情況下，使720P或是1080P監控錄像從幾十M碼率壓縮到10M之內，大大的節約了帶寬同時在存儲上節省了大量的空間。

        高清監控中的存儲

        高清監控視頻存儲大多是以超大數據流為代價，因此對于高清視頻我們需要足夠的存儲空間。選擇什么樣的高清存儲系統和方案將直接影響視頻流暢度、系統穩定性等一系列因素。現實中，高清監控存儲一般有兩種方法，一種是小集中大匯聚，即前端分散式本地存儲，如IPSAN構架方式；另一種是在大型項目里，高清視頻通過管理平臺+存儲服務器實現存儲，其存儲服務器通常是存儲陣列。

        一般監控系統中常用的大量數據存儲方式有DAS直連、NAS網絡硬盤和IPSAN等。而對于高清監控系統而言，其中IPSAN方式采用IP構架的以太網傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前多路高清監控存儲主要采用的技術之一。此種存儲方式多半是采用我們常見的硬盤，容量一般是TB 級別，隨著2TB硬盤甚至更高容量的產品走入我們視線，大型高清監控系統PB級海量存儲解決方案也得到普遍應用。

        高清的大容量需要有大型存儲，而回放是否能支撐這么大的信息量也是問題。同時，存儲的高清視頻的安全性要求也很高。存儲的視頻錄像能否回放取決于幾個方面。一是存儲設備是否具有足夠的混合讀寫性能，保證存儲可在大量高清視頻寫入的同時滿足多路視頻的回放。混合讀寫性能混合性能不足，不僅有可能影響正常的視頻寫入和回放，嚴重地還有可能造成后續視頻完全無法寫入。二是存儲系統的安全性和穩定性。先進的RAID技術高可靠的企業級磁盤可有效降低因為磁盤損壞而造成數據丟失的可能性，保證高清視頻實時可用。三是數據備份。重要場所的圖像或普通場所的某時段重要圖像往往需要有備份，以確保在一段時間內該視頻隨時可用。一般可在視頻采集時同時保存到多臺存儲，或先保存單個文件，之后再復制到另一臺存儲等方式來實現。對重要視頻文件的多重保存或備份是設計高清監控系統時必須考慮的問題。四是平臺軟件媒體管理系統的有效性，主要是媒體管理系統后臺的數據庫結構設計。能否通過關鍵字，快速、準確、有效地檢索到目標視頻是媒體管理系統的重要指標，否則高清視頻即使保存下來，也有可能無法檢索到、無法用于圖像調用和圖像分析，那么圖像存儲就變得沒有意義。”

        以‘平安城市’項目為例，存儲時間可由3個月或半年擴展到一年，加上前端監控點位的后期擴展，其需要的存儲容量則更大。”若加裝智能分析模塊與時間、報警觸發存儲相結合，視頻存儲所需要的空間將大大減少。目前高清監控系統存在的問題之一是較多的無用視頻信息也被存儲、傳輸，既浪費了存儲空間，又增加了帶寬壓力，而采用智能分析后，對于這些無用視頻則可采用低碼流方式進行壓縮或存儲，以節省存儲空間和減少帶寬壓力。目前，存儲系統主要用于調查或查詢使用，增加數據分析或挖掘功能將極大地提升存儲系統的價值。