監(jiān)視圖像集中存儲需求分析
對于地鐵電視監(jiān)控系統(tǒng)，平均每個車站前端攝像頭一般在60路左右，錄像保有時間需要7天，錄像回放分辨率4CIF，監(jiān)控圖像錄像要有足夠清晰度看清現(xiàn)場、人物特征等，對事故和案件分析能夠較好提供破案線索，錄像資料查找方便，錄像可靠性、存儲設(shè)備可維護性要高，方便擴容，新建地鐵傳輸通信網(wǎng)絡具備了集中存儲網(wǎng)絡通道，有光纖專用網(wǎng)絡通道，可采用光纖網(wǎng)絡集中存儲，沒有光纖專用網(wǎng)絡通道可采用IP網(wǎng)絡集中存儲。
SAN架構(gòu)
SAN是一個高速的、專用的服務器網(wǎng)絡以及共享存儲設(shè)備，目前SAN架構(gòu)又分為FC SAN（Fibre Channel Storage Area Network）和IP SAN（Internet Protocol Storage Area Network）兩種，F(xiàn)C SAN 的網(wǎng)絡介質(zhì)為光纖通道，更高的數(shù)據(jù)傳輸速度是FC網(wǎng)絡技術(shù)特征，F(xiàn)C在全雙工模式中可以支持200MB/s的吞吐率，主機接口速率FC：4Gbps，在最新的8G FC(8G光纖通道)提供1600MB/s的吞吐率，F(xiàn)C結(jié)構(gòu)是高可擴展的，理論上一個FC網(wǎng)絡可以容納大約1500萬個節(jié)點。
IP SAN網(wǎng)絡存儲技術(shù)，用TCP/IP 以太網(wǎng)替代光纖通道網(wǎng)絡。IP SAN 的好處在于：使用以太網(wǎng)絡，保護了用戶現(xiàn)有的投資；以太網(wǎng)系統(tǒng)造價低；以太網(wǎng)是成熟的技術(shù)，具有良好的兼容性。
地鐵電視監(jiān)控網(wǎng)絡區(qū)域存儲設(shè)計
視頻存儲系統(tǒng)由各車站視頻管理服務器、光纖、光纖SAN交換機、中心儲存磁盤陣列組成。
視頻管理服務器其主要功能是管理數(shù)字視頻編解碼設(shè)備和數(shù)字視頻錄像，實現(xiàn)針對視頻網(wǎng)絡系統(tǒng)全部資源（包括：視頻輸入/輸出設(shè)備、視頻編解碼器及全體操作者的應用權(quán)限），進行統(tǒng)一的配置、管理，根據(jù)用戶端的請求，來控制前端視頻流的連接，當無用戶請求視頻連接時，視頻控制服務自動斷開前端編碼器的視頻連接。當多個用戶同時申請連接同一路視頻時，視頻控制服務與前端編碼的視頻流還是單路，不用同時產(chǎn)生多個視頻流，到中心后再通過視頻控制服務來組播給所有用戶。這樣能夠有效地控制視頻所占用的帶寬。
HBA（Host Bus Adaptor）卡是主機總線適配器承擔著主機和外存之間I/O接口處理的功能，將CPU從多余的I/O處理負擔中解脫出來。
1、線路控制中心至車站的傳輸通道
線路控制中心至車站設(shè)備之間的傳輸通道需要采用傳輸系統(tǒng)提供的千兆以太網(wǎng)通道，通道帶寬滿足線路控制中心同時調(diào)看任意一個車站全部圖像的需要。傳輸系統(tǒng)為電視監(jiān)視系統(tǒng)提供滿足64路視頻圖像同時上傳所需的通道。
在線路控制中心設(shè)置1個集中式儲存數(shù)據(jù)中心，從儲存數(shù)據(jù)中心到其每個車站各設(shè)置一個光纖通道，與光纖SAN交換機組成，SAN光纖網(wǎng)絡滿足集中式存儲的需要，此通道為集中存儲專用視頻流傳輸通道。
2、鏈路帶寬計算
本次設(shè)計我們選定的參考值：為編碼器產(chǎn)生的視頻流碼率按照6Mbps MEPG-2實時視頻流計算，存儲的視頻流碼率按照2Mbps MEPG-4進行計算。控制數(shù)據(jù)流由于不占用固定帶寬，并且只有10Kbps左右。
實時監(jiān)視視頻流。在車站等站點，前端攝像機的模擬視頻信號經(jīng)編碼器后，編碼器將接收到的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為兩路數(shù)字視頻信號（MPEG-2、MPEG-4），并接入站點以太網(wǎng)交換機。
一般是8路1臺編碼器，接入交換機，到以太網(wǎng)交換機占用帶寬8×6Mbps=48Mbps，交換機接口是包括 48個10/100BaseT端口和4個Gigabit以太網(wǎng)端口，滿足需要。
MPEG-2格式數(shù)字視頻信號由通信傳輸網(wǎng)設(shè)備送入中心以太網(wǎng)交換機。中心交換機將數(shù)字視頻信號提供給視頻解碼器、中心調(diào)度員視頻監(jiān)控終端。視頻解碼器將還原出的模擬視頻信號送入顯示大屏。以太網(wǎng)交換機到傳輸系統(tǒng)占用帶寬64×6Mbps=384Mbps，交換機接口4個Gigabit以太網(wǎng)端口，滿足需要。
中央存儲的視頻流。以太網(wǎng)交換機到視頻服務器和光纖SAN交換機占用帶寬64×2Mbps=128Mbps，SAN交換機接視頻服務器，SAN交換機光口接中心光纖SAN交換機，同時SAN光纖存儲網(wǎng)均采用4GB光纖通道，完全滿足存儲的需要。
錄像回放視頻流。從光纖SAN存儲設(shè)備開始，經(jīng)過網(wǎng)絡以單播的方式到一個合法用戶使用的控制終端的打開窗口。
由于編碼器產(chǎn)生的視頻流碼率為2Mbps，因此計算網(wǎng)絡視頻錄像服務器的處理性能按2Mbps計算。
視頻管理服務器（含錄像管理）按照接入64路視頻計算。錄像回放比例按照7：3，那么錄像需求帶寬的公式如下：
MEPG-4錄像帶寬（MB）=攝像機數(shù)×2Mbps÷8
總帶寬要求（MB）＝錄像帶寬÷0.7
計算方法：
視頻管理服務器錄像帶寬（MB）=64×2Mbps÷8=128Mbps÷8=16MBps
視頻管理服務器回放帶寬（MB）=錄像帶寬（MB）÷0.7×0.3=6.86MBps
1Byte=8bit
同時SAN光纖存儲網(wǎng)均采用4GB光纖通道，完全滿足存儲的需要。
3、存儲量計算公式
每路數(shù)字視頻流在4CIF@25IPS 的情況下峰值帶寬按照MEPG-4編碼方式碼率2Mbps，每種類型攝像機存儲量的計算公式如下：
攝像機總存儲量（TB）=攝像機數(shù)×視頻帶寬（bps碼流）×錄像時間÷{8（b變B）×1000（B變K）×1000（K變M）×1000（M變G）×1000（G變T）}
錄像時間=3600(秒)×每天需存儲小時數(shù)×需存儲天數(shù)
在此需要明確一些基本的流量和存儲量的轉(zhuǎn)換問題，通常：
視頻流量的1Kbps=1024bps，1Mbps=1024Kbps，1Gbps=1024Mbps，1Tbps=1024Gbps；
存儲容量的 1KB=1000Byte，1MB=1000KB，1GB=1000MB，1TB=1000GB；
而只有1Byte=8bit是視頻流量和存儲容量的最基本而且統(tǒng)一的單位。因此，兩種進制之間均需要換算到Byte 之后才能進行流量和容量的換算。
從數(shù)據(jù)安全角度考慮，在每次寫入512字節(jié)時會加入8字節(jié)的校驗碼，以此保證數(shù)據(jù)的完整性。在地鐵監(jiān)控項目中，由于采用相對集中的SAN存儲系統(tǒng)，因此視頻數(shù)據(jù)量非常龐大，所以8字節(jié)的校驗碼占用硬盤空間也不是可以忽視存儲量，這些問題也成為存儲容量規(guī)劃時必須考慮的一個因素，選擇的磁盤類型均為1TB SATA磁盤，所以1TB SATA磁盤的存儲可用存儲視頻圖像容量經(jīng)計算為917GB。
在地鐵監(jiān)控項目采用RAID5(9+1)的數(shù)據(jù)保護方式是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案性，9塊1TB硬盤需1塊1TB硬盤鏡像備份，而RAID5(9+1)的實際可用空間約等于917GB×9=8253GB。
以1110路攝像機為例，每路數(shù)字視頻流在4CIF@25IPS按照MEPG-4編碼方式碼率2Mbps，存儲7天，計算集中存儲磁盤陣列所需1TB硬盤個數(shù)：
攝像機總存儲量（TB）=1110路×2×1024×1024（bps碼流）×3600(秒)×24小時×7天÷（8×1000×1000×1000×1000）=176TB
硬盤備份176÷9=20TB, 176TB+20TB=196TB
8字節(jié)的校驗碼占用硬盤空間：1000-917=83GB，196×83÷1000=16 TB
磁盤陣列所以需1TB硬盤：196+16=212塊
結(jié)束語
地鐵電視監(jiān)控系統(tǒng)很快會進入高清時代，高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機監(jiān)控的圖像更加清晰和細膩，對地鐵車站監(jiān)控，既要求攝像機能大范圍的控制人流的動向，又要求在錄像回放中能夠識別人物的臉部特征，監(jiān)控圖像需大量存儲空間，F(xiàn)C SAN和IP SAN是高清監(jiān)控基礎(chǔ)，它的高擴展性、高可靠性、低維護成本是今后地鐵電視監(jiān)控的選擇。