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高畫質影像儲存的三種主流模式

高畫質儲存需要多少空間?以目前現有格式720p和1080p來看,720p(每秒15∼30幀)以2∼4Mbps儲存,1080p則為4∼6Mbps。以720p的4Mbps儲存串流來計算,單路存放1天的資料總量4 Mbps÷8(byte)×3600(秒)×24(小時)×1(天)/1024≈43.2GB,30天則需要1296 GB。

一個城市監控專案,總監控路數通常是幾千到上萬路,儲存空間需求是難以想像的,因此大型儲存系統並不是簡單堆積儲存裝置就能完成,更需要面對儲存機制的完備性、儲存方式、儲存時間、儲存空間的高效性,以及大型儲存系統的可管理性。

高畫質監控儲存方式主要有Hybrid DVR、NVR、儲存管理伺服器搭配IP-SAN、儲存管理伺服器搭配FC-SAN等。目前市場上以Hybrid DVR、高畫質NVR和儲存管理伺服器+IP-SAN三種存放方式為主。

Hybrid DVR

Hybrid DVR儲存是目前常見的一種儲存模式,接入多路高畫質攝影機,由DVR進行編碼、儲存及傳輸,具有技術相對簡單、降低頻寬壓力、能耗較低等優點。但由於DVR性能的限制,一般採用硬碟順序寫入的模式,較少應用RAID備援技術來實現對資料的保護。

但隨著硬碟容量的不斷增大,單片硬碟故障導致關鍵資料丟失的機率同步增長,DVR性能的局限性也影響了影像資料的共用及可分析性。而單一DVR設備需要同時編解碼多路高畫質影像,轉碼器的性能也成為DVR儲存系統的瓶頸。

高畫質NVR

在網路影像監控系統中,NVR是在DVR基礎上實現免除Windows系統和PC的單機獨立式操作設備。高畫質NVR採取高度整合的晶片技術,擁有先進的數位化錄影、儲存和播放功能,無需電腦配合和日常維護,因此簡單易用,且能實現高解析度、高品質即時監控,與系統的高畫質化和網路化。NVR可接入高畫質網路攝影機、管理即時高畫質顯示、高畫質錄影儲存、檢索重播等功能,適用於中小型高畫質監控專案和分散式儲存模式。

NVR主要採用SATA、iSCSI和NAS等儲存協定,有更強大的管理功能和儲存功能,可透過外部介面擴展,或支援IP-SAN儲存。監控影像資料透過RAID技術,在可靠性也能得到保證,其最大可接入和管理的1080p高畫質影像數可達到32路,並支援3TB或更高容量硬碟,不僅可支援雲台控制、電子抓拍及查看、偵測器、感應器和連動告警,以及手動錄影、定時錄影和報警錄影,也支援前端設備工作狀態、錄影/告警狀態即時顯示、管理與授權使用者即時瀏覽與重播授權影像、重要檔案的保護功能等,適合於中小型監控系統的使用,可進行本地獨立工作,也可連網組成一個強大的安全防護系統。

儲存管理伺服器+FC/IP-SAN

集中儲存管理模式可根據專案規模進行集中儲存和管理,透過儲存管理伺服器連接前端轉碼器,伺服器和儲存裝置之間可透過SAS、iSCSI、NAS、FC協定下載資料存放到儲存裝置上。在集中式儲存管理模式中,儲存空間的利用率高,易於擴充,且由於採用了RAID技術,儲存的可靠性高,單一硬碟損壞不會造成影像丟失。

集中儲存管理模式目前主要有「儲存管理伺服器+IP-SAN」和「儲存管理伺服器+FC-SAN」兩種模式。從實際的部署和效果來看,FC-SAN儲存管理由於強大的性能和資料處理能力,其穩定性高,在節點較多的監控環境裡較為合適,但費用也比較高。而IP-SAN儲存管理比較經濟實用,具有易於擴展、定址靈活、可遠距離傳輸、儲存空間利用率高等特點,當系統某處出現故障,不會影響到整個系統的運作,可廣泛應用在城市監控、金融銀行、校園等大中型的集中式網路監控系統,是目前影像監控儲存市場的一大熱點。

網路影像儲存可透過IP-SAN儲存方式擴展,實現巨量的高畫質儲存。高畫質網路影像儲存管理伺服器可同時管理和儲存16路到64路的1080p高畫質影像,有效搭載多種解決方案,且具有錄影檔防刪除功能,重要錄影檔可永久保存,提高資料的安全性,支援抓拍瀏覽,使用者可在本地端瀏覽與查看影像,提高影像管理的便利性。

同時,高畫質網路監控管理平台還可以對所有高畫質儲存伺服器進行管理和即時狀態監控,以及遠端資料傳輸和遠端主機配置。另外,高畫質網路儲存管理伺服器模式可搭建「分散式儲存」、「集中管理儲存」以及「分散與集中管理儲存」模式,根據使用者的需求、專案的需求及規模大小,進行合理有效的分配,實現專案價值最大化。

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何謂高清?

DVR 壓縮技術的探討

MPEG4是更好的DVR壓縮方式嗎?

再從視頻壓縮技術來看。MPEG是由Motion Picture Expert Group所制定的的圖像壓縮標準;而MPEG4是專為移動通信設備(例如行動電話)在英特網實時傳輸音/視頻訊號而制定的最新MPEG標準。和MPEG以往的版本相比,MPEG4最大不同之處在於使用「圖層」(layer)方式,能夠智慧化選擇影像的不同之處,使圖檔容量大幅縮減,而加速音/視頻的傳輸,因此,MPEG4的出現廠商而言,無疑是一大福音。3R公司的Sung-IK Chang具體指出:「大體來說,壓縮技術採用兩種方法,一種是intraframe,另一種是Interframe。Interframe,可區分每幅影像的差異,並單只傳送影像不同的部分,H.263和MPEG是這種格式的代表。而Intraframe方式則把一個動畫分解成若干個固定的畫面一幅一幅的傳輸,以Wavelet 和Motion JPEG為此方式的代表。從傳輸效率考量,Interframe在性能上要遠遠優於Intraframe;而且,interframe技術在畫面變動較小情況下,能提供相當不錯的畫質」。

然而,安全產品的用戶必須考慮到圖像畫質的問題。在這一點上MPEG較之wavelet和JPEG要遜色。Digital Logic公司的Jonathan Kim認為:「我們承認MPEG4在視頻壓縮方面比較優秀,但MPEG系列皆存在著圖像干擾和畫面扭曲失真的情況。如果用戶想購買存儲量大的DVR,他可以考慮MPEG壓縮格式;但如果用戶希望能有良好的畫質,則應該考慮其他的壓縮方式;至於那種方式好,則取決於客戶需求」。

Estern Info-com公司的Hyoksang認為:「圖像清晰度,同圖像的壓縮率、CPU和其他相關硬體的負載是成反比的,由於MPEG4具有極高的壓縮率,因此導致圖像的不清晰,要達到安防產業的標準,還有很大的改進空間」。

DM公司的執行總裁Mike Fawcett進一步指出:「對於靜止的物體,不論用JPEG方式壓縮還是MPEG方式壓縮,傳輸的速度都是一樣的。然而,如果物體是呈現運動狀態,則MPEG格式不會立即反應傳輸,這是因為MPEG格式傳輸的速度較慢,或者監控中的場景出現干擾」。Fawcett認為,JPEG壓縮技術不論在圖像畫質還是在傳輸速度上,都更加適合安防產業。他說:「我認為JPEG的品質更好,更加具有競爭力,也更安全」。

擴展存儲容量有助於更高畫質的要求

隨著DVR技術的不斷發展、存儲容量逐步擴大,用戶會對畫質的要求必然越來越高。Visionfactory董事長David Beanland表示:「儘管JPEG和Wavelet格式的圖像需要佔用較大的存儲空間,但這種壓縮技術在DVR產業仍然是主流。毫無疑問地,DVR的存儲容量會逐步擴展,存儲容量達200GB以上將不再只是一個夢想。而用戶在容量問題得到解決之後,便會將焦點指向圖像的畫質,MPEG方式將會被排除在外」。Beanland同時也指出,採用MPEG壓縮技術錄製的圖像是否能作為可靠的法庭證據還值得商榷。

現任職於飛利浦公司,具有14年經驗的Alan Everid指出,事實上對於DVR產品而言,Wavelet是最具潛力的壓縮方式。其原因在於Wavelet省略了圖像的高頻成分,僅保留了單幀圖像信號。這個特點,特別適用於畫面變更頻繁的場合,比如多畫面分時顯示。

不過,用戶需要考量連網與否,作為選擇壓縮方式的依據,因為,Wavelet雖然適合安防產業使用,但並非現行的IT網絡所普遍支援的格式,所以在使用上會有所限制。