Sistemas de archivo de información de vídeo: soluciones y tendencias distintivas.
A pesar de la introducción cada vez más generalizada de tecnologías digitales, la cuestión de elegir un sistema analógico, híbrido o totalmente IP sigue abierta para el cliente. Actualmente, el tipo de sistema está determinado por las cámaras seleccionadas. Pero no importa qué sistema elija el usuario, la información del vídeo se almacenará digitalmente y en discos duros (HDD). Por tanto, la cuestión de las tendencias en el almacenamiento de vídeo se reducirá a una cosa: cómo grabar desde una cámara directamente a un disco duro.
En términos de sistemas de almacenamiento de vídeo, de la noche a la mañana hemos abandonado los VCR analógicos y las cintas de vídeo (aunque estos últimos se utilizan ampliamente en muchos sistemas) y hemos pasado al almacenamiento digital. ¿Cuáles fueron los beneficios de cambiar de videograbadora? Las videograbadoras con almacenamiento analógico no le permiten buscar rápidamente en el archivo. Además, el procesamiento posterior de la información analógica es prácticamente imposible, ya que la grabación del VCR es de menor calidad que la de la señal original.
A pesar de la creciente adopción de tecnologías digitales, la elección entre un sistema analógico, híbrido o totalmente IP sigue abierta para el cliente. Actualmente, el tipo de sistema está determinado por las cámaras seleccionadas. Pero no importa qué sistema elija el usuario, la información del vídeo se almacenará digitalmente y en discos duros (HDD). Por tanto, la cuestión de las tendencias en el almacenamiento de vídeo se reducirá a una cosa: cómo grabar desde una cámara directamente a un disco duro.
En términos de sistemas de almacenamiento de vídeo, de la noche a la mañana hemos abandonado los VCR analógicos y las cintas de vídeo (aunque estos últimos se utilizan ampliamente en muchos sistemas) y hemos pasado al almacenamiento digital. ¿Cuáles fueron los beneficios de cambiar de videograbadora? Las videograbadoras con almacenamiento analógico no le permiten buscar rápidamente en el archivo. Además, el procesamiento posterior de la información analógica es prácticamente imposible, ya que la grabación del VCR es de menor calidad que la de la señal original.
En comparación con una cinta de vídeo y otros dispositivos de almacenamiento (tarjeta flash, CD o DVD), un disco duro tiene una velocidad de transferencia de datos significativamente mayor y una mayor capacidad, y le permite grabar vídeo con una calidad superior a S-VHS, cuando se utiliza el formato adecuado. Algoritmos de compresión de vídeo analógico. Actualmente están muy extendidos los discos duros con una capacidad de 750 GB, lo que soluciona el problema de la duración de la grabación que existía hace un par de años.
Este artículo intenta rastrear las tendencias en el campo del almacenamiento de información. Para mayor claridad, consideraremos un sistema de videovigilancia distribuido (hasta 2000 cámaras). Veamos posibles opciones para implementar el sistema y opciones para almacenar la información de video recibida.
La tarea de la videovigilancia se puede dividir en tres componentes. El primero son los ojos del sistema de videovigilancia: las cámaras. De momento, se puede elegir entre cámaras analógicas, IP (704 x 576 píxeles) o megapíxeles, lo que, en principio, condiciona el futuro sistema. La imagen obtenida mediante cámaras debe ser entregada al operador para que tome decisiones operativas en función de la escena observada. Además, debemos garantizar la seguridad de los materiales de vídeo. Un sistema de videovigilancia ideal es la suma de tres componentes independientes: adquisición, visualización y almacenamiento de imágenes.
Grabadoras de vídeo
Cuando se utilizan cámaras analógicas, es necesario utilizar dispositivos de codificación de señales analógicas a digitales para finalmente almacenar la información recibida en discos duros.
Una grabadora de vídeo digital (DVR) es un dispositivo al que se conectan cables coaxiales de cámaras analógicas. Normalmente, un dispositivo de este tipo tiene discos duros internos o externos para almacenamiento. Existe una gran cantidad de DVR, como PC-Based o Stand Alone, con sistema operativo Windows o Linux, con tarjetas capturadoras instaladas o ampliables, con diferente número de canales (4, 8, 16, 24, 30). Sin embargo, el principio de su funcionamiento permanece sin cambios: digitalización y almacenamiento de señales. Las imágenes en tiempo real se pueden recibir directamente desde el DVR o los DVR se pueden conectar a una red Ethernet para visualización remota del operador. La desventaja obvia de un sistema de este tipo es la probabilidad de que falle el DVR. Además, el operador pierde la capacidad de monitorear desde las cámaras y el DVR, debido a su mal funcionamiento, deja no solo de grabar, sino también de acceder al archivo previamente grabado. Nuestro sistema de cámaras propuesto para 2000 requeriría 125 DVR de 16 canales.
Grabadores de vídeo en red
En el ejemplo descrito anteriormente, los DVR tienen un límite para almacenar información de video. La capacidad de almacenamiento interno del DVR es de aproximadamente 2 TB, que debe compartirse entre todas las cámaras. Muchos DVR tienen la capacidad de ampliar el espacio en disco conectando almacenamiento externo (USB, SCSI) y alcanzar decenas de terabytes. Sin embargo, el DVR todavía tiene que ser un punto potencial de falla y, además, digitaliza la señal, graba y transmite video para verlo (multitarea).
Por tanto, es lógico utilizar dispositivos de almacenamiento de vídeo profesionales. Existen soluciones similares en el mercado de la tecnología TI. ¿Por qué reinventar la rueda? Separaremos el dispositivo de almacenamiento del DVR. Este dispositivo se llama grabador de vídeo en red o grabador de vídeo en red (NVR). NVR es un software instalado en un servidor conectado a una red Ethernet. Se crea espacio en disco en el servidor (unidades SATA internas o matrices SCSI externas). Las matrices de discos SCSI (Small Computer System Interface) son una jaula en la que se instalan los discos duros, formando un sistema de almacenamiento confiable y de alta velocidad. Actualmente, estas matrices tienen en promedio 16 bandejas para instalar discos con capacidades de 500 GB, 750 GB o 1 TB. Debido a los crecientes requisitos de tamaño de espacio en disco y confiabilidad del almacenamiento de datos, se utilizan matrices RAID (matrices redundantes de discos independientes). RAID combina varios discos duros; si uno de los discos falla, los datos no se perderán y el disco defectuoso se puede reemplazar durante la operación.
Así, el DVR se divide en dos sistemas independientes: almacenamiento y recepción de imágenes, unidos por una red local. Necesitará dispositivos que puedan recibir la transmisión digital y transmitirla a través de la red a la grabadora de vídeo en red. Puede utilizar cámaras IP que le permitan recibir una transmisión digital (MPEG4), que se envía al NVR. Para digitalizar cámaras analógicas se utilizan codificadores de señal de vídeo de 1, 2, 4, 8, 12 o 16 canales. A diferencia de los DVR, los codificadores de video solo realizan la función de codificar una imagen analógica y transmitirla a la red para que un operador la vea y la grabe en el NVR. Por lo tanto, como regla general, los fabricantes de sistemas de vigilancia ofrecen cámaras IP y codificadores con la capacidad de crear dos transmisiones independientes. Una transmisión para visualización es de 25 fps con resolución CIF y la otra es de 4 a 12 fps, 4CIF. Aunque es posible configurar ambas transmisiones para obtener el máximo rendimiento (4CIF@25ips, ~ 3Mbit/seg).
Los grabadores de vídeo en red modernos son capaces de grabar hasta 300 cámaras. Para un sistema de 2000 cámaras, dependiendo de la calidad de la codificación, se necesitarán unos 50 servidores. Sin embargo, aunque estos dispositivos son fiables, requieren un mantenimiento adecuado. La grabadora de red ejecuta el sistema operativo Windows Server 2003, que requiere actualizaciones y, como cualquier computadora, requiere protección antivirus. A menudo, para lograr redundancia, se utiliza un NVR de conmutación por error tolerante a fallas, que es capaz de recibir transmisiones digitales en caso de una falla del NVR principal. Por tanto, la siguiente etapa en el desarrollo de sistemas de almacenamiento es la eliminación del servidor.
Grabación directa
Un sistema de videovigilancia IP ideal es la suma de tres componentes (adquisición, visualización y almacenamiento de imágenes) conectados mediante una red Ethernet. Con la llegada de Fibre Channel (FC) y las SAN basadas en él, el mundo del almacenamiento ha apostado por que el acceso a la red de los sistemas de almacenamiento sea el futuro; Durante varios años, la interfaz FC siguió siendo el estándar indiscutible para su construcción, pero hoy muchos entienden que ha llegado el momento del cambio. Un sistema de almacenamiento interesante es iSCSI (Interfaz de sistema de computadora pequeña de Internet). iSCSI es un protocolo basado en TCP/IP y está diseñado para comunicar y administrar sistemas de almacenamiento, servidores y clientes. Sin entrar en detalles técnicos, observo que en el mercado de los sistemas de videovigilancia, el dispositivo es una canasta para instalar discos duros que recuerda a SCSI, pero en la parte posterior de dicha canasta, en lugar de la interfaz SCSI habitual, hay Conectores RJ45 para conectar el array a una red local.
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Como se muestra arriba, las transmisiones de cámaras IP o codificadores IP se transmiten a través de la red local. Una matriz de discos iSCSI recibe una transmisión digital directamente desde un dispositivo IP a través de la red y la coloca en los discos duros de la matriz. Solo se requiere una computadora en la etapa de configuración del sistema. La esencia de la configuración es que el disco se divide en particiones lógicas (LUN), a cada LUN se le asigna una dirección IP de la cámara o codificador. Sin embargo, si es necesario aumentar la capacidad asignada a la cámara, surgen problemas. Al reformatear se pierden datos.
Esta opción ha demostrado su eficacia para sistemas híbridos pequeños, por ejemplo, un codificador multicanal (con 16 cámaras y dos puertos Gigabit) se conecta directamente a una matriz de discos iSCSI. Por lo tanto, la red local no se carga con una transmisión de video destinada a grabar.
Como sabemos, por ejemplo, el vídeo digital en formato MPEG4 tiene una tasa de bits variable, lo que supone diferente capacidad de almacenamiento para una imagen de una cámara que observa una escena dinámica (la entrada a una oficina, especialmente en las horas pico), o de una cámara instalada en un patio trasero o sótano tranquilo. Por lo tanto, es imposible calcular con precisión el espacio necesario para almacenar vídeos durante, por ejemplo, 7 días. O creamos secciones demasiado grandes (el cliente paga de más) o demasiado pequeñas (el cliente está enojado: en lugar de 7 días, algunas cámaras solo escriben 5).
Por lo tanto, se necesita alguna herramienta para optimizar el espacio en disco. Por ejemplo, en nuestro proyecto utilizaremos 80 arrays de discos iSCSI de 6TB cada uno para 2000 cámaras, lo que prácticamente imposibilita realizar la configuración manualmente. Necesita algún software de administración (llamémoslo Video Recording Manager, VRM), en el que simplemente especifica las cámaras/codificadores IP y las matrices de discos iSCSI ubicadas en el sistema.
VRM representa el concepto de capa de almacenamiento de virtualización. Esta capa abstracta le permite administrar todas las matrices de discos individuales del sistema como un grupo virtual compartido de almacenamiento que se asigna de manera inteligente según sea necesario. VRM elimina la necesidad de grabadores de vídeo en red y hardware de servidor asociado, sistemas operativos, software antivirus y los constantes parches y actualizaciones de software que requieren estos sistemas. Esta nueva tecnología hace que la instalación, operación y mantenimiento del sistema sea mucho más fácil y rentable. En cualquier momento se puede aumentar el número de matrices, la calidad y duración de la grabación también pueden cambiar dependiendo de las necesidades actuales.
Actualmente, la tecnología iSCSI opera a velocidades de hasta 1 Gbit/seg. En el futuro se espera una transición a la tecnología de 10 Gbit/s. Sin embargo, iSCSI ahora tiene un competidor en forma de Fibre Channel con una velocidad de 4 Gbit/s. Los fabricantes de equipos IP se están preparando para la transición a Fibre Channel; algunos modelos de codificadores de video tienen un conector SFP, que se utiliza tanto para la conexión Ethernet óptica como para la conexión al almacenamiento Fibre Channel.
Las tecnologías y las velocidades cambian, pero una cosa permanece constante: el disco duro.