服務(wù)器后端之視頻數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)發(fā)搭建解決方案

1、3視頻存儲(chǔ)服務(wù)器設(shè)計(jì)在本章中，首先介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本框架，然后根據(jù)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器在系統(tǒng)中的作用定義了服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，介紹了服務(wù)器各模塊的功能，最后對(duì)服務(wù)器的解碼模塊、存儲(chǔ)模塊和檢索回放模塊提出設(shè)計(jì)思想。3.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的框架項(xiàng)目是從小型單位或私人家庭等用戶的需求特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，既考慮到較低的成本，又兼顧用戶對(duì)系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基本要求，一些硬件設(shè)備功能主要是考慮用軟件來(lái)完成。設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架如圖3.1所示。圖3.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)的工作原理是：攝像頭把采集到的模擬視頻信號(hào)送到編碼器，編碼器將收到的模擬信號(hào)編碼壓縮，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將編碼后的數(shù)字信號(hào)傳送

2、到視頻存儲(chǔ)服務(wù)器；服務(wù)器將原始碼流解碼成RGB視頻，然后再經(jīng)過(guò)編碼壓縮，按照既定的文件組織格式存入系統(tǒng)的存儲(chǔ)硬盤，并等待系統(tǒng)中用戶的請(qǐng)求信息。當(dāng)接收到用戶的請(qǐng)求后，服務(wù)器讀出緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，發(fā)送模塊采用RTP協(xié)議將數(shù)據(jù)打包，這些數(shù)據(jù)包通過(guò)UDP協(xié)議傳送到網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)用戶，用戶端接收到數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包放入緩沖區(qū)內(nèi)，并將數(shù)據(jù)按順序和標(biāo)志進(jìn)行重組，然后解碼模塊對(duì)其解碼，通過(guò)調(diào)用播放模塊對(duì)解碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)播放；另一方面，服務(wù)器將壓縮后的視頻信號(hào)進(jìn)行解碼，發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控電視墻，完成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)于遠(yuǎn)程用戶，服務(wù)器起用流媒體服務(wù)功能，將客戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)通過(guò)HTTP協(xié)議分發(fā)到客戶端，用戶可以對(duì)接受

3、到的內(nèi)容進(jìn)行播放。視頻存儲(chǔ)服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它集存儲(chǔ)服務(wù)器、視頻服務(wù)器功能與一身，主要完成以下工作：視頻解碼：將前端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的壓縮視頻進(jìn)行解碼，還原成RGB原始視頻流。視頻數(shù)據(jù)壓縮：對(duì)解碼出的視頻流進(jìn)行壓縮，以便存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)傳輸；網(wǎng)絡(luò)通信：對(duì)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)和相關(guān)的控制信息進(jìn)行封裝，將對(duì)攝像機(jī)的控制信息和視頻信息封裝成支持所定義的協(xié)議信息，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的通道將這些協(xié)議信息以幀的形式傳送到對(duì)方，完成通信雙方之間的數(shù)據(jù)傳輸；視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一保存和備份。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取視頻流數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)塊的方式保存在預(yù)分配的磁盤空間中，通過(guò)磁盤數(shù)據(jù)的索引文件保存錄像數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控視頻資

4、源檢索回放：用戶可以通過(guò)檢索回放模塊對(duì)所關(guān)注的歷史視頻文件進(jìn)行檢索，并通過(guò)播放器進(jìn)行回放。日志管理：對(duì)系統(tǒng)的操作和系統(tǒng)故障及處理情況進(jìn)行記錄，供用戶檢索查看。分析視頻流在后端的處理主要是解碼、存儲(chǔ)、檢索回放以及對(duì)各用戶端的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸是遠(yuǎn)端用戶對(duì)視頻文件有目的的檢索后通過(guò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的流媒體服務(wù)功能完成的，因此，后端視頻處理的主要過(guò)程可以描述為如圖3.2。圖3.2后端視頻處理主要過(guò)程從圖3.2中可以看出，從網(wǎng)絡(luò)中接收到前端傳送過(guò)來(lái)的視頻流后，視頻存儲(chǔ)服務(wù)器將其解碼成RGB視頻；再將解碼后的視頻進(jìn)行壓縮，變成適合存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式，然后按照存儲(chǔ)文件的組織策略將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范，完成后將數(shù)據(jù)存入硬

5、盤；用戶可以根據(jù)自己的需要對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行查找與回放，遠(yuǎn)程用戶查找到的視頻文件也能夠以流媒體的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至用戶機(jī)，完成遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.2視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的視頻存儲(chǔ)服務(wù)器要完成的主要功能是將前端傳送過(guò)來(lái)的視頻信號(hào)解碼還原成RGB視頻，并進(jìn)行編碼壓縮，然后按照存儲(chǔ)策略存入存儲(chǔ)設(shè)備，用戶根據(jù)自己的需要對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索與播放。設(shè)計(jì)中對(duì)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器功能劃分為5個(gè)功能模塊，得到其功能結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。圖3.3視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的主要功能構(gòu)成各模塊的功能定義如下：1）視頻解碼模塊：主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)前端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的壓縮視頻信號(hào)進(jìn)行解壓縮，還原成原始的RGB視頻數(shù)據(jù)。2）存儲(chǔ)管

6、理模塊：負(fù)責(zé)對(duì)解碼后的RGB視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，然后以制定的文件組織規(guī)范將壓縮后的數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)設(shè)備上。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)要求數(shù)據(jù)占用的空間盡量要小，同時(shí)要便于對(duì)視頻文件進(jìn)行檢索回放。3)檢索回放模塊：為用戶提供視頻錄像資源的快速檢索接口，用戶可以根據(jù)需要對(duì)視頻文件進(jìn)行檢索調(diào)用。當(dāng)用戶查找到所需要的文件時(shí)，將相應(yīng)的文件從硬盤上讀出，并將這些數(shù)據(jù)與相應(yīng)的控制信息封裝成支持既定協(xié)議的信息幀，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道傳送到用戶，供用戶回放瀏覽。4)日志管理模塊：主要是記錄系統(tǒng)工作時(shí)間內(nèi)的一些重要操作及事件信息，管理用戶能夠通過(guò)管理日志了解系統(tǒng)的工作情況和用戶訪問(wèn)情況。5)系統(tǒng)管理模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化工作，主要完成對(duì)系

7、統(tǒng)的參數(shù)配置、用戶權(quán)限管理、設(shè)備信息管理、用戶請(qǐng)求處理等。3.3視頻存儲(chǔ)服務(wù)器核心模塊設(shè)計(jì)解碼模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)前端編碼器所采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)是H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)，因此，系統(tǒng)的解碼模塊同樣采用H.264標(biāo)準(zhǔn)。依照H.264標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)流程分為5個(gè)步驟：幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)(Estimation)、變換(Transform)和反變換、量化(Quantization)和反量化、環(huán)路濾波(LoopFilter)、熵編碼(EntropyCoding)。在設(shè)計(jì)中按照各部分功能對(duì)解碼器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其功能框圖如圖3.4所示。圖解碼器功能框圖從圖3.4可以看出，解碼器的基本流程設(shè)計(jì)為：解碼器從NAL中接收壓縮的比特流，經(jīng)過(guò)對(duì)

8、碼流進(jìn)行熵解碼獲得一系列量化系數(shù)X；這些系數(shù)經(jīng)過(guò)反量化和反變換得到殘差數(shù)據(jù)D；解碼器使用從碼流中解碼得到的頭信息創(chuàng)建一個(gè)預(yù)測(cè)塊PRED，PRED與殘差數(shù)據(jù)D求和得到圖像塊數(shù)據(jù)uF；最后每個(gè)uF通過(guò)去塊濾波得到重建圖像的解碼塊F。監(jiān)控系統(tǒng)的視頻是由連續(xù)的圖像幀組成的。因此，某種意義上說(shuō)視頻解碼就是對(duì)視頻的圖像幀進(jìn)行解碼，解碼程序?qū)σ曨l段的解碼也可以說(shuō)是主程序反復(fù)調(diào)用幀解碼函數(shù)的過(guò)程。單幀圖像的解碼流程如圖3.5所示。圖3.5解碼器解碼一幀圖像過(guò)程一幀圖像經(jīng)過(guò)視頻編碼層VCL編解碼后產(chǎn)生的碼流，在NAL中將這些碼流分割成NAL單元，并對(duì)NAL單元進(jìn)行邊界檢測(cè)，之后對(duì)各單元進(jìn)行去塊濾波處理，并在參考

9、圖像進(jìn)行存儲(chǔ)處理后重建圖像幀；NAL單元解碼過(guò)程包含了不同類型片的解碼，而對(duì)各類型的片解碼首先從碼流中讀入一個(gè)片的編碼數(shù)據(jù)，提取RBSP語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生宏塊片組映射圖，并根據(jù)當(dāng)前圖像類型對(duì)參考圖像列表進(jìn)行初始化，最后完成片的解碼；而進(jìn)行片解碼首先要對(duì)參考圖像序號(hào)數(shù)據(jù)以及當(dāng)前宏塊解碼設(shè)置進(jìn)行初始化。然后從NAL中讀入當(dāng)前宏塊的語(yǔ)法元素，以便對(duì)宏塊進(jìn)行解碼。存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻流數(shù)據(jù)是海量的，這些海量的視頻數(shù)據(jù)文件對(duì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了制定一個(gè)合理的存儲(chǔ)方案，本文對(duì)監(jiān)控存儲(chǔ)方案與以往存儲(chǔ)方案進(jìn)行了比較，結(jié)果如表3.1所示。表3.1監(jiān)控存儲(chǔ)與傳統(tǒng)存儲(chǔ)文件特性比較項(xiàng)目以往存

10、儲(chǔ)監(jiān)控存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)表文本/圖像圖像/音頻數(shù)據(jù)表現(xiàn)形結(jié)構(gòu)化（有序，可用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)表示）非結(jié)構(gòu)化（無(wú)序、無(wú)法用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)表示）非結(jié)構(gòu)化（無(wú)序、無(wú)法用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)表示）數(shù)據(jù)組織方式非結(jié)構(gòu)化（無(wú)序，規(guī)則性不強(qiáng)）非結(jié)構(gòu)化（無(wú)序，規(guī)則性不強(qiáng)）結(jié)構(gòu)化（有序，規(guī)則性很強(qiáng)）數(shù)據(jù)保存時(shí)間無(wú)序，時(shí)長(zhǎng)不定無(wú)序，時(shí)長(zhǎng)不定有序，定期刪除更新數(shù)據(jù)更新方式無(wú)序，方式不定無(wú)序，方式不定有序，從尾部順序增加數(shù)據(jù)讀寫方式無(wú)序，反復(fù)多次讀寫無(wú)序，反復(fù)多次讀寫有序，一次寫少量讀/不讀存儲(chǔ)塊大小8-64KB512B-1MB64KB-1MB(512Kb-8Mb)性能要求IOPSIOPS、帶寬多路并發(fā)的帶寬存儲(chǔ)熱點(diǎn)2/8原則，20%的數(shù)據(jù)承載80%的

11、訪問(wèn)2/8原則，20%的數(shù)據(jù)承載80%的訪問(wèn)均衡原則，數(shù)據(jù)訪問(wèn)的機(jī)會(huì)均等數(shù)據(jù)重要度重要，數(shù)據(jù)價(jià)值高不定大部分是無(wú)用數(shù)據(jù)從表2中可以看出，監(jiān)控存儲(chǔ)雖然數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式和以往的圖像存儲(chǔ)一樣，體現(xiàn)出無(wú)規(guī)則的非結(jié)構(gòu)化特征，但是在組織方式上是結(jié)構(gòu)化的，具有很強(qiáng)的規(guī)則性，這是其最大的特點(diǎn)，也是和傳統(tǒng)存儲(chǔ)模型不一樣的地方。鑒于監(jiān)控視頻體現(xiàn)出的非結(jié)構(gòu)化的表現(xiàn)形式和結(jié)構(gòu)化的組織方式，以及其在保存時(shí)間、讀寫方式和更新方式上的有序性，本文考慮從監(jiān)控視頻的自身特點(diǎn)出發(fā)，利用視頻編碼技術(shù)消除其數(shù)據(jù)上的冗余，減少無(wú)用數(shù)據(jù)占用存儲(chǔ)空間，并充分利用監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的有序性特征將數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范的組織，實(shí)現(xiàn)有序存儲(chǔ)，便于對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的均衡

12、訪問(wèn)和對(duì)數(shù)據(jù)的管理，為錄像文件檢索與回放提供一種快捷有效的方式?；谏鲜龅乃悸?，課題從視頻壓縮、文件組織和存儲(chǔ)管理三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。1)監(jiān)控視頻的壓縮編碼數(shù)據(jù)壓縮是解決存儲(chǔ)問(wèn)題最基礎(chǔ)最有效的的方法之一。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)光靠硬件設(shè)備支持是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，來(lái)減輕存儲(chǔ)設(shè)備的負(fù)荷。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮有三個(gè)方面的好處：節(jié)省存儲(chǔ)設(shè)備空間；節(jié)省CPU處理時(shí)間；節(jié)省數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間。編碼的主要任務(wù)是按照所設(shè)置的編碼壓縮參數(shù)來(lái)完成對(duì)這些視頻的壓縮編碼。編碼參數(shù)主要包括編碼器參數(shù)和圖像編碼參數(shù)。其中編碼器數(shù)數(shù)主要有源幀率、信道速率等；圖像編碼參數(shù)主要有圖像的格式、編碼

13、類型，是否允許非限制運(yùn)動(dòng)矢量模式等。由此看來(lái)，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮是視頻文件存儲(chǔ)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。課題中采用的是MPEG4壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)镸PEG4基于AV對(duì)象的壓縮模式能夠保證運(yùn)動(dòng)物體圖像有比較高的圖像質(zhì)量，更適合于項(xiàng)目中其他任務(wù)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分析的要求。根據(jù)MPEG4的編碼原理，所設(shè)計(jì)的壓縮編碼框圖如圖3.6所示。圖3.6MPEG4的壓縮編碼框圖MPEG4編碼器編碼過(guò)程可以描述為：當(dāng)視頻流輸入到編碼器，一方面編碼器對(duì)視頻進(jìn)行場(chǎng)景分析和對(duì)象分割，劃分為不同的VOP，將VOP進(jìn)行形狀編碼，得到各個(gè)VOP的形狀和位置信息，并用形狀編碼得到的信息來(lái)控制VOP的運(yùn)動(dòng)編碼和紋理編碼；另一方面對(duì)宏塊進(jìn)行DCT

14、變換和量化，量化后的宏塊經(jīng)過(guò)逆量化和反DCT變換，并將這些處理后的宏塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)編碼，在運(yùn)動(dòng)編碼過(guò)程中采用了運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)/補(bǔ)償法；輸入的VOP與幀存中的前一幀的VOP進(jìn)行比較，得到當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)矢量，然后對(duì)兩幀VOP的差值進(jìn)行DCT變換、量化和紋理編碼，得到紋理信息，接著將得到的紋理信息與運(yùn)動(dòng)編碼得到的運(yùn)動(dòng)信息以及形狀編碼得到的形狀和位置信息進(jìn)行合成，形成VOP的比特流。分別對(duì)不同視頻對(duì)象的VOP進(jìn)行編碼，得到不同的比特流，再經(jīng)過(guò)視頻多路合成，形成MPEG4視頻流在信道上傳輸。2)文件組織文件組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是為了便于系統(tǒng)對(duì)文件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。因此，本文對(duì)視頻存儲(chǔ)中的視頻文件的命名規(guī)則和文件管

15、理策略兩個(gè)方面制定了可行的方案。具體方案如下：1）視頻文件的命名規(guī)則：考慮到在實(shí)際應(yīng)用中，用戶在查詢錄像文件時(shí)一般是按錄像的時(shí)間、某個(gè)攝像機(jī)所在的通道以及錄像性質(zhì)為查找條件。為此，課題中提出以“時(shí)間+通道+錄像性質(zhì)”作為錄像文件的名稱，其中時(shí)間是按年月日時(shí)分秒來(lái)記錄的。命名格式規(guī)范為圖3.7所示。圖3.7文件名格式規(guī)范操作中，可以按照錄像的時(shí)間自動(dòng)為錄像文件生成文件名，在系統(tǒng)判斷文件是否過(guò)期和用戶對(duì)文件進(jìn)行檢索回放時(shí)，可以按照文件名來(lái)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的操作。2）文件管理策略：用戶會(huì)根據(jù)不同場(chǎng)所的不同要求對(duì)錄像文件設(shè)定不同的保存期限，在文件過(guò)期后為被刪除，留出更多的空間存儲(chǔ)更多新的視頻數(shù)據(jù)。因此，錄

16、像文件的改變是相當(dāng)頻繁的，而且系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，生成的文件更是一個(gè)天文數(shù)字。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些海量文件的高效管理，本文將硬盤進(jìn)行分層管理，其管理模式如圖3.8所示。圖3.8硬盤分層管理模式從圖3.8中可以看出，硬盤中為其他類型文件和視頻文件分別劃分了不同的區(qū)，而在視頻文件中又為不同的通道的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分，這種管理方式層次比較強(qiáng)，為海量數(shù)據(jù)的管理提供了有效的方案。3)管理策略在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻文件的存儲(chǔ)是一個(gè)需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決好的重要問(wèn)題，也是衡量系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。存儲(chǔ)管理策略要求有效可靠的存儲(chǔ)、簡(jiǎn)單快捷的檢索回放、合理高效的磁盤空間利用等，以滿足用戶不同的需求。設(shè)計(jì)中需要

17、系統(tǒng)中的存儲(chǔ)管理能夠完成以下四個(gè)主要方面的要求：1）存儲(chǔ)錄像模式：在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，在對(duì)文件存儲(chǔ)錄像的時(shí)候都是循環(huán)覆蓋模式和線性提醒模式。所謂循環(huán)覆蓋模式（如圖3.9所示），就是視頻在存儲(chǔ)過(guò)程中是按盤逐個(gè)進(jìn)行的。當(dāng)所有磁盤空間都存儲(chǔ)滿時(shí)接下來(lái)的文件將自動(dòng)覆蓋最開(kāi)始的文件。所謂線性提醒模式（如圖3.10所示）是指視頻文件按磁盤逐個(gè)存儲(chǔ)，當(dāng)所有磁盤都存滿時(shí)，系統(tǒng)提醒用戶更換磁盤，這種模式要求存儲(chǔ)設(shè)備具備熱插拔功能。圖3.9循環(huán)覆蓋模式圖3.10線性提醒模式2）檢索回放：監(jiān)控系統(tǒng)的檢索回放功能要求在視頻文件存儲(chǔ)的時(shí)候要高效、有序地對(duì)文件進(jìn)行組織，能夠按錄像通道、錄像時(shí)間及文件的類型等做好分類存儲(chǔ)，以

18、便用戶能夠快速有效的在大量文件中檢索到自己所需的錄像記錄，對(duì)圖像文件處理。3）靈活的存儲(chǔ)規(guī)模：系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行存儲(chǔ)規(guī)模的調(diào)整，既可以以單磁盤作為系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)，也可以選擇用多個(gè)硬盤或磁盤陣列作為存儲(chǔ)介質(zhì)，以適應(yīng)不同規(guī)模的系統(tǒng)在不同現(xiàn)場(chǎng)的存儲(chǔ)要求。為了便于對(duì)存儲(chǔ)盤的管理，課題將硬盤可以劃分為存放系統(tǒng)文件和數(shù)據(jù)的系統(tǒng)盤和存放視頻監(jiān)控錄像的數(shù)據(jù)盤兩種。實(shí)際操作中，對(duì)于單盤存儲(chǔ)的小規(guī)模系統(tǒng)，將盤劃分為這兩種邏輯區(qū)；對(duì)于多個(gè)盤的系統(tǒng)，可將一個(gè)盤劃分為系統(tǒng)盤，剩余的盤則作為數(shù)據(jù)盤。系統(tǒng)大量的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)盤中，必需一個(gè)有效的控制模式來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)盤的管理才能滿足系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)性能的要求。為了適應(yīng)監(jiān)

19、控系統(tǒng)大量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要，設(shè)計(jì)將硬盤所有扇區(qū)劃分為幾個(gè)區(qū)：管理控制區(qū)、文件結(jié)構(gòu)區(qū)、索引文件區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和日志管理區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)又劃分為若干個(gè)數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊的大小可以自由設(shè)置，并通過(guò)結(jié)構(gòu)信息和索引文件來(lái)管理數(shù)據(jù)塊。各區(qū)之間的關(guān)系可以用圖3.11表示。圖3.11各區(qū)之間的關(guān)系1）管理控制區(qū)的位置相對(duì)比較固定，主要用于存放當(dāng)前磁盤和文件系統(tǒng)的基本信息，如每個(gè)區(qū)域的具體位置和大小、各分區(qū)的使用情況、下一條可用索引單元的位置、下一個(gè)可用數(shù)據(jù)塊的位置等.2）日志管理區(qū)可以由用戶根據(jù)磁盤空間來(lái)自由設(shè)定大小，是專門用來(lái)存放日志文件的區(qū)域，完成對(duì)日志的管理工作。3）文件結(jié)構(gòu)區(qū)主要是用來(lái)描述錄像文件的結(jié)構(gòu)，存放的是

20、錄像文件的相關(guān)信息，如錄像起止時(shí)間、對(duì)應(yīng)的索引塊位置等，其中的信息文件結(jié)構(gòu)和大小比較固定，通過(guò)結(jié)構(gòu)文件的信息就能得到對(duì)應(yīng)的索引信息的準(zhǔn)確位置。4）索引信息區(qū)用于存放數(shù)據(jù)塊的索引。因?yàn)橐粋€(gè)錄像文件可能會(huì)包含多個(gè)數(shù)據(jù)塊，所以將索引區(qū)分成索引塊，而每個(gè)索引塊存放與文件包含的數(shù)據(jù)塊數(shù)目相同的索引信息單元，每個(gè)索引信息單元與數(shù)據(jù)塊一一對(duì)應(yīng)，而每個(gè)索引塊則與一個(gè)錄像文件關(guān)聯(lián)。5）數(shù)據(jù)區(qū)是其他四個(gè)區(qū)劃分完后所有剩余空間。將其劃分為若干個(gè)塊，大小自由設(shè)定，以塊作為存儲(chǔ)錄像數(shù)據(jù)的最小單元來(lái)保存監(jiān)控視頻。塊的結(jié)構(gòu)定義如圖3.12所示。圖3.12塊的結(jié)構(gòu)定義設(shè)計(jì)思想概括為：將數(shù)據(jù)區(qū)劃分為若干個(gè)小的數(shù)據(jù)塊，大小可以由

21、用戶自由設(shè)置，采用這些底層的數(shù)據(jù)塊作為基本存儲(chǔ)單元，每個(gè)數(shù)據(jù)塊在索引區(qū)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的索引單元，記錄數(shù)據(jù)塊的位置；當(dāng)用戶給定文件長(zhǎng)度后，可以確定一個(gè)文件所包含的數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)N，當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)塊達(dá)到N時(shí)，在索引區(qū)生成一個(gè)索引塊，記錄下該文件開(kāi)始的數(shù)據(jù)塊的索引單元位置和文件所包含的塊數(shù)目；在文件結(jié)構(gòu)區(qū)建立一個(gè)結(jié)構(gòu)信息文件，將索引塊的位置和錄像文件開(kāi)始與結(jié)束的時(shí)間等信息。這種模式實(shí)際上是將錄像文件的“形式外殼”存放在文件結(jié)構(gòu)區(qū)，而實(shí)際數(shù)據(jù)則以數(shù)據(jù)塊的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，它們是通過(guò)索引塊和索引單元建立的鏈表相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)個(gè)視頻文件。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)塊的形式存放的，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，不像以

22、往存儲(chǔ)方式是以大顆粒的錄像文件進(jìn)行覆蓋，而是進(jìn)行數(shù)據(jù)塊覆蓋，所以能夠減少磁盤碎片的產(chǎn)生。由于結(jié)構(gòu)信息和索引文件需要占用一定的磁盤空間，并且與數(shù)據(jù)塊的總數(shù)密切相關(guān)，塊總數(shù)可以根據(jù)空間大小與數(shù)據(jù)塊大小得到。由于這類文件所點(diǎn)空間都很小，因此結(jié)構(gòu)信息和索引文件所占用的磁盤空間在整個(gè)磁盤中只占很小的比例。檢索回放模塊設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了對(duì)隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。在以往的監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻錄像以文件進(jìn)行存儲(chǔ)，在錄像檢索時(shí)首先要根據(jù)攝像頭、檢索的時(shí)間查找到相應(yīng)的文件，然后再手動(dòng)定位具體的時(shí)間點(diǎn)，再?gòu)脑摃r(shí)間點(diǎn)回放錄像。檢索過(guò)程中的最小單位是文件，顆粒度太大，精確度很低，檢索效率也比較低，對(duì)于一個(gè)規(guī)模較大的監(jiān)

23、控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)的視頻文件數(shù)將以百萬(wàn)計(jì)，檢索難度是非常大的。設(shè)計(jì)中為方便用戶對(duì)視頻數(shù)據(jù)的檢索，索引采用了分級(jí)設(shè)計(jì)，在索引文件區(qū)中建立索引塊，與錄像文件關(guān)聯(lián)，記錄錄像文件的開(kāi)始數(shù)據(jù)塊的索引位置和文件所包含的索引單元的個(gè)數(shù)N，在索引塊下又分N個(gè)索引單元，分別與文件所包含的數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)，通過(guò)索引塊和索引單元中的信息構(gòu)成一個(gè)鏈表，用戶通過(guò)鏈表即可找到所需要的數(shù)據(jù)。其中索引單元的結(jié)構(gòu)如圖3.13所示圖3.13索引單元結(jié)構(gòu)在方案中，在文件結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)信息文件是嚴(yán)格按照“時(shí)間+通道+錄像類型”進(jìn)行命名的，所以在進(jìn)行視頻檢索時(shí)可以采用二分法快速查找到指定條件的文件結(jié)構(gòu)信息，再根據(jù)結(jié)構(gòu)信息中的索引塊的信息，找到對(duì)應(yīng)

24、的索引塊，因?yàn)樗饕龎K中給出了錄像文件開(kāi)始數(shù)據(jù)塊的索引信息，在索引信息中又包含了下一個(gè)索引單元的位置，所以根據(jù)索引塊和索引單元所建立的索引鏈表即可找到用戶需要的錄像數(shù)據(jù)塊。理論上，如果數(shù)據(jù)塊設(shè)置恰當(dāng)，利用這種檢索模式可以準(zhǔn)確定位到某一秒，甚至可以定位到某一幀圖像，從而實(shí)現(xiàn)快速、精確的檢索。其步驟如圖3.14所示。圖3.14錄像文件檢索步驟整個(gè)搜索方案描述為：首先讀取用戶所設(shè)置的檢索條件，按照條件中的通道條件找到通道相關(guān)的文件結(jié)構(gòu)信息；接著從搜索結(jié)果中找出與條件中錄像性質(zhì)一致的結(jié)構(gòu)信息；然后從結(jié)果中找出包含所給時(shí)間條件的結(jié)構(gòu)信息；查找出滿足用戶條件的結(jié)構(gòu)信息后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)信息中的索引文件信息找出對(duì)

25、應(yīng)的索引文件，然后根據(jù)索引單元的時(shí)間信息定位到與查找條件最匹配的索引單元，最后按照索引單元讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。3.4本章小結(jié)本章首先介紹了課題中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的框架，從系統(tǒng)框架引入視頻存儲(chǔ)服務(wù)器，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，闡明了視頻存儲(chǔ)服務(wù)器各模塊的功能，然后對(duì)各功能模塊提出了設(shè)計(jì)方案和思路，存儲(chǔ)模塊作為整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在本章中也對(duì)其進(jìn)行了重點(diǎn)闡明。4視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)本章根據(jù)上一章的設(shè)計(jì)方案，介紹了視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，從編解碼模塊、視頻錄像存儲(chǔ)模塊和檢索回放模塊三個(gè)方面介紹了實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程。4.1編解碼模塊的實(shí)現(xiàn)解碼模塊的實(shí)現(xiàn)從解碼器的框圖中可以得知，解碼器從網(wǎng)絡(luò)提取層NAL中接收壓縮位流

26、，數(shù)據(jù)元素經(jīng)過(guò)熵解碼和重新排序后產(chǎn)生一組量化系數(shù)X。利用從位流中解碼的頭信息調(diào)整這些系數(shù)，并經(jīng)過(guò)反量化、反變換得到殘差數(shù)據(jù)D，解碼器創(chuàng)建的預(yù)測(cè)塊PRED與D相加，得到一個(gè)重構(gòu)的塊uF，將uF經(jīng)過(guò)濾波得到每個(gè)塊的解碼F36。基于這種思路，本文從NAL單元解碼、熵解碼、參考幀列表的重排序、反變換和量化、幀間預(yù)測(cè)的解碼處理和幀內(nèi)預(yù)測(cè)的解碼處理6個(gè)方面給出實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。1）NAL單元的解碼過(guò)程N(yùn)AL單元解碼的過(guò)程如圖4.1所示。圖4.1NAL單元解碼過(guò)程首先從位流中獲取NAL單元，從NAL單元的數(shù)據(jù)中提取RBSP語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)NAL單元的類型進(jìn)行解碼處理，其輸入的是NAL單元，得到的解碼后的當(dāng)前圖像

27、（CurrPic）的樣點(diǎn)值；H.264規(guī)范文檔中規(guī)定：對(duì)同一碼流，所有解碼器必須產(chǎn)生數(shù)值上相同的結(jié)果，必須符合規(guī)范定義的解碼過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)。在NAL單元的解碼過(guò)程中，要將NAL單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RBSP，程序中定義了函數(shù)NALUtoRBSP()完成此功能。函數(shù)定義為：2）熵解碼H.264支持兩種熵編碼方法：上下文自適應(yīng)的可變長(zhǎng)編碼（CAVLC）和內(nèi)容自適應(yīng)編碼（CABAC）。為了能夠有效地傳送量化的變換系數(shù)，CAVLC是一個(gè)比較有效的方法，而且在CAVLC方案中，對(duì)于各種語(yǔ)法元素的VLC碼表按照已經(jīng)傳送的語(yǔ)法元素可以進(jìn)行切換，改善了熵編碼的性能。CAVLC的解碼過(guò)程是：首先是初始化，依據(jù)所輸入的參數(shù)得到

28、塊的類型，并輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)等相關(guān)參數(shù)。然后求變量NC，并通過(guò)NC值來(lái)確定所要查找的表格，其中NA表示與當(dāng)前塊相鄰的左邊塊中非零系數(shù)的個(gè)數(shù)，NB表示與當(dāng)前塊相鄰的上面塊中非零的個(gè)數(shù)。以Coeff_token語(yǔ)法元素為入口函數(shù)，查表得到非零系數(shù)的個(gè)數(shù)TotalCoeffs、拖尾系數(shù)的個(gè)數(shù)TrailingOnes。以TotalCoeffs為入口函數(shù)，查表可以得到TotalZero值。通過(guò)函數(shù)readSymtaxElement_NumCoeffTrailingOnes()讀入NumCoeff/TrailingOnes的碼字。3）參考幀列表的重排序重排序的流程如圖4.2所示圖4.2參考幀列表的重排序流程

29、參考幀列表的重排序主要是為了節(jié)省碼流。解碼器根據(jù)片頭碼流中的相關(guān)語(yǔ)法元素，如ref_pic_list_reordering_flag_10、ref_pic_list_reordering_flag_11、reordering_of_pic_nums_dic、abs_diff_pic_num_minusl等的規(guī)定，進(jìn)行列表的重排序。參考圖像的重排序信息由函數(shù)ref_pic_list_reordering()讀入。4）反變換和量化與其他的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相似，H.264標(biāo)準(zhǔn)采取的是預(yù)測(cè)殘余變換編碼。但H.264變換是施加在4X4塊上的，沒(méi)用采用DCT變換，而是用與DCT類似特性的整數(shù)變換ICT，因而反

30、變換沒(méi)有誤差。直流亮度系數(shù)的反變換和量化由函數(shù)itrans_2(structimg_par*img)實(shí)現(xiàn)，函數(shù)voidcopyblock_sp(structimg_par*img,intblock_x,intblock_y)負(fù)責(zé)將反變換和量化的結(jié)果寫入解碼的亮度幀。5）幀內(nèi)預(yù)測(cè)的解碼處理在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中，當(dāng)前編碼的宏塊上方和左方的宏塊用于計(jì)算當(dāng)前宏塊的預(yù)測(cè)值。當(dāng)前宏塊與其預(yù)測(cè)值的差值進(jìn)一步編碼，將其傳到解碼器。在該比特流中包含了表示預(yù)測(cè)方式的相關(guān)比特和解碼出的殘差信號(hào)的比特，解碼器利用這些相關(guān)的比特計(jì)算出當(dāng)前宏塊的預(yù)測(cè)值，并以這個(gè)預(yù)測(cè)值來(lái)恢復(fù)圖像原始像素值。在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中，宏塊有4種預(yù)測(cè)方式：4x4

31、亮度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)（Intra_4x4）、16x16亮度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)(Intra_16x16)、8x8色度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)(Intra_chroma)，以及PCM的預(yù)測(cè)方式(I_PCM)。每個(gè)塊可選擇四種方式其中之一進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)，所有的類型都支持兩級(jí)幀內(nèi)編碼：INTRA-4X4和INTRA-16X16。前者分別預(yù)測(cè)每個(gè)4X4亮度塊，比較適合于描述圖像細(xì)節(jié)部分，而后者則是將整個(gè)16X16亮度塊進(jìn)行預(yù)測(cè)，比較適合于圖像較平滑區(qū)域。對(duì)這兩種預(yù)測(cè)類型的色度則進(jìn)行單獨(dú)預(yù)測(cè)。在程序中，幀內(nèi)模式下4x4塊的重構(gòu)由函數(shù)intrapred()完成。其定義如下：6）幀間預(yù)測(cè)的解碼處理在解碼端，P宏塊和B宏塊解碼時(shí)需要進(jìn)

32、行幀間預(yù)測(cè)解碼處理，處理后輸出幀間預(yù)測(cè)像素矩陣，包括一個(gè)16X16的亮度矩陣PREDL和兩個(gè)色度8X8矩陣：PREDcr和PREDcb。調(diào)用函數(shù)BType2CtxRef()來(lái)設(shè)置參考幀的上下文，該函數(shù)定義如下：在亮度模塊中，通過(guò)對(duì)相鄰塊的預(yù)測(cè)得到非零系數(shù)的數(shù)字。此功能由函數(shù)predict_nnz(structimg_par*img,inti,intj)來(lái)完成。編碼模塊的實(shí)現(xiàn)視頻編碼是一個(gè)反復(fù)對(duì)圖像幀進(jìn)行編碼的過(guò)程。本文將編碼程序的分為三個(gè)步驟：為編碼器創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例、反復(fù)調(diào)用編碼函數(shù)對(duì)圖像幀進(jìn)行編碼、銷毀編碼器。為此定義了三個(gè)函數(shù)enc_create()、enc_encode()、enc_des

33、troy()分別完成編碼程序的三個(gè)步驟。（1）enc_create()要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)編碼器首先要為編碼器創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例句柄，用該函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)MPEG4編碼器句柄，接著在句柄下完成對(duì)編碼器的參數(shù)配置、圖像參數(shù)獲取及空間申請(qǐng)等工作，以便通過(guò)句柄在多路編碼時(shí)來(lái)完成對(duì)每一路編碼的控制。其流程如圖4.3所示。圖4.3enc_create()編碼流程（2）enc_encode()用enc_encode()完成對(duì)傳入的一個(gè)圖像幀的編碼工作。對(duì)輸入的一幀圖像首先進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑阂院陦K為基本單元進(jìn)行劃分，再由若干宏塊在組合成Slice，由Slice再組合成SliceGroup，這樣可以確定每個(gè)宏塊所屬的Slice和Sl

34、iceGroup。再判斷輸33入的一幀圖像是I-Frame還是P-Frame。在以上工作完成后，就可以對(duì)每個(gè)宏塊進(jìn)行編碼了。在對(duì)每個(gè)宏塊都編碼完成后，還需要對(duì)重構(gòu)圖像進(jìn)行1/4象素精度插值處理、參考幀緩沖區(qū)插入處理等工作。至此，編碼一幀的工作才算完成。過(guò)程如圖4.4所示圖4.4編碼一幀圖像過(guò)程根據(jù)編碼程序判定或用戶強(qiáng)制類型對(duì)輸入的圖像幀進(jìn)行編碼，編碼器將編碼之后的碼流及其長(zhǎng)度作為返回值返回，并統(tǒng)計(jì)好編碼信息。enc_encode()編程流程如圖4.5所示。圖4.5enc_encode()編程流程在enc_encode()函數(shù)內(nèi)部還設(shè)計(jì)了兩個(gè)函數(shù)FrameCodeI和FrameCodeP，由它們

35、真正完成圖像編碼操作，分別完成對(duì)I幀和P幀的編碼。1）I幀編碼是為了消除圖像幀在空間上的冗余。其編碼過(guò)程比較簡(jiǎn)單，其中AC/DC是對(duì)宏塊變換的第一行和第一列作預(yù)測(cè)，以進(jìn)一步增加零系數(shù)的數(shù)目。其流程為：（如圖4.6所示）圖4.6I幀編碼流程表4.1所示的是在I幀編碼過(guò)程所用到的函數(shù)及其功能：表4.1I幀編碼過(guò)程所用到的函數(shù)及其功能2）P幀編碼是幀間編碼，以已經(jīng)編碼、解碼重建的圖像幀為參考，并插值出若干個(gè)參考幀，并在其中找出最佳匹配塊。將當(dāng)前塊與匹配塊求差，然后對(duì)殘差值做離散余弦變換（DCT）、量化和編碼。匹配塊的運(yùn)動(dòng)向量MV及匹配相似度會(huì)因?yàn)樗玫乃阉魉惴?、所在的窗口的不同而不同。在圖像幀P幀編

36、碼中，有一定數(shù)量的Intra模式的塊編碼，其他絕大部分為Inter模式或not_coded不編碼模式。算法支持當(dāng)整整的Intra塊編碼模式超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，強(qiáng)制為I幀編碼。在編碼前，要對(duì)整幀做運(yùn)動(dòng)估計(jì)，判斷各宏塊屬于哪種編碼模式。在P幀編碼中，既有Inter塊的編碼也有Intra塊的編碼，同時(shí)對(duì)零塊不做編碼not_coded，即跳過(guò)該宏塊MBSkip。Inter為幀間編碼，即對(duì)殘差進(jìn)行編碼。not_coded表示當(dāng)前宏塊沒(méi)有編碼，為零塊，則在解碼重建時(shí)，直接把參考幀的塊復(fù)制過(guò)來(lái)作為解碼圖像，這種塊模式的宏35塊一般都是背景圖像。P幀編碼流程如圖4.7所示。圖4.7P幀編碼流程表4.2所示的是在P

37、幀編碼過(guò)程所定義的主要函數(shù)及其功能：表4.2P幀編碼所用的主要函數(shù)及其功能為了保證解碼器解碼出的圖像正確，在創(chuàng)建編、解碼器的圖像幀空間時(shí)（image_create函數(shù)），應(yīng)都初始化為確定的相同的值，否則解碼器重建的圖像邊緣會(huì)出錯(cuò)。（3）enc_destroy()銷毀編碼器實(shí)例對(duì)應(yīng)于創(chuàng)建編碼器實(shí)例的工作，即把所有申請(qǐng)的內(nèi)存釋放，通過(guò)反復(fù)調(diào)用Image_destroy()函數(shù)來(lái)釋放圖像序列空間、當(dāng)前編碼幀的圖像空間、參考幀的圖像空間、參考幀的水平插值幀的圖像空間、參考幀的垂直插值幀的圖像空間、參考幀的斜角方向的插值幀的圖像空間、宏塊編碼空間；而編碼器空間則通過(guò)enc_free（）來(lái)釋放。4.2存儲(chǔ)

38、模塊的實(shí)現(xiàn)根據(jù)第三章所描述的設(shè)計(jì)思想，存儲(chǔ)模塊的實(shí)現(xiàn)包括管理控制區(qū)實(shí)現(xiàn)、文件結(jié)構(gòu)區(qū)實(shí)現(xiàn)、索引文件區(qū)實(shí)現(xiàn)、日志管理區(qū)實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)現(xiàn)5個(gè)部分。當(dāng)啟動(dòng)存儲(chǔ)功能時(shí)，在管理控制區(qū)內(nèi)找到當(dāng)前盤及存儲(chǔ)路徑，然后將視頻數(shù)據(jù)按照磁盤分配策略和文件組織方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并按照用戶對(duì)文件長(zhǎng)度的要求和數(shù)據(jù)塊大小建立相關(guān)聯(lián)的索引塊和索引單元信息，最后將形成索引文件信息反饋給系統(tǒng)，以便系統(tǒng)為錄像文件建立相應(yīng)的文件結(jié)構(gòu)信息。管理控制區(qū)的建立管理控制區(qū)的建立是綜合考慮當(dāng)前盤的可用空間與被訪問(wèn)頻度所制定的調(diào)度策略的實(shí)現(xiàn)。區(qū)內(nèi)主要存放當(dāng)前硬盤信息和文件系統(tǒng)基本信息，目的是統(tǒng)一對(duì)整個(gè)磁盤資源的調(diào)度，提高存儲(chǔ)和檢索的速度，同時(shí)，也使磁

39、盤的各個(gè)扇區(qū)能夠有均等的機(jī)會(huì)被訪問(wèn)，避免某個(gè)扇區(qū)被頻繁訪問(wèn)而影響磁盤的性能。管理控制區(qū)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如下：其中max_channel_num是允許的最大通道數(shù)，file_struct_area_addr是一個(gè)2*max_channel_num的數(shù)組，用來(lái)存放覆蓋前后的各通道的文件結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)管理控制區(qū)提供的信息，可以完成對(duì)系統(tǒng)中硬盤的管理。系統(tǒng)運(yùn)行后，服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備連接，系統(tǒng)對(duì)硬盤進(jìn)行檢測(cè)，得到硬盤信息，并根據(jù)制定的分區(qū)方案將硬盤進(jìn)行分區(qū)。分區(qū)完成后，按照設(shè)置的數(shù)據(jù)塊大小生成一系列文件寫入各數(shù)據(jù)塊，為視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)預(yù)分配好空間。此時(shí)，系統(tǒng)在索引文件區(qū)為各數(shù)據(jù)塊生成相應(yīng)的索引單元，并按照用戶設(shè)定的

40、錄像文件長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)塊大小得到一個(gè)錄像文件所包含的數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)，然后建立索引塊，包含所需要的索引單元。而在索引塊建立后，系統(tǒng)根據(jù)索引塊的信息在文件結(jié)構(gòu)區(qū)為錄像文件生成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)信息文件。當(dāng)數(shù)據(jù)區(qū)空間全部分配完畢，根據(jù)各區(qū)提供的信息更新管理控制區(qū)信息，完成初始化工作。文件結(jié)構(gòu)區(qū)的建立結(jié)構(gòu)中保存了錄像文件的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，時(shí)間是按年、月、日、小時(shí)、分、秒來(lái)定義的，時(shí)間參數(shù)的結(jié)構(gòu)為：設(shè)計(jì)中文件名中包含了文件時(shí)間、通道號(hào)和錄像類型其結(jié)構(gòu)為：錄像時(shí)，視頻數(shù)據(jù)按時(shí)間順序?qū)懭霐?shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)將這些數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)之前要經(jīng)過(guò)壓縮，壓縮的過(guò)程中已經(jīng)將視頻數(shù)據(jù)的時(shí)間、通道號(hào)和錄像類型等信息封裝在數(shù)據(jù)里，系統(tǒng)根

41、據(jù)這些封裝的信息解析后按照設(shè)計(jì)的文件名格式為文件結(jié)構(gòu)區(qū)中的文件重新命名，并將有關(guān)信息存放到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)文件里，完善文件結(jié)構(gòu)信息。當(dāng)某個(gè)文件要被覆蓋時(shí)，文件結(jié)構(gòu)中的信息將被置空，為新的文件結(jié)構(gòu)留出空間，而在索引文件區(qū)會(huì)記錄新文件的索引信息，同時(shí)文件結(jié)構(gòu)區(qū)也會(huì)作相應(yīng)的更新，以便維護(hù)文件結(jié)構(gòu)的完整性。索引文件區(qū)的建立所有的錄像文件必須制作了索引文件后才能被點(diǎn)播，否則點(diǎn)播會(huì)失敗。在索引文件區(qū)中一個(gè)索引塊對(duì)應(yīng)一個(gè)錄像文件，一個(gè)數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)一個(gè)索引單元，因?yàn)橐粋€(gè)錄像文件可能包含N個(gè)數(shù)據(jù)塊，所以每個(gè)索引塊包含N個(gè)索引單元。每個(gè)索引單元描述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊的位置以及相鄰塊的索引單元位置，每個(gè)索引塊描述塊內(nèi)索引單元所對(duì)應(yīng)

42、第一個(gè)數(shù)據(jù)塊的位置和包含的索引單元數(shù)量。索引塊結(jié)構(gòu)INDEX_BLOCK和索引單元結(jié)構(gòu)INDEX_UNIT的定義如下：索引文件區(qū)包含了索引塊和索引單元，分別存放錄像文件的索引信息和數(shù)據(jù)塊的索引信息。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，寫入一個(gè)數(shù)據(jù)塊更新一個(gè)索引單元的信息；當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到設(shè)置的錄像文件大小要求時(shí)系統(tǒng)更新索引塊信息。當(dāng)硬盤存滿時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置的錄像存儲(chǔ)模式進(jìn)行覆蓋或提醒，當(dāng)選擇覆蓋模式時(shí)，最初的數(shù)據(jù)將被覆蓋。新存入的數(shù)據(jù)的信息將發(fā)生改變，系統(tǒng)則根據(jù)這些新的信息更新索引單元和索引塊的信息。數(shù)據(jù)區(qū)的建立數(shù)據(jù)區(qū)用來(lái)存儲(chǔ)監(jiān)控視頻錄像，與以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)有所不同的是，數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成了若干數(shù)據(jù)塊，以數(shù)據(jù)塊作為

43、視頻存儲(chǔ)的基本單位。對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)需要通過(guò)文件結(jié)構(gòu)區(qū)中的結(jié)構(gòu)文件找到相應(yīng)的索引塊，再由索引塊找到相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊，才能訪問(wèn)到數(shù)據(jù)區(qū)中的內(nèi)容。但數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)也是按照指定的塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)的，以便于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)索引和結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行完善和恢復(fù)。每個(gè)塊的頭部有包含數(shù)據(jù)塊的時(shí)間戳和與相鄰數(shù)據(jù)塊的偏移。在數(shù)據(jù)讀取時(shí)用戶可以通過(guò)文件號(hào)來(lái)讀取也可以通過(guò)輸入時(shí)間檢索定位指定所要的文件，而這兩種文件最終都是定位到指定的數(shù)據(jù)塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且在定位了一個(gè)塊后，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)DATA_BLOCK_INFO來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其前后塊的讀取，還可以通過(guò)結(jié)構(gòu)中的時(shí)間戳來(lái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與快退等操作。在實(shí)際應(yīng)用中，出現(xiàn)異常關(guān)機(jī)、斷電、磁盤壞道等問(wèn)題，導(dǎo)致文件沒(méi)有保存或是文件出現(xiàn)異常，可以在開(kāi)機(jī)后先