CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Не будет преувеличением, если мы скажем, что жесткие диски в некоторых цифровых видеорегистраторах эксплуатируются более интенсивно, чем жесткие диски во многих интернет-серверах. К сожалению, культуре обращения с оборудованием у пользователей цифровых видеорегистраторов далеко до пользователей, устанавливающих корпоративные серверы и интернет-серверы. С цифровыми видеорегистраторами очень часто обращаются так, словно стремятся от них поскорее избавиться, устанавливая их в помещениях с минимальной вентиляцией, где много пыли и высокая влажность. При проектировании систем видеонаблюдения мы всегда должны настаивать, чтобы с жесткими дисками обращались, как если бы они были установлены в корпоративном сервере.

Рис. 9.63. Один из немногих производителей, который заботится о жестких дисках в цифровых видеорегистратораях. Для этого устанавливаются воздушные фильтры и датчики мониторинга вентиляторов, внешней и внутренней температуры

В современной конкурентной гонке производители цифровых видеорегистраторов стараются достичь более высоких скоростей записи и более высокого уровня компрессии при том же качестве, что и у их конкурентов. Но только очень немногие уделяют должное внимание условиям эксплуатации своей продукции и улучшают их за счет установки фильтров воздуха, температурных датчиков и датчиков скорости вращения внутренних вентиляторов. Все это вместе с использованием стабильной операционной системы увеличивает срок службы цифровых видеорегистраторов. Кроме того, будет очень мало пользы от самой высокой скорости записи и самого лучшего и быстрого алгоритма сжатия, если полученные кадры мы не можем записать на рабочий жесткий диск.

Существует несколько разных стандартов интерфейсов, которые позволяют вести обмен данными между компьютером и жесткими дисками. Сейчас применяются такие интерфейсы, как ATA, SCSI, RAID и SATA. Их мы подробнее рассмотрим далее в книге. Каждый интерфейс имеет свои преимущества и недостатки, но производительность в первую очередь зависит от самого жесткого диска, а не от его интерфейса. Внутренняя скорость передачи данных (sustained transfer rate или internal transfer rate) жесткого диска определяет и то, сколько телекамер и с какой скоростью мы сможем записывать на наш цифровой видеорегистратор. Внутренняя скорость передачи данных, которая в современных жестких дисках варьируется в пределах 14–60 Мбайт/с, показывает то, с какой скоростью можно считывать данные в кэш-память с внешней (то есть самой дальней от шпинделя) дорожки жесткого диска. В целом, она определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда кэш-память не используется или не влияет на быстродействие (например, при считывании очень больших файлов, таких, как архивные записи цифрового видеорегистратора). Внутренняя скорость передачи данных очень сильно зависит от скорости вращения шпинделя, и, разумеется, она всегда будет ниже внешней скорости передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate), которая показывает, с какой скоростью происходит обмен данными между кэш-памятью жесткого диска и оперативной памятью компьютера. Внутренняя скорость передачи данных является важным параметром для жестких дисков цифрового видеорегистратора, и от него зависит скорость записи и воспроизведения. Впрочем, производительность цифрового видеорегистратора зависит от многих других параметров, таких, как операционная система, центральный процессор, скорость сжатия изображений, размер видеопотоков и т. д., но если жесткий диск не справляется с потоками информации, то и скорость записи цифрового видеорегистратора тоже окажется значительно ниже теоретического максимума.

А теперь рассмотрим эту проблему в практической плоскости на конкретном примере. Предположим, что мы достаточно «консервативны» в выборе оборудования и у нас имеется не очень быстрый жесткий диск, внутренняя скорость передачи данных которого составляет только 14 Мбайт/с. Если нам привычнее считать в мегабитах в секунду, то данное значение нужно умножить на 8, что даст нам скорость передачи данных 112 Мбит/с. Теперь давайте предположим, что мы ведем запись на цифровой видеорегистратор с алгоритмом компрессии JPEG, а размер изображения приемлемого качества составляет, допустим, 40 килобайт.

Если, кроме записи, мы больше ничего не делаем на цифровом видеорегистраторе (т. е. не просматриваем архив), то максимальная (теоретическая скорость записи) такого устройства рассчитывается делением скорости 14 Мбайт/с на размер одного кадра (40 килобайт), что даст нам примерно 350 кадров в секунду. Если к цифровому видеорегистратору подключено 16 телекамер, то теоретическая скорость записи одной телекамеры будет 350/16=21 кадр в секунду. Это будет теоретическим максимумом только в том случае, если цифровой видеорегистратор не выполняет никакой другой работы, кроме записи. На практике цифровой видеорегистратор «тратит время» и на временную коррекцию, то есть синхронизирует несинхронизированные телекамеры. Это уменьшает скорость записи еще примерно в два раза до 10 кадров в секунду для одной телекамеры. Если мы захотим воспроизвести архивную запись или провести архивацию, то это тоже уменьшит скорость записи не менее чем на 50 %, что с выбранным жестким диском нам позволит получить максимум 5 кадров в секунду для одной телекамеры. Кроме того, нужно учитывать различные служебные обращения операционной системы к жесткому диску. При этом наши рассуждения будут справедливы только тогда, когда в цифровом видеорегистраторе применяется аппаратная компрессия, которая освобождает центральный процессор от сжатия изображений. Вы часто будете встречать утверждения, что в цифровом видеорегистраторе применяется очередной алгоритм программного сжатия, «имеющий лучшие характеристики среди всех известных». На практике это означает, что теоретический максимум скорости записи будет ограничен еще и производительностью центрального процессора и в нашем случае снизится еще более, упав до 1–2 кадров в секунду. И есть еще один важный, но практически незаметный фактор, который необходимо учитывать в нашем примере. Это фрагментация файлов, которая увеличивается тем больше, чем дольше мы ведем запись. Фрагментация файлов может значительно снизить скорость записи, хотя и не влияет на внутреннюю скорость передачи данных жесткого диска. Впрочем, в численном выражении ее выразить затруднительно, так как эта фрагментация будет зависеть от типа файловой системы, операционной системы, особенностей ПО и хранения данных в цифровом видеорегистраторе. При высоком уровне фрагментации файлов жесткий диск будет затрачивать много времени для поиска фрагментов файла на разных дорожках.

Как это следует из приведенного выше примера, на скорость записи цифрового видеорегистратора влияет очень много факторов и процессов. Жесткие диски оказываются начальным и конечным звеном в цепочке этих процессов.

Различные файловые системы

Для записи информации на жесткие диски и сменные носители каждая операционная система использует какую-нибудь файловую систему, чтобы при необходимости эту информацию можно было найти и считать. Эта фундаментальная и важная концепция определяет гибкость, емкость и безопасность различных систем, поэтому в данном разделе мы перечислим основные файловые системы, используемые в настоящее время.

Все файловые системы состоят из структур, необходимых для хранения и управления информацией.

Файловая система выполняет три основные функции: она следит за свободным дисковым пространством и пространством, выделенным для хранения файлов; она поддерживает структуру директорий и файловых имен; и она хранит ссылки на физическое расположение файлов на жестком диске.

Различные операционные системы используют различные файловые системы. Некоторые операционные системы, такие, как Windows, могут работать только со своими файловыми системами. Другие ОС (Linux и Mac OS X) умеют работать не только со своими, но и с другими файловыми системами.

Приведем список часто встречающихся файловых систем:

— Ext — (Extended file system), файловая система, предназначенная для операционных систем Linux

— Ext2 — (Extended file system 2), файловая система, предназначенная для операционных систем Linux

— Ext3 — (Extended file system 3), файловая система, предназначенная для операционных систем Linux (Ех12+протоколирование)

— FAT — (File allocation table 32), 12- и 16-разрядная файловая система, которая используется в DOS и Windows

— FAT32 — (File allocation table 32), 32-разрядная файловая система, которая используется в Windows

— HFS — (Hierarchical File System), файловая система, применявшаяся в старых версиях Mac OS