MAS多媒體的整個(gè)存儲(chǔ)架構(gòu)是怎樣的？

多媒體存儲(chǔ)的范疇很廣，包括網(wǎng)站媒體、VOD應(yīng)用、醫(yī)療PACS等在內(nèi)的各種涉及圖形、圖像應(yīng)用的存儲(chǔ)領(lǐng)域，其中視頻監(jiān)控存儲(chǔ)是多媒體存儲(chǔ)的一種重要形態(tài)。本文重點(diǎn)聚焦監(jiān)控領(lǐng)域的多媒體存儲(chǔ)，文中說(shuō)到的監(jiān)控存儲(chǔ)，都指監(jiān)控領(lǐng)域的多媒體存儲(chǔ)。近年來(lái)，動(dòng)漫制作行業(yè)在國(guó)內(nèi)大量興起，如何讓數(shù)據(jù)安全、大容量存儲(chǔ)、靈活方便使用、維護(hù)簡(jiǎn)單一直困擾動(dòng)漫工作者。順應(yīng)動(dòng)漫存儲(chǔ)趨勢(shì)的發(fā)展，推動(dòng)企業(yè)動(dòng)漫存儲(chǔ)安全規(guī)劃，讓工作者更加安心的創(chuàng)作？

在海量的數(shù)據(jù)面前，單靠人進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的檢索、挖掘明顯力不從心--效率低、成本高。隨著智能視頻技術(shù)的逐漸發(fā)展和成熟，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中也開(kāi)始出現(xiàn)智能化的需求。然而目前智能系統(tǒng)和多媒體監(jiān)控系統(tǒng)大多為相互獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行整合。成為數(shù)據(jù)共享以及效率提升的障礙。整合多媒體視頻生產(chǎn)系統(tǒng)和智能視頻技術(shù)，對(duì)視頻監(jiān)控的存儲(chǔ)系統(tǒng)也提出了很高的要求，要求智能信息和視頻監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)的音視頻信息要進(jìn)行有效整合。這種情況下，MAS應(yīng)運(yùn)而生。

多智能體系統(tǒng)（MAS， Multi-Agent System）是多個(gè)智能體組成的集合，它的目標(biāo)是將大而復(fù)雜的系統(tǒng)建設(shè)成小的、彼此互相通信和協(xié)調(diào)的，易于管理的系統(tǒng)。MAS是分布式人工智能（DAI，Distributed Artificial Intelligence）的一個(gè)重要分支，是20世紀(jì)末至21世紀(jì)初國(guó)際上人工智能的前沿學(xué)科。研究的目的在于解決大型、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，而解決這類問(wèn)題已超出了單個(gè)智能體的能力。它的研究涉及智能體的知識(shí)、目標(biāo)、技能、規(guī)劃以及如何使智能體采取協(xié)調(diào)行動(dòng)解決問(wèn)題等。研究者主要研究智能體之間的交互通信、協(xié)調(diào)合作、沖突消解等方面，強(qiáng)調(diào)多個(gè)智能體之間的緊密群體合作，而非個(gè)體能力的自治和發(fā)揮，主要說(shuō)明如何分析、設(shè)計(jì)和集成多個(gè)智能體構(gòu)成相互協(xié)作的系統(tǒng)。

一、 MAS設(shè)計(jì)思想

MAS的基本設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是“針對(duì)視頻監(jiān)控的專業(yè)多媒體存儲(chǔ)系統(tǒng)”，它以H3C在監(jiān)控領(lǐng)域成熟應(yīng)用的塊存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，并對(duì)原有塊存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行革新，吸取文件系統(tǒng)中的空間共享可動(dòng)態(tài)調(diào)整等特點(diǎn)。吸取文件系統(tǒng)和塊存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，又規(guī)避了其缺點(diǎn)，并實(shí)施針對(duì)性視頻監(jiān)控應(yīng)用的多種可靠性保證設(shè)計(jì)。

多智能體系統(tǒng)在表達(dá)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)， 通過(guò)各智能體間的通訊、合作、互解、協(xié)調(diào)、調(diào)度、管理及控制來(lái)表達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及行為特性。多智能體系統(tǒng)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性， 并具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，具有很強(qiáng)的魯棒性和可靠性， 并具有較高的問(wèn)題求解效率。多智能體系統(tǒng)是智能體技術(shù)應(yīng)用及研究上的一個(gè)質(zhì)的飛躍。通過(guò)不同行業(yè)的專家學(xué)者對(duì)之進(jìn)行深入的研究，我們可知多智能體系統(tǒng)用于解決實(shí)際問(wèn)題有很多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

1. 存儲(chǔ)資源全局訪問(wèn) -- IP可達(dá)即存儲(chǔ)可達(dá)

MAS具備存儲(chǔ)資源的本地和網(wǎng)絡(luò)化訪問(wèn)方式，對(duì)存儲(chǔ)資源的生產(chǎn)者和使用者提供了統(tǒng)一的訪問(wèn)接口。生產(chǎn)者和使用者無(wú)需了解存儲(chǔ)資源的位置，組網(wǎng)中存儲(chǔ)資源可全局訪問(wèn)，所有的存儲(chǔ)資源都由MAS接管，并提供全局的存儲(chǔ)服務(wù)。這種歸一化的訪問(wèn)方式可減小后續(xù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作量。

對(duì)于小型組網(wǎng)中常見(jiàn)的DVR/DVS等方式，MAS可安裝在DVR/DVS內(nèi)提供本地存儲(chǔ)服務(wù)。

大型組網(wǎng)中分散的數(shù)據(jù)難以管理，又有信息安全的風(fēng)險(xiǎn)，勢(shì)必帶來(lái)數(shù)據(jù)集中的要求。存儲(chǔ)空間的網(wǎng)絡(luò)化訪問(wèn)是必然的方式，MAS使用的iSCSI協(xié)議基于TCP/IP之上，當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)的普及和成熟性為MAS的部署提供了基礎(chǔ)保障。通過(guò)iSCSI協(xié)議無(wú)論是媒體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者還是媒體數(shù)據(jù)的訪問(wèn)者（如：VODServer、第三方系統(tǒng)）都可以方便快捷的寫(xiě)入或獲取數(shù)據(jù)，真正可做到IP可達(dá)即存儲(chǔ)可達(dá)。

圖1 MAS網(wǎng)絡(luò)化訪問(wèn)模型

2. 多重可靠性設(shè)計(jì) -- “穩(wěn)定壓倒一切”

MAS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供7×24小時(shí)服務(wù)，因此穩(wěn)定和健壯是關(guān)鍵指標(biāo)，MAS在多個(gè)層次采用多種手段提升系統(tǒng)的穩(wěn)定和健壯：

底層使用Raid冗余技術(shù)

底層使用Raid5技術(shù)，保證存儲(chǔ)空間的冗余保護(hù)。在發(fā)生單個(gè)磁盤(pán)損壞時(shí)可利用Raid5技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，避免MAS的元數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)遭到損壞。

數(shù)據(jù)區(qū)和元數(shù)據(jù)區(qū)操作分離

在視頻監(jiān)控?cái)z像頭產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)面前，普通的桌面級(jí)文件系統(tǒng)無(wú)論在穩(wěn)定性還是性能上都將面臨極大的問(wèn)題，頻繁、異徑且大量并發(fā)的文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)區(qū)的訪問(wèn)將會(huì)導(dǎo)致其難以承受。MAS系統(tǒng)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和元數(shù)據(jù)的訪問(wèn)作出了嚴(yán)格的控制，元數(shù)據(jù)只能由MAS的管理者--MASManagerServer操作，多媒體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者和使用者被嚴(yán)格禁止操作元數(shù)據(jù)。多媒體數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)區(qū)的操作分離可以保證MASManager Server萬(wàn)一發(fā)生故障或宕機(jī)，不會(huì)影響多媒體數(shù)據(jù)的正常訪問(wèn)，媒體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者還可以繼續(xù)存入數(shù)據(jù)，媒體數(shù)據(jù)的訪問(wèn)者還可以繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。

對(duì)元數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行冗余保護(hù)

MAS同時(shí)對(duì)元數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)生不可預(yù)料的異常時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)MAS元數(shù)據(jù)區(qū)的冗余信息找到正確的元數(shù)據(jù)。例如，由于某種原因MASManagerServer發(fā)生了掉電，其對(duì)元數(shù)據(jù)區(qū)的操作可能只是部分完成，此時(shí)元數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，MASManager Server重新上電后會(huì)自動(dòng)根據(jù)冗余信息找出正確的狀態(tài)，保證MAS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3. 共享塊存儲(chǔ) -- 揚(yáng)長(zhǎng)避短

MAS對(duì)H3C原有塊存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展設(shè)計(jì)，使得一個(gè)MAS卷可同時(shí)為多個(gè)媒體資源的生產(chǎn)者使用，空間共享并可按需要擴(kuò)展或縮小。為了減少對(duì)元數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，MAS將基本存儲(chǔ)塊擴(kuò)展到適合視頻數(shù)據(jù)的256MBytes（文件系統(tǒng)通常為幾十K~幾M），256M的基本存儲(chǔ)塊可進(jìn)一步細(xì)分為適合圖片數(shù)據(jù)的16MBytes.媒體數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者和使用者在數(shù)據(jù)操作時(shí)無(wú)需訪問(wèn)元數(shù)據(jù)區(qū)，只在存儲(chǔ)空間需要擴(kuò)大或縮小的時(shí)候通過(guò)MASManager Server訪問(wèn)元數(shù)據(jù)區(qū)，極大的降低了對(duì)元數(shù)據(jù)區(qū)的訪問(wèn)。

4. 數(shù)據(jù)關(guān)系矩陣 -- 智能應(yīng)用整合

數(shù)據(jù)關(guān)系矩陣解決的核心問(wèn)題是多媒體數(shù)據(jù)本身與其他系統(tǒng)產(chǎn)生的針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的表述信息建立對(duì)映關(guān)系。比如基于IMOS的監(jiān)控系統(tǒng)所產(chǎn)生的關(guān)于車流的視頻和車牌識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別的車牌號(hào)。MAS系統(tǒng)中這種對(duì)映關(guān)系可精確到幀組級(jí)別，后續(xù)可根據(jù)表述信息快速定位到多媒體數(shù)據(jù)的具體位置，也可以根據(jù)多媒體數(shù)據(jù)快速獲取相應(yīng)的表述信

圖2 MAS應(yīng)用整合模型

應(yīng)用舉例1 -- 視頻標(biāo)簽：

城市重要道路的視頻監(jiān)控中，對(duì)于重要路口通常會(huì)有民警實(shí)時(shí)查看，民警可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面隨時(shí)為視頻添加標(biāo)簽，例如：民警可以描述此路口的交通實(shí)時(shí)擁堵情況，紅綠燈放行情況。事后民警可根據(jù)標(biāo)簽信息調(diào)取相應(yīng)視頻進(jìn)行分析，優(yōu)化車道設(shè)置、紅綠燈放行時(shí)間設(shè)置以達(dá)到優(yōu)化交通的目的。

應(yīng)用舉例2 -- 智能整合應(yīng)用：

目前視頻智能分析工具雖然很多，但是這些工具基本都是針對(duì)某種場(chǎng)景，通過(guò)MAS可以將多種智能分析工具整合起來(lái)。比如：智能分析工具A為車牌識(shí)別系統(tǒng)，智能分析工具B為周界檢測(cè)系統(tǒng)，如果要在一段視頻中找出紅色小汽車進(jìn)入某個(gè)周界的視頻，目前的智能分析工具是相互獨(dú)立的，對(duì)此無(wú)能為力。

二、 MAS架構(gòu)

MAS設(shè)計(jì)秉承IMOS的抽象、開(kāi)放、分層的設(shè)計(jì)原則。

抽象：MAS抽象出各種物理存儲(chǔ)資源（如：磁盤(pán)、CF卡）的共性特征，并將其封裝為統(tǒng)一的讀、寫(xiě)、查接口。例如：資源的使用者（如：編碼器）無(wú)需感知物理存儲(chǔ)資源，也無(wú)需感知是本地還是遠(yuǎn)程物理存儲(chǔ)設(shè)備，使用統(tǒng)一的接口即能訪問(wèn)所有類型的物理存儲(chǔ)資源。

開(kāi)放：MAS無(wú)論對(duì)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)元還是系統(tǒng)外網(wǎng)元都提供標(biāo)準(zhǔn)的訪問(wèn)方式，對(duì)內(nèi)為讀、寫(xiě)、查接口，對(duì)外為標(biāo)準(zhǔn)的RTSP/RTP等訪問(wèn)接口。可以很容易的通過(guò)開(kāi)放接口開(kāi)發(fā)IMOS應(yīng)用以及和外系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)擴(kuò)展。

分層：MAS內(nèi)部架構(gòu)的分層設(shè)計(jì)降低了內(nèi)部模塊之間耦合度，提升了MAS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及可移植性?；谶@些分層的設(shè)計(jì)可以便捷的開(kāi)發(fā)基于MAS的應(yīng)用，以及擴(kuò)展MAS內(nèi)部的功能。

MAS架構(gòu)如下圖所示：

圖3 MAS架構(gòu)

流媒體應(yīng)用層

實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)流媒體協(xié)議，如：RTSP/RTP等，對(duì)外展現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)流媒體接口。提供標(biāo)準(zhǔn)流媒體服務(wù)，外部系統(tǒng)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流媒體方式訪問(wèn)MAS系統(tǒng)內(nèi)的多媒體數(shù)據(jù)。

生命周期管理

MAS統(tǒng)一管理系統(tǒng)中的所有多媒體數(shù)據(jù)，可根據(jù)用戶靈活配置的策略進(jìn)行生命周期管理，如：留存期管理、抽幀備份、歸檔等。通過(guò)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的生命周期管理，最大限度的利用存儲(chǔ)空間以及保留重要信息，為用戶有效降低對(duì)存儲(chǔ)空間的投資。

媒體數(shù)據(jù)直接訪問(wèn)接口層

MAS系統(tǒng)提供多媒體數(shù)據(jù)的直接訪問(wèn)接口，主要是在多媒體系統(tǒng)中其他網(wǎng)元訪問(wèn)存儲(chǔ)資源時(shí)使用，多媒體數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù)都在此接口進(jìn)行封裝。接口對(duì)存儲(chǔ)資源的使用者抽象成讀、寫(xiě)、查三類接口，簡(jiǎn)單易用。使用者無(wú)需關(guān)心存儲(chǔ)資源的類型、訪問(wèn)差異及數(shù)據(jù)組織方式。

數(shù)據(jù)組織層

數(shù)據(jù)組織層負(fù)責(zé)多媒體存儲(chǔ)格式、維護(hù)多媒體數(shù)據(jù)和智能特征數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。關(guān)系組織結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖4 數(shù)據(jù)組織關(guān)系模型

為適應(yīng)圖4所示的數(shù)據(jù)關(guān)系矩陣，MAS對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，多媒體數(shù)據(jù)區(qū)可動(dòng)態(tài)建立擴(kuò)展索引關(guān)系，利用擴(kuò)展索引可關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的多媒體特征或相關(guān)表述信息。MAS中設(shè)計(jì)的擴(kuò)展索引非常靈活，通過(guò)擴(kuò)展索引可以關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)庫(kù)、URL、文件系統(tǒng)中的文件、甚至是物理地址。

存儲(chǔ)資源屏蔽層

存儲(chǔ)資源屏蔽層的作用是抽象存儲(chǔ)資源的訪問(wèn)，屏蔽存儲(chǔ)資源的差異。無(wú)論真正的存儲(chǔ)資源是本地磁盤(pán)、CF卡、IPSAN、還是FCSAN存儲(chǔ)資源的使用者都不需關(guān)心。通過(guò)“媒體數(shù)據(jù)直接訪問(wèn)接口層”為用戶提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口。

物理資源層

真正的物理資源，如磁盤(pán)、CF卡、IPSAN等物理存儲(chǔ)資源。

MAS管理

整個(gè)MAS系統(tǒng)的管理者，也是系統(tǒng)中的存儲(chǔ)資源和多媒體數(shù)據(jù)的管理者，負(fù)責(zé)元數(shù)據(jù)區(qū)的維護(hù)。為存儲(chǔ)資源的管理員提供各種管理手段，如：動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、縮小存儲(chǔ)資源，存儲(chǔ)資源的上下線等。

三、 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，存儲(chǔ)非常關(guān)鍵。隨著視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化不斷深入，規(guī)模不斷擴(kuò)大，智能應(yīng)用的逐漸實(shí)施，傳統(tǒng)的普適性文件系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越力不從心。針對(duì)視頻監(jiān)控特點(diǎn)開(kāi)發(fā)專業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)是視頻監(jiān)控大聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的必然趨勢(shì)。