CN108881942A - 一种基于分布式对象存储的超融合常态录播*** - Google Patents

一种基于分布式对象存储的超融合常态录播*** Download PDF

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本公开揭示了一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***，所述***用于实现视频的采集、存储以及访问的全分布架构，满足常态录播高可扩展性、高易用性以及高可靠性需求。软件实现的分布式视频采集，可扩展性好，可以应对教室的大规模增长，同时可靠性好，无单点故障。以对象形式分级存储在分布式对象存储中，可靠性高，可扩展性强，检索性能好，视频便于在互联网上分享。

Description

一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***
技术领域
本公开属于视频监控领域，特别涉及一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***。
背景技术
目前传统常态录播***在每个教室前端部署高清录播一体机，负责教室摄像头音视频和VGA信号的接入，实现课堂教学的音视频采集。视频采集生成教学视频文件之后上传到后台存储资源池中。存储资源池一般以NAS等传统存储形式存储视频。
目前传统常态录播面临如下问题：
(1)视频采集的稳定性和可靠性
传统架构通过在每间教室前端部署高清录播一体机实现教学视频采集，部署在前端的录播主机会导致单点故障问题，一旦录播主机出问题，所在教室所有视频无法录制。同时，分布在不同地点的设备增加维护难度和工作量。
(2)视频存储的可靠性
随着录播教室的增多，摄像头数量的不断增多，高质量高清晰度视频的需求，录制的视频资源成***式增长。传统NAS存储在性能，容量、可扩展性和可靠性上面临新的挑战。传统录播***的存储设备一般以SAN或者NAS等传统存储形式存储视频，利用双控制器和RAID技术来提供数据可靠性，在存储海量数据的场景下，RAID磁盘组面临如下问题：
a)可靠性差，传统存储可靠性依赖RAID磁盘阵列，目前RAID最常见的为RAID5和RAID6，能保证一块或者两块磁盘出现故障时***还可用，但是不能确保两块磁盘故障之后数据的可靠性。同时磁盘故障以后需要重建，重建过程存储会降级，因此重建速度是影响存储可靠性的重要因素。目前视频存储一般采用大容量的SATA盘，单盘容量一般4TB以上，单盘容量越大重建时间越长。
b)总拥有成本(Total Cost of Ownership)高，存储的RAID组内必须使用相同规格的磁盘，否则影响性能以及可靠性。为了增加可靠性而增加RAID控制器也增加了***成本。同时，存储一般配备一块或者多块热备盘，热备盘平时空闲，只有磁盘故障时才会用于存储数据，无形中也增加存储成本。
c)可扩展性差，一个RAID组内的磁盘数量受到限制，同时一个控制器支持的RAID组的数量也受到限制，最终导致存储的规模受到限制。
(3)视频的检索和共享
传统录播***中，视频以NAS文件共享的形式供外部检索访问视频。多个NAS存储作为孤岛没有形成一个统一的资源平台。同时，随着数据的不断增多，NAS维护的是一个庞大的目录树，目录树会给存储带来很大的开销和扩展等问题，从而成为性能瓶颈。同时，在云计算的环境下，视频随时可能需要放到公有云中或者利用CDN加速资源访问效果，传统NAS存储难以于公有云进行对接。
发明内容
基于此，本公开揭示了一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***，其特征在于，所述***包括：超融合集群、管理控制服务器和负载均衡设备；
所述超融合集群包括多个超融合节点，所述每个超融合节点用于运行视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件，实现视频采集、存储和访问的全分布式架构；
所述管理控制服务器通过异步消息队列与各个超融合节点内的视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件进行通讯；
所述负载均衡设备用于同视频访问组件共同实现视频访问。
本公开具有以下有益效果：
本公开所述录播***用于实现视频的采集、存储以及访问的全分布架构，满足常态录播高可扩展性、高易用性以及高可靠性需求。软件实现分布式视频采集，可扩展性好，可以应对教室的大规模增长，同时可靠性好，无单点故障。以对象形式分级存储在分布式对象存储中，可靠性高，可扩展性强，检索性能好，视频便于在互联网上分享。
附图说明
图1为本公开一个实施例中超融合常态录播***架构；
图2为本公开一个实施例中视频采集组件流程图；
图3为本公开一个实施例中视频组件流程图；
图4为本公开一个实施例中负载均衡架构。
具体实施方式
下面结合附图对本公开进行进一步的说明：
在一个实施例中，本公开揭示了一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***，其特征在于，所述***包括：超融合集群、管理控制服务器和负载均衡设备；
所述超融合集群包括多个超融合节点，所述每个超融合节点用于运行视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件，实现视频采集、存储和访问的全分布式架构；
所述管理控制服务器通过消息队列与各个超融合节点内的视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件进行通讯；
所述负载均衡设备用于同视频访问组件共同实现视频访问。
在本实施例中，所述超融合节点的数量与生产环境负载有关，与需要支撑的并发视频流读写有关，与需要保存的视频容量有关。
在本实施例中，所述录播***包括管理控制服务器、超融合集群和负载均衡设备；***架构图如附图1所示，其中超融合集群由超融合节点组成，每个超融合节点运行视频采集组件，视频存储组件和视频访问组件，分别实现视频采集，存储和访问的全分布式架构。视频采集组件采集视频流生成视频文件并以对象的形式存储到分布式对象存储视频访问组件与负载均衡设备共同完成视频访问。同时，超融合节点组成一个统一的存储资源池，不需要维护视频与存储的对应关系。
在本实施例中，每个超融合节点都可以承担视频访问请求，多个超融合节点部署情况下，利用负载均衡设备将视频访问请求分发到后端的超融合节点上，从而实现横向扩展。
在一个实施例中，所述超融合集群包括两个资源管理池：SSD组成的高性能存储资源池和SATA盘组成的容量存储资源池；
所述SSD组成的高性能存储资源池用于存储m3u8索引文件；
所述SATA盘组成的容量存储资源池用于存储TS切片文件。
在本实施例中，综合考虑到m3u8索引文件的高频访问需求以及TS切片文件的存储需求，本文设计实现的超融合***中分布式对象存储分别由SSD和SATA硬盘组成高性能存储池和大容量存储池。m3u8索引文件存储在SSD高性能存储池中，TS切片文件存储在SATA大容量池中，同时在高性能存储池中对m3u8索引文件进行归并。
在一个实施例中，所述视频采集组件用于采集音视频流数据，将音视频流数据编码成视频文件并将视频文件上传到存储资源池中。
更优的，所述管理服务器根据教学任务自动生成录播任务或者管理员手动添加录播任务，任务生成后发布到消息队列中；
所述录播任务包括摄像头RTSP地址，录播时长，保存的视频文件名称以及自定义的视频对象属性。
更优的，所述视频采集组件实时监听消息队列，录播任务到来后立即执行任务进行视频采集和录制。
在本实施例中，管理服务器根据教学任务自动生成录播任务或者管理员手动添加录播任务，任务生成后发布到异步消息队列中。录播任务包括摄像头RTSP地址，录播时长，保存的视频文件名称以及自定义的视频对象属性等。超融合节点中的视频采集组件实时监听消息队列，任务到来后立即执行任务进行视频采集和录制。视频采集组件主要的功能是采集音视频流数据，编码成视频文件并将视频文件上传到存储资源池中。如附图2所示，
视频采集组件接收摄像头RTSP流，对视频流进行解协议和解封装生成原始音视频数据。原始视频数据进行H264编码和原始音频数据进行AAC编码，将编码之后视频和音频数据封装为MPE6-TS切片文件，并且根据分段策略生成m3u8索引文件。最后将索引文件和切片文件通过HTTP协议上传到对象存储资源池中。为了做多码率的适配，使得客户端根据网络带宽选择适合自己的码率进行播放，保障视频的流畅。视频采集组件获取输入视频流后分别生成2Mbps和1Mbps两种码流的视频切片TS文件。两种码流各自有一个m3u8二级索引文件，共享一个顶级索引文件。
为了保证视频流近似实时的传输到分布式对象存储同时减少对采集端服务器磁盘的读写压力，采集程序编码生成的TS切片文件以及索引文件不写到磁盘中，而是保存在内存中。文件生成之后立即上传到对象存储，成功上传之后删除并释放内存空间。视频采集组件流程如附图3所示，视频采集组件运行首先需要初始化预留一部分内存作为切片文件到分布式对象存储的缓存层，一般为每个RTSP视频流预留容量50MB的内存。内存申请成功之后监听消息队列，新的录播任务到达后，开始处理音视频流数据并生成m3u8索引文件和TS切片文件。根据录播任务参数，确定是否对教室进行直播。如果只是录播，切片生成只上传TS文件，不上传更新的m3u8索引文件，只有在录播任务完成之后再上传完整的m3u8索引文件。如果是直播则每次TS切片生成之后，将TS切片文件和更新的m3u8索引文件一起上传到存储资源池。
在一个实施例中，所述视频存储组件利用Ceph实现视频的分布式对象存储，Ceph中的OSD作为超融合节点中的视频存储组件，用于实现视频的存储、复制、平衡以及恢复。
在本实施例中，基于Ceph实现分布式对象存储，Ceph的OSD作为超融合节点中的存储组件负责数据的存储、复制、平衡以及恢复。本文实现的视频采集程序视频的m3u8索引文件一般只有几十KB的大小，而TS切片文件在码流为2Mb/s和1Mb/s的情况下一般为8MB或者16MB。分布式存储底层的条带大小为一般为4MB，更适合存储TS切片文件。如果不做任何处理将m3u8索引文件和TS切片文件存储在一个资源池中，一方面会浪费存储空间，另一方面大量的小文件的检索性能也受到影响。综合考虑到m3u8索引文件的高频访问需求以及TS切片文件的存储需求，本文设计实现的超融合***中分布式对象存储分别由SSD和SATA硬盘组成高性能存储池和大容量存储池。M3u8索引文件存储在SSD高性能存储池中，TS切片文件存储在SATA大容量池中，同时在高性能存储池中对m3u8索引文件进行归并。
考虑到视频有直播需求，并且***夜间负载较低，因此采用夜间定期合并的索引小对象的策略。小对象定期归并，兼顾性能，存储容量和存储成本。合并之后的大对象与小对象拥有相同的HASH值，在大对象的扩展属性中存储小对象名与小对象在大对象中的offset和小对象size的键值对。小对象合并针对上层应用透明，读取小对象时，利用HASH找到大对象，再根据小对象名称，查找大对象扩展属性中的键值对，找到offset和size，读取大对象的部分数据并返回。
在一个实施例中，所述视频检索组件利用Ceph分布式对象存储提供的RESTful接口实现视频的检索和访问。
在本实施例中，视频检索访问使用Ceph对象存储提供的RESTful接口，即RGW网关。RGW网关兼容目前云存储领域中应用最广泛的Amazon S3和OpenStack Swift的对象访问接口。每个超融合节点运行RGW网关实例。用户通过PC和手机端利用RGW提供的RestfullAPI标准接口，通过HTTP协议访问对象存储中的视频文件。单一RGW容易出现性能瓶颈以及单点故障，为了应对多用户多终端高并发的访问请求，超融合集群每个节点运行RGW网关，组成RGW集群，RGW集群利用LVS实现负载均衡。LVS节点之间利用Keepalived对LVS节点的健康进行检查，实现故障转移。如附图4所示：考虑到用户访问的是视频文件，为了防止大量视频流量经过LVS，造成LVS的性能瓶颈，本实施例采用DR请求路由模式实现负载均衡。用户请求由LVS接收，超融合节点的RGW网关返回视频流数据直接给用户，不经过LVS节点进行转发。
在一个实施例中，所述负载均衡设备采用DR请求路由模式。
在本实施例中，因为客户端访问超融合节点返回的数据为视频流，为了防止大量视频流量经过负载均衡设备，造成的性能瓶颈，采用DR请求路由模式实现负载均衡。在DR模式中用户请求由负载均衡设备接收并发送到超融合节点，超融合节点接收请求之后直接将视频流数据返回给用户，不经过负载均衡设备进行转发。
在一个实施例中，所述超融合节点的数量与生产环境负载有关，与需要支撑的并发视频流读写有关，与需要保存的视频容量有关。
在本实施例中，所述生产环境中的负载包括并发写入的视频路数，视频的并发读取数，视频的码流大小，视频保留的最大时间。超融合节点的数量与并发视频流读写、与需要保存的视频容量之间存在线性扩展的关系，即超融合节数量越多，可以支撑的并发视频流读写越多，视频存储容量越大。
在一个实施例中，所述负载均衡设备用于同视频访问组件共同实现视频访问具体为：在多个超融合节点部署情况下，利用负载均衡设备将视频访问请求分发到后端的超融合节点运行的视频访问组件上，从而实现横向扩展。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种基于分布式对象存储的超融合常态录播***，其特征在于，所述***包括：超融合集群、管理控制服务器和负载均衡设备；
所述超融合集群包括多个超融合节点，所述每个超融合节点用于运行视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件，实现视频采集、存储和访问的全分布式架构；
所述管理控制服务器通过消息队列与各个超融合节点内的视频采集组件、视频存储组件和视频访问组件进行通讯；
所述负载均衡设备用于同视频访问组件共同实现视频的访问。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，优选的：所述超融合集群包括两个资源池：SSD组成的高性能存储资源池和SATA盘组成的容量存储资源池；
所述SSD组成的高性能存储资源池用于存储m3u8索引文件；
所述SATA盘组成的容量存储资源池用于存储TS切片文件。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于：所述视频采集组件用于采集音视频流数据，将音视频流数据编码成视频文件并将视频文件上传到存储资源池中。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述视频存储组件利用Ceph实现视频的分布式对象存储，Ceph中的OSD作为超融合节点中的视频存储组件，用于实现视频的存储、复制、平衡以及恢复。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述视频检索组件利用Ceph分布式对象存储提供的RESTful接口实现视频的检索和访问。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述管理服务器根据教学任务自动生成录播任务或者管理员手动添加录播任务，任务生成后发布到消息队列中；
所述录播任务包括摄像头RTSP地址，录播时长，保存的视频文件名称以及自定义的视频对象属性。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述视频采集组件实时监听消息队列，录播任务到来后立即执行任务进行视频采集和录制。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述负载均衡设备采用DR请求路由模式。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述超融合节点的数量与生产环境负载有关，与需要支撑的并发视频流读写有关，与需要保存的视频容量有关。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述负载均衡设备用于同视频访问组件共同实现视频访问具体为：在多个超融合节点部署情况下，利用负载均衡设备将视频访问请求分发到后端的超融合节点运行的视频访问组件上，从而实现横向扩展。
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