硬盘

录像介质的历史

视频录像最早起源于磁带录影机,使用盒式磁带来保存视频,后来存储介质逐渐演变成光盘,硬盘,SD/TF卡。容量越来越大,体积越来越小。
从安防监控录像来说,早期使用过盒式磁带,后来使用光盘,现在机械硬盘存储录像仍然是主流,虽然也有使用SSD,TF/SD卡的。
世界上第一块硬盘出生在1956年,由IBM公司制造,型号是350RAMAC。盘片直径为24英寸,盘片数为50片,重量有上百公斤,相当于两个冰箱的体积,不过其储存容量只有5MB。
1980年,希捷开发出第一款家用硬盘。
从70年代开始,硬盘的容量不断的增大,从最早的几十兆,到现在的TB级别。同时,硬盘体积则是不断的缩小,直到我们今天常见2.5/3.5英寸体积硬盘,还有一些微硬盘(1.8英寸以下的硬盘,包括1.8英寸)。2011-2012前后SSD硬盘开始进入消费市场,传统机械硬盘发展则开始停滞不前。

监控专用硬盘

监控专用硬盘的特点

普通PC硬盘的设计是为了满足PC应用不断发展的趋势-—较可靠的系统数据存储、多样性的应用支持以及较快的存储响应时间。

  • 较可靠的系统数据存储是指在一个硬盘(包括阵列)系统下,硬盘系统可以保障多种系统数据的可靠安全存储。
  • 多样性的应用支持指硬盘可以支持多种应用环境:PC桌面应用、多媒体应用和游戏等。
  • 较快的存储响应时间,写入读取随时响应,碎片化操作。

监控专用硬盘的设计是为了满足数字硬盘录像机对系统数据和数字图像信息的存储要求。硬盘最大特点是对系统数据的可靠支持是极其稳定的,这与数字硬盘录像机的系统特点有关。数字硬盘录像机的系统相对单一(不可能出现多系统并存的情况),系统内支持的应用是为视频录像管理而特别定制的(也不存在多种应用并存的情况)。同时其系统都是内置的,和外接的录像存储硬盘无关。监控专用硬盘能极好地满足数字硬盘录像机以文件方式对视频图像进行存入及回放操作,并针对视频文件写入和回放的特点对硬盘进行了优化设计,以保障其功能的稳定可靠。

监控专用硬盘与普通硬盘的区别

  1. 连续工作时间差别

普通PC硬盘的设计以8小时×5天为基础。每天8个小时,每周5天,硬盘处于读写工作状态。需要特别注意的是硬盘加电后有两个状态:工作状态和等待状态,其中工作状态是硬盘进行读写工作,等待状态是硬盘没有进行读写工作但处于待命状态。
DVR专用硬盘是按24小时×7天的企业级环境要求进行设计开发的。每天24个小时,每周7天连续不断的进行工作。
所以普通PC硬盘并不适合长时间连续读写,如果要求普通PC硬盘长时间连续读写就会极大的损伤硬盘,使硬盘出现异常声音、读写错误、工作中止等多种问题并由此导致硬盘最终损坏。
数字硬盘录像机是常年不间断运行的,因此要求硬盘必须可以长时间连续工作。

  1. 启动时最大电流

所有的3.5寸硬盘都包含电机系统,因此硬盘加电启动的时候与电机加电启动的情况相类似:加电的初始时间会出现较大的启动电流以完成硬盘启动。如果加电启动的时候硬盘外部供电系统不能保障足够的电流支持,则硬盘会启动失败,导致硬盘不可用。并且如果多次出现这种情况,容易造成硬盘的损坏。
普通PC硬盘启动电流一般在2.8A~3.2A之间。监控专用硬盘的启动电流最高为2.0A。普通硬盘在上电启动的时候会全速启动,瞬间电流可能达到2安,甚至更高,最高可到2.8A-3.2A,而监控硬盘启动的时候会缓慢加速,启动电流会控制在2安以下。
数字硬盘录像机经常采用多硬盘进行数据存储,以安装8片硬盘为例:普通PC硬盘启动电流2.8A×8=22.4A,最低的功耗为22.4A×12V=268.8W。监控专用硬盘启动电流2.0A×8=16A,最高的功耗为16A×12V=192W。可以看出,在相同硬盘数量的情况下监控专用硬盘对外部电源系统的要求更低。
注:在上例的情况中,如果外部电源系统供电只能保障250W,则采用普通PC硬盘的时候会出现某些硬盘可以识别,某些硬盘不可以识别,并且没有规律性。

  1. 运行功耗及散热差别

这里运行功耗是指硬盘在正常读写状态时的功耗。
普通PC硬盘的运行功耗一般为14.5瓦左右,监控专用硬盘的运行功耗一般为8瓦左右。监控专用硬盘运行功耗仅相当于普通PC硬盘功耗55%,低的运行功耗不仅对电源系统有重要意义,而且对录像设备的散热也有重要的意义。运行功耗中大概75%会转变为热能。
还是上面的例子,在数字硬盘录像机中,如果安装8片硬盘,那普通PC硬盘的运行总功耗为14.5W×8=116W,监控专用硬盘的运行总功耗为8W×8=64W。如果采用普通PC硬盘,可以想像在数字硬盘录像机这么小的空间内有这么高的发热源,对系统的散热要求是很高的,为了保障硬盘有一个合理的环境温度(0~60℃),必须对硬盘系统进行有效的散热。而采用监控专用硬盘,发热情况就好得多-—降低了系统散热要求使系统对环境的适应性更强。

  1. 传输差别

监控专用硬盘除了采用传统PC硬盘的传输模式,还引入了一个更新的传输模式-—不间断传输模式,该传输模式最大为65MB/S。通过引入不间断传输模式,使硬盘对流媒体的支持更加可靠,充分视频文件在录入的同时进行回放的流畅性和稳定性。这是其它硬盘所不具备的特性。

  1. 磁头优化

监控系统对单个硬盘的传输速度要求一般不高,但是会频繁的小数据量的读写。所以需要在磁头读写机构上针对监控系统的读写特点做结构优化设计,以延长磁头寿命。

  1. 平均无故障运行时间

监控专用硬盘的理论平均无故障运行时间比普通硬盘要长的多,稳定性、可靠性要更高。

常见的硬盘

目前普通机械硬盘市场基本被希捷西数这两大巨头瓜分。他们的硬盘产品分类也大同小异。主要硬盘产品包括:PC硬盘,PC固态混合硬盘,NAS硬盘,监控硬盘,企业级硬盘等,容量从1TB到16TB。具体的可以查看他们的官方网站。
除了传统机械硬盘,固态硬盘(SSD)因为更好的稳定性和快速的读写速度逐渐抢占传统机械硬盘的市场。
除了传统Sata接口,固态硬盘还有SATAe、U.2、mSATA、M.2、PCIe和SAS等接口形态。

硬盘的主要参数

  • 接口
  • 容量
  • 转速
  • 缓存
  • 平均寻道时间
  • 传输速率

安防监控中常见的DVR/NVR/硬盘故障及排查

DVR不能识别到硬盘

  1. 录像机接硬盘不支持热插拔,录像机断电的情况下,接上硬盘,再上电启动录像机;
  2. 检查硬盘有没有正常供电,sata数据线是不是连接正常。可以换下sata数据线及检查下硬盘的电源线是否正常。
  3. 可能是硬盘和设备的兼容性问题,更换其他的硬盘尝试,NVR/DVR建议使用监控专用硬盘。
  4. 检查下是不是使用NVR/DVR标配的电源适配器,可能是电源适配器功率不足引起的。
  5. 可能是硬盘已损坏了,无法正常使用,接到电脑或者其他录像机设备上,测试硬盘是否损坏。
  6. 将录像机恢复默认配置,确认录像机的程序已经更新至最新版本。

无法识别硬盘,但一重启就又好了?
硬盘的马达快要到期。这时候重启一下也是可以重新读出硬盘的。若硬盘是用了比较长的时间(例如3年),可能这块硬盘已经日薄西山了,这时需要更换硬盘。

硬盘测试工具

一般硬盘厂商都有提供官方的硬盘检测测试工具,可以检测厂家自己的硬盘。比如希捷的SeaTools,可以检查硬盘的运行状况,西数的Data Lifeguard Diagnostic可以对硬盘进行识别、诊断和修复。
同时还有很多第三方的硬盘检测,修复工具可以使用。比如HD Tune,Disk Genius,Crystal Disk Info等。

监控录像硬盘容量计算

安防视频监控项目规划中,如何计算录像所需的硬盘容量,可以参见这篇文章–安防视频监控录像计算。实际应用中,有很多在线工具可以使用。

硬盘修复

实际应用中,通过排查和上述一些硬盘检测工具检测,确定硬盘已经损坏了,如何修复呢?
如果不需要硬盘里的数据了,可以尝试插拔硬盘,重新接入录像主机上,看能否识别到,然后格式化。或者将硬盘接到电脑上,格式化修复,然后重新接回录像主机使用。

如果还需要硬盘里的数据,就需要找专门的数据恢复机构进行开盘修复了。
一般来说,硬盘修理有以下几个步骤:
首先在无尘工作环境下打开硬盘,更换损坏的磁头或者硬盘内的其它部件;
其次将新更换的部件与原有部件重新组合成硬盘,并调试对应的固件;
然后磁场克隆,将受损硬盘中的信息完整的复制到一个没有受损的新硬盘中,这一部分是整个数据恢复中耗时最长的。根据碟片的受损程度不同,需要几小时到一个月不等;
最后在克隆完成的硬盘中对数据进行重新梳理,提取抢救数据。

参考资料:

  1. 我见证的录像带发展历程
  2. 硬盘的发展历史
  3. 我国安防行业发展历程
  4. 希捷官网
  5. 西数官网
  6. 知乎:固态硬盘都有哪些尺寸,接口都有哪些?
  7. 如何选购机械硬盘?
  8. 硬盘-维基百科
  9. 从红黄蓝事件看监控硬盘损坏及视频监控数据存储安全问题
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引用通告 & 通告

  1. […] 安防中的录像存储 和 安防视频监控录像文件大小计算 以及 硬盘 […]

  2. […] SD/TF卡存储前端摄像机支持SD/TF卡存储,插入TF卡,录像文件保存在TF卡里,后端通过网页或者客户端(电脑PC,手机APP)回放录像,备份下载等操作。有些甚至还支持,把TF卡从摄像机里拔出来插到电脑上,能直接在电脑上播放。虽然方便,但是这种设计视频数据的安全性,隐私没保障,不可取。至少,应该设计成使用专门的TF卡硬盘播放器才能读取TF卡里的视频文件,保证方便便捷的同时也兼顾了隐私和安全。最近百度的李彦宏说国人愿意用隐私换取便利,不知道该做如何评价!关于TF卡的质量,读写速度也很重要。现在很多安防企业推出专用的视频监控专用TF卡。在我看来,这种产品的噱头大于实际。我们知道有监控专用硬盘,其好处很多,可以参见这篇文章:视频监控硬盘 。用作视频监控存储介质,我们关注的是读写速度,TF卡按照读写速度划分得已经很细致了,完全没必要再弄出一个视频监控专用TF卡的类别。 […]

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谈笑有鸿儒,
往来无白丁。

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