一种实现边缘存储的装置及系统的制作方法

1.本文涉及但不限于数据存储技术，尤指一种实现边缘存储的装置及系统。


背景技术：

2.边缘存储是把数据直接存储在数据采集点，而不需要把采集到的数据通过网络即时传输到存储中心服务器的数据存储方式。这种存储在端的存储方式也就是分布式存储，或者是去中心化存储。边缘存储被应用在公共监控摄像领域，即在摄像头本地保存数据，即时处理，边缘存储方式能有效的减少系统对网络带宽的需求，增强存储的安全性，降低系统部署成本。
3.大多数因特网协议(ip)视频监控摄像头都有内置的microsd卡(一种用于扩展移动电子设备存储容量的小型元器件，俗称存储卡)插槽以支持边缘存储；边缘存储可实现直接视频录制，并提供远程应用，即可以通过网络检索存储卡中存储的视频。在企业级应用中，系统利用边缘存储来降低数据丢失的风险。如果主网络中的存储出现问题，边缘存储可以保留已录制视频的备用副本，从而提高整个系统的可靠性。相关技术通过使用microsd卡来支持边缘存储，即系统将视频数据存储到microsd卡中。但市场上的microsd卡质量千差万别，且存在容量普遍较小、可靠性差、读写速度慢和总用户写入量低等缺点，导致边缘存储出现可靠性差、故障率高和维护成本高等问题。
4.综上，如何提升边缘存储的可靠性，降低边缘存储的故障率，成为一个有待解决的问题。


技术实现要素：

5.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
6.本发明实施例提供一种实现边缘存储的装置及系统，能够提升边缘存储的可靠性，降低边缘存储的故障率。
7.本发明实施例提供了一种实现边缘存储的装置，包括：与图像采集装置连接的固态硬盘，固态硬盘包括主控和闪存；所述主控包括控制单元和写入单元；其中，
8.控制单元设置为：控制图像采集装置采集图像数据；
9.写入单元设置为：将图像采集装置采集的图像数据写入所述闪存；
10.其中，所述图像采集装置为应用于因特网协议ip视频监控系统中的装置。
11.另一方面，本发明实施例还提供一种实现边缘存储的系统，包括：图像采集装置，与图像采集装置连接的固态硬盘，与固态硬盘连接的上位机；固态硬盘包括主控和闪存；其中，
12.所述主控包括控制单元、写入单元和导出单元；其中，
13.控制单元设置为：控制图像采集装置采集图像数据；
14.写入单元设置为：将图像采集装置采集的图像数据写入所述闪存；
15.导出单元设置为：根据接收的导出指令，将闪存中的图像数据导出并发送至上位机；
16.上位机设置为：发送导出指令至主控；接收来自主控的图像数据；
17.其中，所述图像采集装置为应用于因特网协议ip视频监控系统中的装置。
18.本技术技术方案包括：与图像采集装置连接的固态硬盘，固态硬盘包括主控和闪存；所述主控包括控制单元和写入单元；其中，控制单元设置为：控制图像采集装置采集图像数据；写入单元设置为：将图像采集装置采集的图像数据写入所述闪存；其中，所述图像采集装置为应用于因特网协议(ip)视频监控系统中的装置。本发明实施例通过包含主控的固态硬盘，将ip视频监控系统中图像采集装置采集的图像数据写入固态硬盘中，提升了边缘存储的可靠性，为降低边缘存储的故障率提供了硬件支撑。
19.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
20.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
21.图1为本发明实施例实现边缘存储的装置的结构框图；
22.图2为本发明实施例实现边缘存储的系统的结构框图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
24.在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
25.图1为本发明实施例实现边缘存储的装置的结构框图，如图1所示，包括：与图像采集装置连接的固态硬盘，固态硬盘包括主控和闪存；主控包括控制单元和写入单元；其中，控制单元设置为：控制图像采集装置采集图像数据；
26.写入单元设置为：将图像采集装置采集的图像数据写入闪存；
27.其中，图像采集装置为应用于因特网协议(ip)视频监控系统中的装置。
28.本发明实施例通过包含主控的固态硬盘，将ip视频监控系统中图像采集装置采集的图像数据写入固态硬盘中，提升了边缘存储的可靠性，为降低边缘存储的故障率提供了硬件支撑。
29.在一种示例性实例中，本发明实施例闪存包括nand闪存。
30.在一种示例性实例中，本发明实施例主控还包括设置单元，设置为：
31.向图像采集装置发送预先设定的设置指令，以使图像采集装置根据设置指令执行相关参数设置；
32.其中，相关参数包括以下一项或任意组合：图像数据的分辨率、传输图像数据的每一个数据帧的大小和传输速率。
33.本发明实施例通过设置单元促使图像采集装置进行相关参数设置，使得图像采集装置采集的图像数据，可以按照符合固态硬盘的要求进行传输和存储。
34.在一种示例性实例中，本发明实施例控制单元是设置为：
35.向图像采集装置发送预先设定的采集图像数据的采集命令，以使图像采集装置根据采集指令采集图像数据。
36.在一种示例性实例中，本发明实施例写入单元是设置为：
37.向图像采集装置发送预先设定的发送指令，以使图像采集装置根据发送指令发送图像数据的数据帧；
38.将接收的数据帧封装为簇；
39.将封装的簇写入闪存中。
40.在一种示例性实例中，本发明实施例写入单元是设置为将接收的数据帧封装为簇，包括：
41.缓存接收的数据帧；
42.判断出缓存的数据帧达到预设的封装阈值时，将缓存的数据帧封装为簇。
43.本发明实施例根据固态硬盘的工作原理，将数据帧封装为封装阈值大小的簇，便于在闪存中存储图像数据，封装阈值可以根据相关技术在固态硬盘存储数据时的映射表的粒度进行设计。
44.在一种示例性实例中，本发明实施例写入单元是设置为缓存接收的数据帧，包括：
45.在主控的随机存取存储器(ram)中缓存数据帧。
46.本发明实施例通过主控ram进行数据帧缓存，在保证数据处理速度的同时，实现了簇的封装。
47.在一种示例性实例中，本发明实施例写入单元是设置为将封装的簇写入闪存中，包括：
48.按照预设的存储策略，确定簇的存储地址信息；
49.根据确定的存储地址信息将簇写入闪存中。
50.本发明实施例可以参照相关技术中数据的存储原理，通过通道编号、内存库编号、块编号、页编号及页内的偏移地址确定上述存储地址信息；其中，偏移地址可以根据封装阈值的大小确定。
51.在一种示例性实例中，本发明实施例写入单元还设置为：
52.为封装的每一个簇分别添加相应的特征信息；
53.其中，特征信息包括以下一项或任意组合：按照预设的编号规则确定的簇的簇编号、图像数据的来源于具体的图像采集装置的信息和标识簇生成先后顺序的区分信息。
54.本发明实施例通过特征信息可以有效确定图像数据的来源、采集图像数据的时序等，为后续图像数据的还原和应用提供信息支持。
55.在一种示例性实例中，本发明实施例主控还包括存储信息处理单元，设置为：为写入闪存的每一个簇，生成簇相应的存储位置映射关系信息；
56.将生成的存储位置映射关系信息存储在闪存的预设存储区域；
57.其中，存储位置映射关系信息包括：按照预设的编号规则确定的簇的簇编号和簇的存储地址信息。
58.本发明实施例通过存储位置映射关系信息，即可实现图像数据的导出应用，为图像数据的分析应用提供依据。
59.在一种示例性实例中，本发明实施例固态硬盘还设置为：将存储位置映射关系信息写入到闪存的预先确定的页中。
60.在一种示例性实例中，本发明实施例主控还包括导出单元，设置为：接收来自上位机的导出命令；
61.根据导出指令，将闪存中的图像数据导出并发送至上位机。
62.在一种示例性实例中，本发明实施例导出单元是设置为将闪存中的图像数据导出并发送至上位机，包括：
63.根据导出命令获取存储位置映射关系信息；
64.根据获取的存储位置映射关系信息，从闪存中读取簇，并将读取的簇发送至上位机。
65.在一种示例性实例中，本发明实施例上述上位机接收到簇后，可以基于簇的特征信息，将两个以上簇基于特征信息进行时序确定，通过对簇进行解封装处理，获得其中的数据帧，对数据帧参照图像处理方法还原出图像数据。
66.图2为本发明实施例实现边缘存储的系统的结构框图，如图2所示，包括：图像采集装置，与图像采集装置连接的固态硬盘，与固态硬盘连接的上位机；固态硬盘包括主控和闪存；其中，
67.主控包括控制单元、写入单元和导出单元；其中，
68.控制单元设置为：控制图像采集装置采集图像数据；
69.写入单元设置为：将图像采集装置采集的图像数据写入闪存；
70.导出单元设置为：根据接收的导出指令，将闪存中的图像数据导出并发送至上位机；
71.上位机设置为：发送导出指令至主控；接收来自主控的图像数据；
72.其中，图像采集装置为应用于因特网协议(ip)视频监控系统中的装置。
73.本发明实施例通过包含主控的固态硬盘，将ip视频监控系统中图像采集装置采集的图像数据写入固态硬盘中，提升了边缘存储的可靠性，为降低边缘存储的故障率提供了硬件支撑。
74.本发明实施例主控的组成和实现，可参照图1部分，在此不作赘述。
75.以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
76.应用示例
77.本应用示例提供一种边缘存储的装置，由图像采集装置和固态硬盘组成。固态硬盘的主控控制图像采集装置进行包括图片或视频的图像采集，固态硬盘的主控将图像数据直接存储到nand闪存中；本应用示例通过固态硬盘进行边缘存储，克服了使用microsd卡来支持边缘存储所带来的容量小、可靠性差和读写速度慢，总写入量低等问题。
78.固态硬盘作为一种存储装置，相比于机械硬盘，具有容量大、可靠性高、读写速度
快、防震抗摔、功耗低和无噪音等优点。固态硬盘的存储阵列主要是由多个nand闪存晶粒(die)组成。多个die多个通道(channel)，多个内存库(bank)，每个die由多个块(block)构成，每个block由多个页(page)构成，每个page大小是16千字节(kb)。闪存存储单元的读操作和写操作以page为基本单位；固态硬盘存储数据的顺序是先确定channel和bank，再确定block和page。
79.本应用示例实现边缘存储的系统中，固态硬盘通过第一通讯接口和上位机(主机)连接，第一通讯接口可以是usb、sata、pcie或者网口。固态硬盘的主控的主要用于完成上位机的命令解析，对nand闪存进行读写控制，固态硬盘通过第二通讯接口连接图像采集装置，用于控制图像采集装置(例如，摄像头)获取图像数据。nand闪存主要用于存储图像数据。第二通讯接口可以是uart或者spi，根据图像采集装置的接口类型确定。
80.本应用示例对ip视频监控系统中图像采集装置采集的图像数据进行处理，处理包括拍摄处理和导出处理两个部分；其中，拍摄处理包括：控制图像采集装置采集并在固态硬盘中存储图像数据；导出处理包括：将存储的图像数据导出至上位机。
81.本应用示例，执行拍摄处理的处理包括：
82.步骤1、固态硬盘接入电源启动；
83.步骤2、固态硬盘的主控通过第二通讯接口发送预先设定的设置命令到图像采集装置，以使图像采集装置完成相关参数设置；
84.步骤3、图像采集装置完成相关参数设置后，向固态硬盘的主控反馈参数设置完成信息；
85.步骤4、固态硬盘的主控接收图像采集装置的参数设置完成信息，向图像采集装置发送执行图像数据采集的采集指令；
86.步骤5、图像采集装置响应采集指令，并开始采集图像数据；
87.步骤6、固态硬盘的主控向图像采集装置发送预先设定的发送命令，其中，发送命令中包含帧的个数count的预设字段，用以说明发送第几帧图像数据；在一种示例性实例中，本应用示例一帧图像数据的大小可以是512比特(byte)；
88.步骤7、固态硬盘的主控通过第二通讯接口接受图像采集装置传送的数据帧；在一种示例性实例中，本应用示例参照相关技术中设置，对传送的数据帧进行循环冗余校验(crc)。如果crc失败，则重复步骤6；如果crc成功，则将缓存数据帧；在一种示例性实例中，本应用实例可以将数据帧缓存到固态硬盘的主控内部的随机存取存储器(ram)中；
89.步骤8、固态硬盘的主控重复步骤6和步骤7，直到缓存的数据帧的总大小达到预先设定的封装阈值(若干倍的单帧图像数据的大小，例如，每一帧数据帧的大小为512byte，封装阈值为4kb)，在一种示例性实例中，本应用示例可以参照固态硬盘工作时的映射表确定封装阈值的大小；
90.步骤9、缓存的数据帧的总大小达到预先设定的封装阈值，固态硬盘的主控将缓存的数据帧封装为簇(cluster)；为便于后续图像数据的导出和应用，本应用实例参照相关技术对缓存的数据帧按照采集的先后顺序分别进行编号；例如，缓存8帧图像数据时，通过frame i、frame(i 1)、
…
、frame(i 7)对数据帧进行编号；为便于后续导出使用，对封装获得的簇添加相应的确定其生成顺序的簇编号；
91.步骤10、固态硬盘的主控根据簇中包含的图像数据的来源信息，按照预设策略为
簇生成相应的特征信息(attribute)；在一种示例性示例中，本应用实例特征信息可以由簇编号、图像采集装置的区分信息和版本号(version)组成；在一种示例性实例中，每生成一个簇，版本号加1；
92.步骤11、固态硬盘的主控按照预设的存储策略确定簇在固态硬盘中的存储地址信息；在一种示例性实施例中，本应用示例可以根据固态硬盘的存储区域信息和封装阈值的大小，生成每一个簇相应的存储地址(pa)信息；在一种示例性实例中，pa信息包括：通道编号、内存库编号、块编号、页编号及页内的偏移地址组成。
93.步骤12、固态硬盘的主控将封装的簇和生成的簇的特征信息，根据pa信息写入固态硬盘的闪存中；
94.步骤13、根据簇编号及其存储地址信息，生成簇的存储位置映射关系信息《cluster i，pa i》，cluster i表示簇编号，pa i表示编号为i的簇的存储地址；
95.在一种示例性实例中，本发明实施例将存储位置映射关系信息以页为单位进行存储，当生成的存储位置映射关系信息的大小等于预设大小(例如，页的大小)，固态硬盘的主控将存储位置映射关系信息写入预设位置的页中。
96.在一种示例性实例中，本应用示例可以根据预先设定的导出图像数据的大小，设定导出一个周期的图像数据的上述存储存储位置映射关系信息的页的个数，当页数达到指定数值时，根据写入预设位置的页，执行图像数据的导出处理。
97.本应用示例，固态硬盘的主控通过第一通讯接口与上位机连接，图像数据的导出处理包括：
98.步骤1、上位机(通过预先加载的配套软件)向固态硬盘的主控发送预先设定的导出命令；
99.步骤2、主控根据导出命令获取存储位置映射关系信息；
100.步骤3、主控根据获取的存储位置映射关系信息，从固态硬盘中读取封装的簇。通过上述处理，上位机获得存储在固态硬盘中的簇，对获得的簇进行校验和解封装，获得图像数据。
101.本应用示例将图像采集装置采集到的图像数据发送至固态硬盘的主控，固态硬盘的主控将采集到的图像数据封装存入到nand闪存中；区别于一般边缘存储，本应用示例减少中间环节，将采集到的图像数据直接转存到nand闪存，因此边缘存储的可靠性高、故障率低、成本低，且易于部署。
102.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其
他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。