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Festplattenspeicher für Videodaten

Ruhelos in Aktion

Moderne Videosysteme stellen hohe Ansprüche an Hard- und Software. Bilder müssen nicht nur optimal erfasst, sondern auch sicher gespeichert werden. Die Festplatten für die Aufzeichnung der Bilddaten sollten daher nicht nur für eine hohe Anzahl an Schreib- und Lesezugriffen geeignet, sondern auch für den Betrieb rund um die Uhr ausgelegt sein, wie Cagatay Kilic, Sales Manager DACH bei Western Digital, im PROTECTOR-Interview erläutert.

PROTECTOR: Desktop-Festplatten schalten sich bei Überhitzung selbst ab – der Super-Gau für sicherheits-relevante Videodaten-aufzeichnungen! Wie werden Video-Speicherlösungen, die im Dauerbetrieb laufen, vor solchen Ausfällen geschützt?

Cagatay Kilic: Zuerst muss man bedenken, dass eine Überhitzung nicht dadurch zustande kommt, dass die Festplatte durchgängig arbeitet, sondern durch einen Anstieg der Umgebungstemperatur. Generell ist Hitze eine Komponente, die die elektronische Lebensdauer verkürzt. Das betrifft natürlich auch Festplatten, eine der feinsten mechanischen Entwicklungen der Menschheit: Der Schreib-Lesekopf hat nur 1,2 Nanometer Abstand zur Scheibe. Ein Photon, das kleinste Element, das das menschliche Auge wahrnehmen kann, misst 380 Nanometer. Unter Temperatureinfluss ändert sich Materie und deshalb sollte eine Temperatur über 60 oder unter zehn Grad Celsius vermieden werden. Optimal für das Speichermedium Festplatte ist eine Temperatur von 40 Grad Celsius. Mit jeder Temperaturerhöhung steigt auch die Fehlerrate.

Eine herkömmliche Desktop-Festplatte wäre mit den für Überwachungslösungen benötigten Speichervorgängen, der Datenintegrität und den Bildraten schnell überfordert. Die Schreib-Leseköpfe in einer Desktop-Festplatte schreiben ungefähr 40 Terabyte im Jahr, bei einer Überwachungsfestplatte sind es 80 bis 100 Terabyte. Deshalb hat WD die WD Purple Serie entwickelt. Die Festplatten der WD Purple-Serie schreiben ununterbrochen 24 Stunden am Tag in Volllast – sie kennen keinen Ruhemodus.

Welchen besonderen Belastungen sollten die Datenspeicher darüber hinaus noch standhalten?

Festplatten sind so sensibel, dass ein Gespräch, das in ihrer Nähe geführt wird, dazu führen kann, dass es auf acht bis zehn Spuren zu Störungen kommt. Unsere „All-Frame-Technologie“ für Festplatten kann solche Störungen wahrnehmen, messen und dagegenwirken, indem der Schreib-Lesekopf stabilisiert wird. Das funktioniert ähnlich wie bei „Noise-Cancelling“-Kopfhörern, die zum Beispiel in Flugzeugen eingesetzt werden, um störende Frequenzen mit Gegenwellen auszugleichen.

Macht es beim Einsatz von NVR-Speicherlösungen generell einen Unterschied, ob nur zwei oder 64 HD-Kameras eingebunden sind?

Nein. Aber die Datenmenge einer Festplatte ist natürlich immer begrenzt. Eine Festplatte kann die Streams von bis zu 32 HD-Kameras speichern, das ist auch die empfohlene Obergrenze. Für mehr Kameras wird ein RAID-Verbund (Redundant Array of Independent Disks) nötig, bei dem die Kamera-Streams auf mehrere Festplatten aufgeteilt werden. Gerade bei den aktuellen Überwachungskameras – momentan HD, zukünftig 4K – ist der Datendurchsatz, den die Festplatte verarbeiten muss, enorm.

Wie kann die hohe Anzahl von Schreibvorgängen bei gleichzeitigen Lesezugriffen für Auswertungen der Videobilder konfliktfrei gewährleistet werden?

Die All-Frame-Technologie der WD Purple erkennt die Anzahl der eintreffenden Streams. Sobald der Schreib-Lesekopf merkt, dass mehrere Streams gleichzeitig ankommen, positioniert er sich so, dass er höhere Datendurchsätze schreiben und seine unterschiedlichen Puffer-Speicher nutzen kann. Eine normale Rechner-Festplatte hat in der Regel acht oder 16 Megabyte Cache, die wie durch eine Wand in vier MB zum Schreiben und vier MB zum Lesen unterteilt sind – und es kann nicht auf den Puffer beziehungesweise die ungenutzten Ressourcen auf der anderen Seite zugegriffen werden. Eine Überwachungsfestplatte muss so intelligent sein, ihre Ressourcen selbst zu verwalten, und über die Größe eines Schreib-Puffers zu entscheiden. Dieses Dynamic Caching ist auch Teil der All-Frame-Technologie.

Die Kamerabilder werden mit dem ATA-Streaming-Kommando, eine Art Übersetzungs-Code zur Verwaltung, mit dem Befehl „schreiben“ an die Festplatten geschickt. Die komprimierte Version davon kann gleichzeitig über den Recorder an die Überwachungsmonitore weitergeleitet werden. Wenn der Betrachter dann Daten lesen möchte, die schon früher geschrieben wurden, zum Beispiel weil im Parkhaus in ein Auto eingebrochen wurde, kann dies problemlos geschehen während die Festplatte ein paar Minuten lang im Puffer weiterschreibt. Liegen die gesuchten Daten im Lese-Puffer, findet ein so genannter „Swap“, also ein Tausch, statt, und die zu schreibenden Daten werden weiterverarbeitet.

Wo findet der Planer oder Anwender Hinweise, dass eine Festplatte für den Einsatz in der Videoüberwachung geeignet ist?

Es gibt im IT-Bereich Hersteller-Komitees, in denen über aktuelle Entwicklungen, Schnittstellen und Standards diskutiert wird, aber einen Stempel mit „Überwachung“ oder eine offizielle Zertifizierung für Surveillance-Lösungen gibt es nicht. Hier lohnt sich immer ein Blick ins Datenblatt der Festplatte. Wie bereits erwähnt, ist die WD Purple die geeignete Festplatte für den Einsatz in der Videoüberwachung. Bei den Recordern erkennt man die Eignung auch am „WD Purple“-Etikett. WD ist in Europa und auch in Deutschland mit den WD Purple Festplatten Marktführer im Videoüberwachungsmarkt. Sollte sich der Anwender oder Planer trotzdem für ein Produkt eines anderen Herstellers entscheiden, rate ich dringend dazu, nur solche zu wählen, die explizit für Surveillance-Einsätze optimiert sind.

Warum geschieht dies Ihrer Einschätzung nach zu selten?

Der Mensch ist ein Gewohnheitstier. Die Überwachungsinstallationen haben sich aus analoger, verkabelter Technik entwickelt, bei der die Datenrate der Kameras noch sehr niedrig war. Die Desktop-Festplatten, die damals zur Speicherung eingesetzt wurden, konnten diese Aufgabe gut erfüllen. Die Errichter haben also 20 Jahre lang Desktop-Festplatten eingesetzt, die zudem etwas günstiger sind. Und nun erkennen sie plötzlich, dass das gewohnte System nicht mehr funktioniert und Festplatten teilweise nach kurzer Zeit defekt werden. Werden diese Festplatten mit gleichen Modellen ersetzt, stellt sich dasselbe Problem in Kürze wieder ein. Das ist schlecht für alle Beteiligten: Der Installateur muss mehrmals für eine Reparatur oder einen Austausch zum Kunden fahren, der Kunde ist sauer und der Hersteller hat mehrmals Geld draufgelegt, da er für seine Garantie geradestehen muss.

Der Festplatte wurde in der Historie der Videoüberwachung bisher kaum Platz eingeräumt. Der Bedarf wuchs erst mit dem Einzug des Netzwerks. Die IP-Videoüberwachung hat dazu geführt, dass es Schnittmengen zwischen der IT-Welt und der Überwachung gibt, und der Sicherheitsmarkt wurde plötzlich zum größten Abnehmer für Festplatten. Die Videoüberwachung hat sich derart weiterentwickelt, dass herkömmliche Desktop-Festplatten die sich um den Faktor zehn erhöhte Datendichte und Schreiblast nicht mehr stemmen können. Und der Preisunterschied einer Desktop-Festplatte zu einer Überwachungs-Festplatte beträgt inzwischen nur noch wenige Euro. Und diese machen sich durch mehr Leistung und eine längere Garantiezeit mehr als bezahlt.

Und wie sieht die Zukunft der Speicherlandschaft aus?

Falls sich 4K-Kameras durchsetzen, wird es durch die hohe Auflösung zukünftig neue Speicherprobleme geben. Pro Bild wird die Datenmenge achtmal so groß, da muss eine H.265-Komprimierung Abhilfe schaffen. Die Menge der Rohdaten, die auf die Festplatte geschrieben werden muss, wird dennoch deutlich zunehmen. Und wir als Festplattenhersteller werden die Technologie weiterhin vorantreiben indem wir die Datendichte der Platten weiter erhöhen und die Schreib-Leseköpfe weiter optimieren werden.

Britta Kalscheuer

Neue Entwicklungen, etwa der Einsatz von Kameratechnologie in Drohnen, erfordern auch intelligente Speicherstrategien, um die Leistungs- und Kapazitätsanforderungen von Überwachungssystemen im Dauerbetrieb erfüllen zu können.
Foto: Wetsern Digital

Interviews

Intelligente Technologien in der Videoüberwachung

Barber Brinkman, Senior Business Development Manager von Western Digital, zu den Möglichkeiten intelligenter Technologien in der Videoüberwachung.

Foto: Kalscheuer

Western Digital

„Festplatten sind sensibel“

Auf der Security 2016 in Essen sprach PROTECTOR & WIK mit Cagatay Kilic, Sales Manager DACH bei Western Digital, einem Unternehmen das mit der WD Purple Serie eine Festplatte speziell für den Videoüberwachungsmarkt entwickelt hat, die ununterbrochen 24 Stunden am Tag in Volllast schreiben kann.

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Die Datenmenge hochauflösender Videos steigt stetig. Benötigt werden Speichermedien, die speziell auf die Videoüberwachung ausgelegt sind.