Harde schijven voor videorecording

Harde schijven voor bewakingsbeelden

Videosurveillance wordt steeds vaker ingezet, ook privé worden steeds vaker camera's geïnstalleerd. Om al die beelden op te slaan, zijn speciale harde schijven nodig.

Harde schijven zijn in te delen in verschillende categorieën. Er zijn bijvoorbeeld speciale schijven voor notebooks, voor desktop-pc's, voor een thuis-NAS en voor servers. Alle fabrikanten hebben daarnaast nog een ander speciaal soort harde schijf in het assortiment, de zogeheten surveillanceschijven. Die zijn speciaal geschikt voor het opnemen van videobeelden van bewakingscamera's. Deze schijven zijn afgestemd op het continu registreren van tot 64 cameravideostreams tegelijkertijd aan toe. Dat kunnen andere schijven in theorie misschien ook, maar daarbij kunnen soms wel eens frames uit een opname verdwijnen. De geoptimaliseerde firmware van de surveillanceschijven voorkomt dat zo veel mogelijk.

We hebben modellen uit vijf verschillende sseries verzameld. Seagate is vertegenwoordigd met een Skyhawk- en Skyhawk-AI-model, Toshiba met de S300serie en van WD hebben we enkele exemplaren uit de Purple-serie.

We hebben in totaal tien modellen getest: van Skyhawk een variant met 4, 6, 8 en 10 TB, van Skyhawk AI een met 8 en 10 TB, de S300 met 5 TB en de Purple NV met 8 en 10 TB. Surveillanceschijven worden vaak aan handelaren en systeembouwers verkocht, en zijn in de losse verkoop minder toegankelijk voor particulieren. Als je maar een of twee camera's hebt, is een gangbare NAS-schijf genoeg. Pas als het aantal camera's toeneemt, profiteer je echt van de surveillanceschijven, maar dan worden er vaak meerdere in een behuizing gecombineerd. Ook al zijn ze niet altijd bij webwinkels te bestellen, soms komen er toch ineens partijen beschikbaar op de markt.

Toepassingsgebieden

De focus bij surveillanceschijven ligt in tegenstelling tot bij veel andere harde schijven op het continu kunnen schrijven van data. Die modellen zijn anders dan je wellicht verwacht echter niet bestemd voor videobewerking. Het gaat er name-

lijk om dat er zoveel mogelijk streams tegelijk betrouwbaar opgeslagen worden, liefst met een zo hoog mogelijke snelheid.

Het bewerken van 4K-video's, wellicht zelfs met 10-bit kleurdiepte en gecombineerd met losse RAW-beelden, is te veel gevraagd voor een harde schijf. De lage snelheid daarvan zorgt dan voor irritatie, een ssd is daar duidelijk beter voor geschikt. Liefst een PCIe-ssd, of nog beter meerdere PCIe-ssd's in een RAIDopstelling.

De firmware maakt het verschil

Het mechanisme in surveillanceschijven is niet anders dan bij andere schijven van dezelfde fabrikant. Deze modellen zijn dan ook meestal afgeleid van NASof servermodellen. Het verschil zit hem in de firmware.

De ATA-standaard kent vanaf ATAversie 7 de ATA Streaming Command Set. Een belangrijke component daarbij is dat de controller de geometrie van de schijf kent: op de binnenste zones staan minder sectoren dan op de buitenste en de tijden voor het verplaatsen van de koppen moeten bekend zijn. Daarmee kan de controller de verplaatsingen optimaliseren voor zo kort mogelijke bewegingen van de koppen.

Een ander belangrijk verschil is de foutafhandeling. Een leesfout bij een normale desktopschijf leidt tot het opnieuw lezen van de betreffende sector, net zo lang tot de data succesvol gelezen worden. Dat is niet wenselijk bij een surveillanceschijf, omdat dit het wegschrijven van videobeelden zou hinderen. Ook bij NAS- en serverschijven is via Error Recovery Control (ERC) een waarde van enkele seconden ingesteld om de juiste data te vinden. WD noemt dat overigens Time Limited Error Recovery (TLER). Bij een NAS leidt het overschrijden van die tijd ertoe dat de controller de data van een andere schijf haalt – als er redundantie beschikbaar is.

Bij een surveillanceschijf is het lezen van data bijzaak, belangrijker is het continu schrijven. De controller kan ervoor kiezen de foutafhandeling bijvoorbeeld uit te stellen of in meerdere fasen uit te voeren tot er wel tijd voor is. In het ergste geval leidt dat misschien tot overgeslagen beelden bij het afspelen van video, maar dat is altijd nog beter dan ontbrekende frames in de opname.

Een surveillancesysteem kan aan de datastroom bovendien een extra bit toevoegen. Read Continuous of Write Continuous zorgen ervoor dat de schijf de betreffende data leest of schrijft, onafhankelijk van eventuele foutcorrectie. Bij fouten wordt een melding toegevoegd in de Stream Error Log. Het AV-systeem dat met die schijf werkt kan die uitlezen en erop reageren, bijvoorbeeld door de ontbrekende data bij lezen aan te vullen met enigszins relevante bits.

Het AV-systeem kan de schijf bovendien vertellen hoeveel streams er tegelijkertijd worden aangeleverd. Met die informatie kan de firmware de streams zo optimaal mogelijk verdelen over het schijfoppervlak.

Met een ander commando kan het AV-systeem aangeven dat de volgende data die worden opgevraagd niet aansluitend zijn. De schijf gaat dan niet alvast de volgende sector in de cache laden, zodat die cache beschikbaar blijft voor andere taken. De cache is bij surveillanceschijven overigens niet groter dan bij andere schijven.

Net als NAS- en servermodellen hebben surveillanceschijven trillingssensors die vibraties detecteren van andere schijven. Dat zorgt ervoor dat de koppen hun weg betrouwbaarder vinden dan bij gewone desktopschijven.

De laatste truc is stations met functies uit de wereld van de kunstmatige intelligente (Artificial Intelligence) , zoals de modellen Skyhawk AI en Purple NV. Die stammen niet van NAS-schijven af, maar van Enterprise-modellen. Dat belooft niet alleen een hogere betrouwbaarheid, maar ook meer functionaliteit. Die stations zijn ook geoptimaliseerd

voor het lezen van videostreams, oftewel het analyseren van de bewaarde beelden. De fabrikanten garanderen behalve het continu opnemen van een bepaald aantal streams ook dat de schijf tegelijkertijd dat a kan lezen voor analyse (zogeheten AI-streams).

Surveillanceschijven zijn al met al met name geschikt voor het bewaren van videobeelden, maar niet voor data waarbij elke bit belangrijk is.

Lezen en schrijven

In een thuis-NAS zijn de schijven het grootste deel van de tijd niets aan het doen. Er wordt zelden wat geschreven, er wordt vaker data gelezen. Bij een surveillancesysteem is dat anders.

Zoals gebruikelijk daalt de maximale doorvoersnelheid duidelijk bij het gelijktijdig lezen en schrijven. In tegenstelling tot wat we normaliter doen, hebben we niet alleen de datasnelheden gemeten bij een belasting van 80 procent lezen en 20 procent schrijven, maar ook omgekeerd. Dat zorgt bij alle schijven voor een snelheidsdaling van circa 25 procent. De laagste snelheid bij de langzaamste schijf, de Toshiba S300, ligt daarbij altijd nog op 63 MB/s. De meeste modellen kunnen volgens hun fabrikant beelden van tot 64 camera's tegelijk opslaan zonder dataverlies. Alleen de 5TB-schijf van Toshiba gaat maar tot 32 gelijktijdige streams.

Een stream van een full-hd-camera haalt een bitrate van 8 Mbit/s, oftewel circa 1 MB/s. Bij 64 camera's moet die schijf dus een minimale snelheid halen van zo'n 64 MB/s – en dat continu en ook met de langzaamste zones. De opgegeven snelheden bij harde schijven hebben bijna altijd betrekking op de buitenste zones, waar de schijf het beste presteert. In de binnenste zones zakt de snelheid duidelijk in en halen tragere schijven soms duidelijk minder dan 100 MB/s.

De prestaties van de surveillanceschijven bij random toegang zijn minder dan bij NAS- of servermodellen. Maar omdat de IOPS-prestaties niet relevant zijn voor het toepassingsgebied, geven we in de tabel de waarden voor het gelijktijdig lezen en schrijven.

Belastbaarheid

Harde schijven zijn niet onbeperkt belastbaar. Fabrikanten geven voor elke schijf een zogeheten workload-rating, die volgt uit het totaal van de geschreven en gelezen data. Dat is iets om op te letten bij het kiezen van een surveillanceschijf. In tegenstelling tot bij desktop- en servermodellen kun je vrij makkelijk berekenen wat je nodig hebt.

Stel bijvoorbeeld dat je 16 camera's hebt. Met een datastroom van 1 MB/s levert dat 1,4 TB per dag op, een belasting van circa 500 TB per jaar. Die hoeveelheid is echter alleen te behappen voor de twee Skyhawk AI-modellen, die een workload-rating hebben tot 550 TB/jaar. De andere schijven kun je dus alleen gebruiken met minder camera's of een lagere resolutie, als je tenminste binnen de garantievoorwaarden wilt blijven.

De benodigde capaciteit van een schijf kun je ook vrij eenvoudig berekenen. Als je de dagelijkse data van een full-hd-camera met 30 fps en H.265-codec wilt bewaren, heb je 112 GB nodig. Met een MJPEG-codec is veel meer ruim-

te nodig, maar liefst zo'n 768 GB. Op de site van WD staat daar een online calculator voor (zie de link onderaan dit artikel).

Energieverbruik

Helium is momenteel zo'n beetje de standaard oplossing om de capaciteit van harde schijven op te voeren, ook bij surveillanceschijven. Seagate en WD maken daar gebruik van, Toshiba gebruikt zelfs bij het 10TB-model nog een met lucht gevulde behuizing.

Helium draagt echter niet alleen bij aan een hogere capaciteit, het vermindert ook de wrijving en daarmee de geluidsproductie en het energieverbruik van de schijven. Bovendien blijven heliumschijven door het lagere energieverbruik ook koeler.

De waarde voor het idle-verbruik is bij deze schijven eigenlijk niet relevant omdat ze continu data aan het schrijven zijn. In de tabel staan dan ook alleen waarden voor het energieverbruik bij het lezen en schrijven.

Conclusie

Eigenlijk speelt de maximale snelheid van een surveillanceschijf geen belangrijke rol. De minimale snelheid op de binnenste sectoren is van groter belang, want ook daar moeten de schijven het opgegeven aantal videostreams kunnen wegschrijven.

De meest belangrijke factoren bij het kiezen van een schijf zijn het aantal camera's en de resoluties van de gebruikte camera's. Daarmee kun je berekenen wat de belasting van de schijf wordt. Voor grotere systemen komen dan eigenlijk alleen schijven uit de series van Seagate en de 10TB-schijven van WD in aanmerking, die 550 respectievelijk 350 TB per jaar kunnen verwerken. Voor kleinere systemen zijn ook de andere schijven geschikt.