SIP在視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通中的應用研究*

葉賈寧 吳學智

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

1 引言

在電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、圖像編碼技術發(fā)展的推動下,視頻監(jiān)控技術經(jīng)歷了第一代模擬的閉路電視監(jiān)控和第二代基于PC的多媒體監(jiān)控,逐漸步入到第三代網(wǎng)絡視頻監(jiān)控階段,目前正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。隨著“平安城市”監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設以及“全球眼”、“寬視界”等運營級視頻監(jiān)控業(yè)務的推進,網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍也逐漸從政府、金融、電力等傳統(tǒng)安防領域延伸至社會治安、教育、交通、企業(yè)、家庭等諸多領域。

2 傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在問題的分析

隨著視頻監(jiān)控規(guī)模的擴大,前端監(jiān)控設備數(shù)量越來越多,因此在網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引入了監(jiān)控平臺的概念。監(jiān)控平臺用來實現(xiàn)業(yè)務管理、設備管理、用戶管理、網(wǎng)絡管理等功能,用戶不再是直接訪問前端監(jiān)控設備查看監(jiān)控視頻,而是由監(jiān)控平臺提供視頻訪問和控制等服務。但是隨著網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛建設與應用,一個問題突顯出來,即互聯(lián)互通性。具體的說,主要體現(xiàn)在以下三個方面:

1)平臺與平臺之間。不同的視頻監(jiān)控平臺采用不同的私有協(xié)議,因此無法直接交互信息,形成了相對獨立的封閉系統(tǒng),難以共享監(jiān)控資源或將監(jiān)控資源供其它系統(tǒng)調度。

2)平臺與設備之間。視頻監(jiān)控管理平臺往往是平臺開發(fā)商針對某種設備而開發(fā),對于不同品牌的設備,甚至同一品牌不同型號的設備,常不具備通用性。這對于故障設備更換或系統(tǒng)擴容建設而添加前端設備等產(chǎn)生不利影響,造成系統(tǒng)平臺無法識別前端設備。

3)用戶與平臺之間。同一用戶在訪問不同的視頻監(jiān)控平臺時,常需要使用不同平臺所對應的客戶端軟件。即客戶端軟件不具備通用性,需要針對監(jiān)控平臺而切換,這在某些應用場合帶來不便。

這個問題的產(chǎn)生,一是由于視頻監(jiān)控平臺產(chǎn)品尚未成熟,仍有待于進一步發(fā)展;二是雖然一些行業(yè)、企業(yè)、地方標準已被制定,但常是一種使用或建設要求,對于影響聯(lián)網(wǎng)和資源共享的技術標準尚未統(tǒng)一[1],甚至存在沖突,而國際國內標準仍在研究制定中;三是由于不同廠家產(chǎn)品設備以及不同平臺的實現(xiàn)原理與技術有所不同,在標準未統(tǒng)一的前提下,通過自定義機制實現(xiàn)的設備和平臺,其業(yè)務流程、接口規(guī)范等均有差別;四是應用場景不同,系統(tǒng)根據(jù)用戶自身的特點來進行建設,但即使同一系統(tǒng),其建設往往分步分期,此間對系統(tǒng)的升級、需求的變更或與其他系統(tǒng)的融合,都會對互聯(lián)互通提出較高要求。正因如此,采用不同私有協(xié)議的平臺與設備難以互聯(lián)互通,“各自為政”的視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為了資源難以共享的信息孤島。

SIP(Session Initiation Protocol,會話初始協(xié)議)是由IETF提出的基于IP網(wǎng)絡的實時通信應用信令協(xié)議,用于建立、修改和終止多媒體會話[2],已被越來越多的應用于Vo IP、可視電話、視頻會議、即時通訊等領域。SIP采用了類似于HTTP的消息機制,將對信令的控制信息封裝到消息的頭字段中,通過在SIP網(wǎng)絡元素間傳遞消息來實現(xiàn)對呼叫的控制。由于其簡單、靈活、可擴展、移動性好等特性,它能夠有效地控制系統(tǒng)信令交互,非常適合于網(wǎng)絡視頻監(jiān)控應用,并且能夠滿足大規(guī)模監(jiān)控和分布式部署的需求。因此,采用SIP作為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信令控制協(xié)議,實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通,已成為業(yè)界的共識[3]。本文將設計一種能夠實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的基于SIP的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 基于SIP的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)的體系結構

網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由三部分組成,即前端單元、客戶端單元以及監(jiān)控平臺,其體系結構如圖1所示。

其中,前端單元主要負責音視頻信息的采集、編碼、網(wǎng)絡傳送,同時接收監(jiān)控平臺的控制。前端單元的設備主要有攝像機、DVR/DVS、IP攝像機、NVR、云臺、報警輸入輸出設備等。其中,DVR/DVS將攝像機采集到的模擬視頻信號轉換成數(shù)字信號,壓縮編碼后以IP數(shù)據(jù)包的形式上傳至IP網(wǎng)絡;而IP攝像機則直接輸出已壓縮編碼的IP數(shù)據(jù)包。

圖1 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)體系結構

客戶端單元用于客戶計算機訪問監(jiān)控平臺,在通過認證鑒權之后,對前端進行實時監(jiān)視與控制,亦可查看前端或監(jiān)控平臺存儲的歷史視頻資源?？蛻舳丝煞譃锽/S與C/S模式兩種,此外,電視墻(含監(jiān)視器、解碼服務器、視頻矩陣等)也是客戶端單元的一種形式,常用于大中型監(jiān)控中心。

監(jiān)控平臺是網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元,它負責實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務功能,并對整個系統(tǒng)進行管理與控制。本文將其劃分為中心管理服務器、Web服務器、設備代理、數(shù)據(jù)庫、媒體轉發(fā)服務器以及媒體存儲服務器等六個部分。

中心管理服務器實現(xiàn)前端設備與客戶端的SIP信令接入、處理、轉發(fā),并對系統(tǒng)、用戶、設備以及業(yè)務支撐信息進行管理。在SIP網(wǎng)絡中,中心管理服務器具有代理服務器、重定向服務器、注冊服務器等角色?；赟IP的前端設備可直接接入中心管理服務器;非SIP設備通過設備代理對其私有協(xié)議與SIP協(xié)議轉換翻譯后再接入中心管理服務器。對于客戶端而言,C/S模式的客戶端可直接與中心管理服務器進行基于SIP的通信;而B/S模式的客戶端在登錄Web服務器之后,通過Web服務器構建SIP消息,再與中心管理服務器進行基于SIP通信。

Web服務器的引入有利于C/S和B/S模式客戶端的融合。此時,Web服務器相當于Web客戶端訪問中心管理服務器的代理,“Web服務器與BS模式的客戶端”整體上實現(xiàn)了C/S模式的客戶端功能。

數(shù)據(jù)庫服務器實現(xiàn)了用戶、設備、配置、日志等數(shù)據(jù)信息的存儲,并可以起到位置服務器、AAA(認證/鑒權/計費服務器)等作用,以配合中心管理服務器對系統(tǒng)進行管控。

媒體存儲服務器實現(xiàn)了媒體信息的存儲、檢索與回放。網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)常具備三級存儲:前端設備存儲(如具備存儲功能的DVR/DVS等)、客戶端存儲以及監(jiān)控平臺存儲。媒體存儲服務器是監(jiān)控平臺的存儲單元。

媒體轉發(fā)服務器實現(xiàn)了媒體信息的轉移分發(fā)。當多用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)并對相同監(jiān)控資源實施監(jiān)控時,媒體轉發(fā)服務器通過流媒體組播技術,將接收到的監(jiān)控視頻IP包轉發(fā)給有監(jiān)控需求的客戶端,從而有效地節(jié)約網(wǎng)絡帶寬。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通的研究

下面從三個方面,逐一研究SIP在本網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通中的應用。

1)平臺與平臺之間

基于SIP的監(jiān)控平臺,接入IP網(wǎng)絡與其他基于SIP的監(jiān)控平臺相聯(lián),在SIP定位機制[2,4]的控制下,依據(jù)SIP消息相關頭字段取值和數(shù)據(jù)庫的存儲信息,將SIP消息在不同平臺之間傳輸(如圖2所示中的F1、F3信令流),建立平臺間的會話,實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。這里,SIP消息在平臺之間傳遞時,實際上是中心管理服務器以代理服務器的角色工作。而對于非SIP的監(jiān)控平臺,需通過SIP網(wǎng)關聯(lián)接到網(wǎng)絡,完成SIP協(xié)議與私有協(xié)議的轉換(如圖2所示中F2信令流)。

圖2 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通模型

一個監(jiān)控平臺及其所接入的前端設備、客戶端統(tǒng)稱為一個監(jiān)控域。SIP作為應用層的控制信令,可以在不同的監(jiān)控域拓撲結構上工作,實現(xiàn)監(jiān)控平臺間的互聯(lián)互通。常見的監(jiān)控域拓撲結構有扁平化架構和分層級聯(lián)式架構?；赟IP的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)對這兩種方式都具有很好的支持。因為中心管理服務器本身集成了SIP網(wǎng)絡服務器的功能,所以監(jiān)控平臺之間可以直接通信,從而使監(jiān)控域以扁平化架構方式平滑地互聯(lián)擴展,監(jiān)控域之間處于平等的地位;此外也可以通過配置中心管理服務器可訪問的下級域和可信任的上級域,實現(xiàn)網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分層級聯(lián),此時,監(jiān)控域之間具有嚴格的等級關系。

2)平臺與設備之間

基于SIP的前端設備,可直接接入監(jiān)控平臺(如圖監(jiān)控域A所示),但因為各個廠家的前端設備往往基于其私有協(xié)議,而本文所設計的監(jiān)控平臺基于SIP,所以在非SIP的前端設備和監(jiān)控平臺間引入設備代理,完成前端設備協(xié)議和SIP的轉換(如圖2中監(jiān)控域B所示)。

3)用戶與平臺之間

只要視頻監(jiān)控系統(tǒng)中各單元均采用SIP為信令控制協(xié)議并能正確理解消息體,整個系統(tǒng)就能實現(xiàn)信令交互[5]。因此,在C/S模式下,用戶可以使用統(tǒng)一SIP客戶端軟件,訪問不同的基于SIP的視頻監(jiān)控平臺。

此外,本文所設計的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將Web服務與監(jiān)控平臺其他服務相分離,Web服務器接受用戶的Web訪問,并兼具UA(用戶代理)功能,按客戶指示構建SIP消息,實現(xiàn)與監(jiān)控平臺的SIP信令交互。此時,對于用戶和中心管理服務器而言,“Web服務器+B/S客戶端”相當于“C/S客戶端”,從而將視頻監(jiān)控系統(tǒng)B/S和C/S兩種訪問模式統(tǒng)一起來。

4 結語

視頻監(jiān)控系統(tǒng)正越來越受到人們的重視,而互聯(lián)互通問題則阻礙視頻監(jiān)控的發(fā)展與應用,因此必須得到有效的解決。隨著SIP的逐漸完善與廣泛應用,相信SIP在視頻監(jiān)控領域會有更大的發(fā)展,既有利于視頻監(jiān)控系統(tǒng)內和系統(tǒng)間的互聯(lián)互通,也有利于與視頻會議等系統(tǒng)更廣泛的融合,這也正是將SIP應用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。

[1]鄭世寶.視頻監(jiān)控技術與市場走向:標準化急需統(tǒng)一,智能化尚待提高[J].電視技術,2008,32(5):37

[2]IETF RFC3261.SIP:Session Initiation Protocol[S]

[3]何青林,陳曹武,盧煜,等.基于SIP的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電視技術,2009,33(5):116～118

[4]IETF RFC3263.Session Initiation Protocol(SIP):Locating SIP Servers[S]

[5]趙哲峰,張剛,謝克明,等.基于SIP的視頻監(jiān)控服務器設計[J].太原理工大學學報,2009,40(4):337～340