劉 輝，羅曉勇，張 杰

(1.重慶郵電大學(xué)通信新技術(shù)應(yīng)用研究所，重慶 400065;2.重慶信科設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400065)

0 引言

在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像編碼技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，視頻監(jiān)控技術(shù)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(luò)視頻監(jiān)控階段，目前正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展［1］。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有H.323和SIP。H.323的視頻系統(tǒng)目前已經(jīng)比較成熟，但其體系結(jié)構(gòu)顯得龐大且較為復(fù)雜，SIP以其簡潔、靈活、易于實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展等特性而迅速得到業(yè)界的推崇，所以SIP作為未來市場視頻監(jiān)控的主流協(xié)議已成為業(yè)界共識。中國電信集團(tuán)也在其《中國電信家庭視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)范》中，推薦將SIP協(xié)議作為首選控制協(xié)議來實(shí)現(xiàn)［2］。

1 SIP協(xié)議分析

SIP(Session Initiation Protocol)協(xié)議［3］是一個(gè)在基于IP網(wǎng)絡(luò)中，特別是在Internet這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信應(yīng)用的一種信令協(xié)議。SIP工作在應(yīng)用層，可以在TCP、UDP、SCTP等多種傳輸層協(xié)議上，建立、修改和終止有多方參與的多媒體會(huì)話的進(jìn)程。其優(yōu)點(diǎn)在于，可以通過代理和重定向請求用戶當(dāng)前位置，以支持個(gè)人移動(dòng)性，精確的定位會(huì)話參與者。

1.1 SIP系統(tǒng)組成

SIP采用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)的工作方式。同時(shí)RFC3261中定義的SIP邏輯實(shí)體包括用戶代理(User A-gent，UA)，代理服務(wù)器(Proxy)，注冊服務(wù)器(Registrar)，重定向服務(wù)器(Redirect Server)。用戶代理分為兩個(gè)部分，客戶端(User Agent Client，UAC)負(fù)責(zé)發(fā)起呼叫，用戶代理服務(wù)器(User Agent Server，UAS)負(fù)責(zé)接受呼叫并做出相應(yīng)，二者共同組成用戶終端。代理服務(wù)器提供路由功能，負(fù)責(zé)將SIP用戶請求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的下一跳。重定向服務(wù)器則提供地址解析服務(wù)，其功能類似于DNS，通常將SIP呼叫的目的地址映射成一個(gè)或多個(gè)新地址。注冊服務(wù)器，用于接受和處理用戶端的注冊請求，完成用戶地址的注冊。

1.2 SIP消息

SIP是基于請求/響應(yīng)的事務(wù)處理模型，使用消息方式完成用戶會(huì)話的建立和管理。SIP消息分為兩類:SIP請求和SIP響應(yīng)，其中請求消息由UAC發(fā)往UAS，響應(yīng)消息由UAS發(fā)往UAC。這兩種消息都包含一個(gè)起始行、一個(gè)或多個(gè)消息頭、一個(gè)空行和一個(gè)可選的消息體。起始行可以區(qū)分請求消息和響應(yīng)消息;消息頭部用于標(biāo)識會(huì)話的各種相關(guān)參數(shù)，使其能被正確處理;消息體是用SDP等多種協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，用來對所要建立的會(huì)話進(jìn)行媒體協(xié)商。

SIP協(xié)議定義了6種請求方法:REGISTER，INVITE，ACK，BYE，OPTIONS，CANCEL。同時(shí)對應(yīng)地在文檔中還定義了6類響應(yīng)狀態(tài)碼，從1xx到6xx。其含義表示臨時(shí)響應(yīng)、成功響應(yīng)、重定向、客戶端錯(cuò)誤、服務(wù)器錯(cuò)誤、全局錯(cuò)誤。此外SIP協(xié)議根據(jù)不同的需求還定義了多種擴(kuò)展方法，本系統(tǒng)就主要采用擴(kuò)展的MESSAGE方法和INF0方法來實(shí)現(xiàn)信令的傳遞。

2 基于SIP的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，安防監(jiān)控也逐漸地向傳輸無線化、視頻高清化方向邁進(jìn)。中國移動(dòng)目前大力的倡導(dǎo)M2M概念而使得一些相對高端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成本逐漸降低。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷正是基于中國移動(dòng)M2M概念而衍生出來的，它使得TD無線網(wǎng)絡(luò)的高端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以應(yīng)用于安防監(jiān)控行業(yè)?；赟IP協(xié)議的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、監(jiān)控終端以及監(jiān)控管理平臺(tái)這3部分組成［4］。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 無線視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)監(jiān)控前端的硬件主要由攝像頭、紅外告警傳感器、音頻采集系統(tǒng)、DVS6467視頻處理平臺(tái)和TD330無線模塊組成。SIP協(xié)議模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控前端的認(rèn)證、注冊和信令的傳遞;紅外告警傳感器用于感知監(jiān)控前端的異常;攝像頭、音頻采集系統(tǒng)和DVS6467視頻處理平臺(tái)用來進(jìn)行音/視頻信號的采集、編碼、壓縮、分裝和加密;TD330無線模塊用于數(shù)據(jù)的收發(fā)。

監(jiān)控中心主要由SIP服務(wù)器、錄像模塊、視頻模塊、報(bào)警模塊和數(shù)據(jù)包處理模塊組成。SIP服務(wù)器用于提供認(rèn)證、注冊和路由轉(zhuǎn)發(fā)功能;錄像模塊用于記錄監(jiān)控前端的異常;視頻模塊用于觀察監(jiān)控前端的異常;報(bào)警模塊用于接收監(jiān)控前端的異常并返回消息;數(shù)據(jù)包處理模塊用于處理數(shù)據(jù)的收發(fā)。

客戶端系統(tǒng)主要由SIP協(xié)議模塊、用戶界面、音/視頻解碼模塊、數(shù)據(jù)包處理模塊組成。SIP協(xié)議模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控前端的認(rèn)證、注冊和信令的傳遞;數(shù)據(jù)包處理模塊用于接收數(shù)據(jù);音/視頻解碼模塊用于解碼接收的數(shù)據(jù);用戶界面用于播放視音頻流。

3 基于SIP的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，和會(huì)話相關(guān)的接口使用SIP協(xié)議，消息體使用SDP描述，媒體流采用RTP/RTCP協(xié)議。其中使用SIP和SDP結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信令的傳遞，比如會(huì)話的建立、修改和拆除，控制云臺(tái)、配置業(yè)務(wù)告警等均通過SIP信令來完成;RTP/RTCP用來在一對一(單播)或者一對多(多播)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

3.1 監(jiān)控設(shè)備的認(rèn)證和注冊

監(jiān)控設(shè)備要想實(shí)現(xiàn)注冊，必須要有一個(gè)IP地址。在此系統(tǒng)中客戶端和監(jiān)控中心與IP網(wǎng)絡(luò)相連，擁有固定的IP地址。但是監(jiān)控前端的TD無線是與最新的3G網(wǎng)絡(luò)相連，沒有固定的IP地址，只有在其初始化過程中啟用自動(dòng)撥號程序才可以獲得一個(gè)暫時(shí)的IP地址。注冊過程是建立媒體會(huì)話的前提，也是設(shè)備認(rèn)證的過程，只有這三者在SIP服務(wù)器上成功注冊后，發(fā)起方才能通過SIP服務(wù)器尋址到目標(biāo)設(shè)備。注冊過程是通過SIP協(xié)議文檔中REGISTER請求方法進(jìn)行的，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控設(shè)備注冊過程

3.2 監(jiān)控前端和監(jiān)控中心報(bào)警模塊的交互

監(jiān)控設(shè)備成功注冊后，當(dāng)監(jiān)控前端的傳感器檢測到攝像頭附近有可疑目標(biāo)，根據(jù)其停留時(shí)間判斷，按照相應(yīng)設(shè)定的告警級別對其作出響應(yīng)，并將告警級別通知監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)告警級別作出相應(yīng)的反饋，如圖3所示。終端模塊通過TD無線網(wǎng)絡(luò)模塊接收到監(jiān)控中心命令后，根據(jù)相應(yīng)的命令作出反應(yīng)。

3.3 監(jiān)控前端和監(jiān)控中心、客戶端的媒體流傳輸

達(dá)到監(jiān)控終端異常情況的警戒級別后，監(jiān)控中心向監(jiān)控前端發(fā)送啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控異常畫面命令使監(jiān)控前端啟動(dòng)相應(yīng)的攝像頭，并將此異常消息告知客戶端。接著就可以使監(jiān)控前端向監(jiān)控中心和客戶端傳輸媒體流，如圖4所示。客戶端可以根據(jù)畫面角度的需要遠(yuǎn)程控制攝像頭云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)時(shí)的監(jiān)控告警點(diǎn)，云臺(tái)的控制是通過上面介紹的MESSAGE消息實(shí)現(xiàn)。此外，也可以通過INFO消息修改一些視頻屬性，如圖5所示。

圖3 告警模塊間的消息傳遞

圖4 媒體流的傳輸

圖5 INFO消息的傳遞

3.4 客戶端的視頻點(diǎn)播

在某些情況下，客戶端也可以通過SIP服務(wù)器和監(jiān)控前端發(fā)生會(huì)話，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此情況下，監(jiān)控前端的媒體流直接發(fā)給客戶端，而不再發(fā)給監(jiān)控中心。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

基于以上無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，現(xiàn)對客戶端的實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行測試，由于告警監(jiān)控涉及某些隱私，本次測試暫不作處理。此次測試是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行，監(jiān)控前端得到的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)往基站，再通過寬帶網(wǎng)絡(luò)回傳到實(shí)驗(yàn)室的客戶端。測試結(jié)果截圖如圖6所示，是在四分屏的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一路視頻的傳輸。

5 小結(jié)

近些年來，基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控技術(shù)多數(shù)只局限于有線網(wǎng)絡(luò)。隨著國內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)的成熟并且成功商用，本系統(tǒng)順應(yīng)時(shí)代的需求，應(yīng)用3G無線傳輸技術(shù)，結(jié)合SIP協(xié)議融合了傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)和新時(shí)代的3G網(wǎng)絡(luò)，可以使其用于一些特殊場合和移動(dòng)環(huán)境。

圖6 測試結(jié)果(截圖)

［1］葉賈寧，吳學(xué)智.SIP在視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通中的應(yīng)用研究［J］.艦船電子工程，2010，30(1):148.

［2］陳瑩.基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用［D］.上海:上海交通大學(xué)，2008.

［3］ROSENBERG J，SCHULZRINNE H.RFC3261 IETF，SIP:Session Initiation Protocol［S］.2002.

［4］何青林，陳朝武，盧煜，等.基于SIP的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2009，33(5):116－117.