葉賈寧 吳學(xué)智

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

1 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。隨著“平安城市”監(jiān)控報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)以及“全球眼”、“寬視界”等運(yùn)營(yíng)級(jí)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的推進(jìn),網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也逐漸從政府、金融、電力等傳統(tǒng)安防領(lǐng)域延伸至社會(huì)治安、教育、交通、企業(yè)、家庭等諸多領(lǐng)域。

2 傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析

隨著視頻監(jiān)控規(guī)模的擴(kuò)大,前端監(jiān)控設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多,因此在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引入了監(jiān)控平臺(tái)的概念。監(jiān)控平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理、設(shè)備管理、用戶管理、網(wǎng)絡(luò)管理等功能,用戶不再是直接訪問(wèn)前端監(jiān)控設(shè)備查看監(jiān)控視頻,而是由監(jiān)控平臺(tái)提供視頻訪問(wèn)和控制等服務(wù)。但是隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛建設(shè)與應(yīng)用,一個(gè)問(wèn)題突顯出來(lái),即互聯(lián)互通性。具體的說(shuō),主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

1)平臺(tái)與平臺(tái)之間。不同的視頻監(jiān)控平臺(tái)采用不同的私有協(xié)議,因此無(wú)法直接交互信息,形成了相對(duì)獨(dú)立的封閉系統(tǒng),難以共享監(jiān)控資源或?qū)⒈O(jiān)控資源供其它系統(tǒng)調(diào)度。

2)平臺(tái)與設(shè)備之間。視頻監(jiān)控管理平臺(tái)往往是平臺(tái)開(kāi)發(fā)商針對(duì)某種設(shè)備而開(kāi)發(fā),對(duì)于不同品牌的設(shè)備,甚至同一品牌不同型號(hào)的設(shè)備,常不具備通用性。這對(duì)于故障設(shè)備更換或系統(tǒng)擴(kuò)容建設(shè)而添加前端設(shè)備等產(chǎn)生不利影響,造成系統(tǒng)平臺(tái)無(wú)法識(shí)別前端設(shè)備。

3)用戶與平臺(tái)之間。同一用戶在訪問(wèn)不同的視頻監(jiān)控平臺(tái)時(shí),常需要使用不同平臺(tái)所對(duì)應(yīng)的客戶端軟件。即客戶端軟件不具備通用性,需要針對(duì)監(jiān)控平臺(tái)而切換,這在某些應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)不便。

這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生,一是由于視頻監(jiān)控平臺(tái)產(chǎn)品尚未成熟,仍有待于進(jìn)一步發(fā)展;二是雖然一些行業(yè)、企業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)已被制定,但常是一種使用或建設(shè)要求,對(duì)于影響聯(lián)網(wǎng)和資源共享的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一[1],甚至存在沖突,而國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍在研究制定中;三是由于不同廠家產(chǎn)品設(shè)備以及不同平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)原理與技術(shù)有所不同,在標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一的前提下,通過(guò)自定義機(jī)制實(shí)現(xiàn)的設(shè)備和平臺(tái),其業(yè)務(wù)流程、接口規(guī)范等均有差別;四是應(yīng)用場(chǎng)景不同,系統(tǒng)根據(jù)用戶自身的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行建設(shè),但即使同一系統(tǒng),其建設(shè)往往分步分期,此間對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)、需求的變更或與其他系統(tǒng)的融合,都會(huì)對(duì)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(tái)與設(shè)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(huì)話初始協(xié)議)是由IETF提出的基于IP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信應(yīng)用信令協(xié)議,用于建立、修改和終止多媒體會(huì)話[2],已被越來(lái)越多的應(yīng)用于Vo IP、可視電話、視頻會(huì)議、即時(shí)通訊等領(lǐng)域。SIP采用了類似于HTTP的消息機(jī)制,將對(duì)信令的控制信息封裝到消息的頭字段中,通過(guò)在SIP網(wǎng)絡(luò)元素間傳遞消息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫的控制。由于其簡(jiǎn)單、靈活、可擴(kuò)展、移動(dòng)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(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)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(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信令控制協(xié)議,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通,已成為業(yè)界的共識(shí)[3]。本文將設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3 基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)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(tái),其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中,前端單元主要負(fù)責(zé)音視頻信息的采集、編碼、網(wǎng)絡(luò)傳送,同時(shí)接收監(jiān)控平臺(tái)的控制。前端單元的設(shè)備主要有攝像機(jī)、DVR/DVS、IP攝像機(jī)、NVR、云臺(tái)、報(bào)警輸入輸出設(shè)備等。其中,DVR/DVS將攝像機(jī)采集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),壓縮編碼后以IP數(shù)據(jù)包的形式上傳至IP網(wǎng)絡(luò);而IP攝像機(jī)則直接輸出已壓縮編碼的IP數(shù)據(jù)包。

圖1 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

客戶端單元用于客戶計(jì)算機(jī)訪問(wèn)監(jiān)控平臺(tái),在通過(guò)認(rèn)證鑒權(quán)之后,對(duì)前端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制,亦可查看前端或監(jiān)控平臺(tái)存儲(chǔ)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(wù)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(tái)是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元,它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理與控制。本文將其劃分為中心管理服務(wù)器、Web服務(wù)器、設(shè)備代理、數(shù)據(jù)庫(kù)、媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器以及媒體存儲(chǔ)服務(wù)器等六個(gè)部分。

中心管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備與客戶端的SIP信令接入、處理、轉(zhuǎn)發(fā),并對(duì)系統(tǒng)、用戶、設(shè)備以及業(yè)務(wù)支撐信息進(jìn)行管理。在SIP網(wǎng)絡(luò)中,中心管理服務(wù)器具有代理服務(wù)器、重定向服務(wù)器、注冊(cè)服務(wù)器等角色。基于SIP的前端設(shè)備可直接接入中心管理服務(wù)器;非SIP設(shè)備通過(guò)設(shè)備代理對(duì)其私有協(xié)議與SIP協(xié)議轉(zhuǎn)換翻譯后再接入中心管理服務(wù)器。對(duì)于客戶端而言,C/S模式的客戶端可直接與中心管理服務(wù)器進(jìn)行基于SIP的通信;而B(niǎo)/S模式的客戶端在登錄Web服務(wù)器之后,通過(guò)Web服務(wù)器構(gòu)建SIP消息,再與中心管理服務(wù)器進(jìn)行基于SIP通信。

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

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了用戶、設(shè)備、配置、日志等數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ),并可以起到位置服務(wù)器、AAA(認(rèn)證/鑒權(quán)/計(jì)費(fèi)服務(wù)器)等作用,以配合中心管理服務(wù)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管控。

媒體存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了媒體信息的存儲(chǔ)、檢索與回放。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)常具備三級(jí)存儲(chǔ):前端設(shè)備存儲(chǔ)(如具備存儲(chǔ)功能的DVR/DVS等)、客戶端存儲(chǔ)以及監(jiān)控平臺(tái)存儲(chǔ)。媒體存儲(chǔ)服務(wù)器是監(jiān)控平臺(tái)的存儲(chǔ)單元。

媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了媒體信息的轉(zhuǎn)移分發(fā)。當(dāng)多用戶并發(fā)訪問(wèn)系統(tǒng)并對(duì)相同監(jiān)控資源實(shí)施監(jiān)控時(shí),媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器通過(guò)流媒體組播技術(shù),將接收到的監(jiān)控視頻IP包轉(zhuǎn)發(fā)給有監(jiān)控需求的客戶端,從而有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)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(gè)方面,逐一研究SIP在本網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通中的應(yīng)用。

1)平臺(tái)與平臺(tái)之間

基于SIP的監(jiān)控平臺(tái),接入IP網(wǎng)絡(luò)與其他基于SIP的監(jiān)控平臺(tái)相聯(lián),在SIP定位機(jī)制[2,4]的控制下,依據(jù)SIP消息相關(guān)頭字段取值和數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)信息,將SIP消息在不同平臺(tái)之間傳輸(如圖2所示中的F1、F3信令流),建立平臺(tái)間的會(huì)話,實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。這里,SIP消息在平臺(tái)之間傳遞時(shí),實(shí)際上是中心管理服務(wù)器以代理服務(wù)器的角色工作。而對(duì)于非SIP的監(jiān)控平臺(tái),需通過(guò)SIP網(wǎng)關(guān)聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò),完成SIP協(xié)議與私有協(xié)議的轉(zhuǎn)換(如圖2所示中F2信令流)。

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

一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)及其所接入的前端設(shè)備、客戶端統(tǒng)稱為一個(gè)監(jiān)控域。SIP作為應(yīng)用層的控制信令,可以在不同的監(jiān)控域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上工作,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)間的互聯(lián)互通。常見(jiàn)的監(jiān)控域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有扁平化架構(gòu)和分層級(jí)聯(lián)式架構(gòu)。基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這兩種方式都具有很好的支持。因?yàn)橹行墓芾矸?wù)器本身集成了SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的功能,所以監(jiān)控平臺(tái)之間可以直接通信,從而使監(jiān)控域以扁平化架構(gòu)方式平滑地互聯(lián)擴(kuò)展,監(jiān)控域之間處于平等的地位;此外也可以通過(guò)配置中心管理服務(wù)器可訪問(wèn)的下級(jí)域和可信任的上級(jí)域,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分層級(jí)聯(lián),此時(shí),監(jiān)控域之間具有嚴(yán)格的等級(jí)關(guān)系。

2)平臺(tái)與設(shè)備之間

基于SIP的前端設(shè)備,可直接接入監(jiān)控平臺(tái)(如圖監(jiān)控域A所示),但因?yàn)楦鱾€(gè)廠家的前端設(shè)備往往基于其私有協(xié)議,而本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控平臺(tái)基于SIP,所以在非SIP的前端設(shè)備和監(jiān)控平臺(tái)間引入設(shè)備代理,完成前端設(shè)備協(xié)議和SIP的轉(zhuǎn)換(如圖2中監(jiān)控域B所示)。

3)用戶與平臺(tái)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(gè)系統(tǒng)就能實(shí)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(wèn)不同的基于SIP的視頻監(jiān)控平臺(tái)。

此外,本文所設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將Web服務(wù)與監(jiān)控平臺(tái)其他服務(wù)相分離,Web服務(wù)器接受用戶的Web訪問(wèn),并兼具UA(用戶代理)功能,按客戶指示構(gòu)建SIP消息,實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控平臺(tái)的SIP信令交互。此時(shí),對(duì)于用戶和中心管理服務(wù)器而言,“Web服務(wù)器+B/S客戶端”相當(dāng)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(wèn)模式統(tǒng)一起來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

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

[1]鄭世寶.視頻監(jiān)控技術(shù)與市場(chǎng)走向:標(biāo)準(zhǔn)化急需統(tǒng)一,智能化尚待提高[J].電視技術(shù),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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),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(wù)器設(shè)計(jì)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,40(4):337～340