孫金萍

（徐州工程學院 信電工程學院，江蘇 徐州221008）

0 引 言

目前基于C/S模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用私有協(xié)議在Internet網(wǎng) 絡 上 進 行 控 制 和 視 頻 傳 輸［1－3］， 無 法 與H.248、H.323［4－5］、SIP（session initiation protocol）［6］、MGCP（media gateway control protocol）［7］等下一代電信公有協(xié)議的智能終端進行互聯(lián)互通［8－9］。如何實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公有協(xié)議多媒體智能終端互通，擴大系統(tǒng)在市場上的競爭力，吸收更多的終端業(yè)務，是必須考慮的問題。

H.248協(xié)議［10］是媒體網(wǎng)關控制器（media gateway controller，MGC）與媒體網(wǎng)關（media gateway，MG）之間的一種媒體網(wǎng)關控制協(xié)議［11］。它在協(xié)議功能、適用范圍、可擴展性和互通性等幾個方面都具有一定優(yōu)勢，能夠支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡應用，而且更便于對協(xié)議進行擴充。鑒于H.248協(xié)議的以上特點，選用H.248協(xié)議作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用層控制協(xié)議，來解決與公有協(xié)議NGN（next generation network）終端互聯(lián)互通的問題。

1 H.248協(xié)議分析

1.1 H.248協(xié)議中的命令

H.248協(xié)議中與監(jiān)控系統(tǒng)控制流程密切相關的4個命令分別是：

（1）Add命令［12］。使用Add命令可以向一個關聯(lián)中添加一個終結點。

（2）Subtract命令［13］。使用Subtract命令可以刪除一個終結點與它所在的關聯(lián)之間的聯(lián)系。

（3）Notify命令。MG使用Notify命令向 MGC報告MG中所發(fā)生的事件。

（4）ServiceChange命令。MG使用ServiceChange命令向MGC報告一個或者一組終結點將要退出服務或者剛剛進入服務。MG也可以使用ServiceChange命令向MGC注冊［14］。

1.2 H.248協(xié)議的消息結構

H.248協(xié)議發(fā)送或接收的信息單元稱為消息。一個消息包含一個或多個事務，消息內的事務是相互獨立的。每個Transaction Request請求激發(fā)一個事務，一個事務包含一個到多個動作，每個動作包含一系列與同一個Context相關的一個到多個命令。其結構如下［15］：

1.3 H.248協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的位置

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由媒體服務器、信令服務器、視頻服務器和客戶端組成。H.248協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中各個功能實體扮演如下角色：視頻服務器相當于媒體網(wǎng)關（MG）；信令服務器相當于媒體網(wǎng)關控制器（MGC）；客戶端相當于媒體網(wǎng)關（MG）?；贖.248協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡連接

1.4 H.248協(xié)議應用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可行性分析

監(jiān)控系統(tǒng)遠程控制的主要功能是服務器（MGC）向遠程客戶端（MG）和視頻服務器（MG）發(fā)送控制命令，并根據(jù)控制命令完成監(jiān)控的開啟、關閉或參數(shù)調整等功能。具體描述如下：

監(jiān)控的開啟：在客戶端、視頻服務器與服務器之間建立視頻會話的過程?？蛻舳讼蚍掌靼l(fā)出會話建立請求（使用Notify或ServiceChange命令），服務器進行驗證并響應請求，服務器命令客戶端創(chuàng)建關聯(lián)加入終結點（使用Add命令），服務器和客戶端之間成功建立RTP連接；服務器和視頻服務器之間RTP連接與上述流程基本一樣，只是以服務器發(fā)出會話建立請求開始，以視頻服務器響應請求，發(fā)送視頻數(shù)據(jù)結束。

監(jiān)控的關閉：終止視頻會話的過程，拆除客戶端和服務器、服務器和視頻服務器之間的RTP連接（使用Subtract或ServiceChange命令）。

參數(shù)的調整：對視頻服務器的參數(shù)調整（使用ServiceChange命令）。

由上面的分析可知，遠程控制實際上是對視頻會話的控制過程。監(jiān)控的開啟與關閉恰好對應了H.248協(xié)議所提供的呼叫建立與呼叫處理兩大功能，使用H.248命令集中的 Notify、ServiceChange、Add、Subtract命令。由此確定，無需對H.248協(xié)議進行擴展，將H.248協(xié)議應用于視頻監(jiān)控控制是完全可行的。

2 系統(tǒng)控制流程

基本控制流程包括：客戶端的注冊和注銷流程以及視頻服務器的注冊和注銷流程，流程如圖2所示。

圖2 客戶端和視頻服務器的注冊/注銷流程

2.1 客戶端注冊流程

H.248客戶端要開通視頻業(yè)務必須注冊到服務器。在H.248協(xié)議中，客戶端主動向服務器注冊所用的命令是Notify或ServerChange。服務器接收到這兩個請求，便進行身份驗證，并返回驗證結果，建立視頻會話，開啟視頻監(jiān)控。

（1）事件1：客戶端向服務器發(fā)送SVC＿CHG＿REQ消息進行注冊。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

第一行：MEGACO協(xié)議，版本為1?？蛻舳说椒掌?，客戶端的IP地址和端口號為： ［192.168.142.144］：2944。第二行：事務ID為 “3”。第三行：此時關聯(lián)為空。第四行：ServiceChange命令。終端ID為ROOT，表示該命令作用于整個客戶端。第五行：ServiceChange命令封裝的ServiceChange描述符。第六行：ServiceChange描述符參數(shù)。表示ServiceChangeMethod為 Restart，ServiceChangeReason為熱啟動。

（2）事件2：服務器收到客戶端的注冊消息后，回送響應給客戶端。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應的文本描述：

第一行：服務器到客戶端，服務器的IP地址和端口號為：［192.168.0.116］：2944。 第 二 行： 關 聯(lián) 為 空。ServiceChange命令作用于整個客戶端。表示服務器已經收到客戶端發(fā)過來的注冊事務，并且響應注冊成功。

2.2 客戶端注銷流程

H.248客戶端退出服務，需要向服務器進行注銷。

（1）事件1：客戶端向服務器發(fā)送SVC＿CHG＿REQ命令進行注銷，該命令中的ServiceChangeMethod設置為Graceful或Force。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

（2）事件2：服務器回送證實消息。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應的文本描述：

2.3 視頻服務器注冊/注銷流程

視頻服務器提供或退出視頻服務，需要向服務器進行注冊/注銷，其命令的文本格式與客戶端注冊/注銷流程所用到的命令格式基本一樣，在此不再贅述。

2.4 遠程控制的總體結構

如圖3所示，整個遠程控制部分由兩個層次構成：A層是應用邏輯層，負責客戶端和服務器控制事件的處理。B層是針對應用設計的H.248協(xié)議層，負責處理與H.248協(xié)議相關的所有事務，兩個層次之間通過緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)的交互。

圖3 遠程控制的總體結構

3 H.248協(xié)議控制模塊設計

將H.248協(xié)議棧分為3層，從下到上分別是傳輸層、報文處理層和H.248事件處理層。

3.1 H.248報文的解析與生成

H.248消息基于TCP協(xié)議傳輸，不論是發(fā)送還是接收都是以字串方式，對從網(wǎng)絡上收到的數(shù)據(jù)包進行解析，利用字符和數(shù)字匹配函數(shù)（函數(shù)主要有isdigit（）、isspace（）、isalpha（））找出協(xié)議各個字段的值，并將解析后的數(shù)據(jù)放入?yún)f(xié)議結構體的相應變量里。根據(jù)解析的結果，調用相關的呼叫處理函數(shù)，進行相應的操作。

每個H.248報文都有固定的結構，按照H.248協(xié)議的規(guī)定標準，定義如下的消息結構：

以2.1客戶端注冊報文為例，解析后的結果如圖4所示。

對于報文的生成，過程剛好與解析相反，只需要按照協(xié)議的要求，將對應的字段填到正確的位置。

圖4 H.248協(xié)議解析

3.2 H.248事件的處理

H.248事件處理是對客戶端、視頻服務器H.248事件和服務器H.248事件的處理。

3.2.1 客戶端、視頻服務器H.248事件的處理

客戶端 H.248事件是向服務器發(fā)出 Notify，Ser－viceChange和Subtract這3類請求。視頻服務器H.248事件是對服務器發(fā)出的Add呼叫請求做出響應。

以客戶端的呼叫建立為例，狀態(tài)機如圖5所示。客戶端向服務器發(fā)送呼叫請求（notify），服務器回復已收到通知，服務器分析客戶端的請求，確定客戶端要求建立連接，于是就命令客戶端創(chuàng)建關聯(lián)（add），并攜帶自身的SDP信息?？蛻舳耸盏浇⑦B接的請求，并創(chuàng)建關聯(lián)，攜帶自身的SDP信息。雙方協(xié)商完成，如果匹配則呼叫建立，否則呼叫失敗。

圖5 客戶端呼叫建立的狀態(tài)機

3.2.2 服務器 H.248事件的處理

服務器H.248事件負責向視頻服務器發(fā)起H.248呼叫請求和處理客戶端發(fā)起的呼叫請求，并根據(jù)請求命令做出相應的處理。以服務器向視頻服務器發(fā)起請求為例，狀態(tài)機如圖6所示。服務器向視頻服務器發(fā)送視頻請求（ServiceChange），視頻服務器收到后回送響應（reply），并調用開始編碼功能，視頻服務器和服務器之間的視頻通道成功建立。

圖6 服務器和視頻服務器建立視頻通道的狀態(tài)機

4 實驗結果分析

4.1 運行結果分析

硬件環(huán)境主要由視頻服務器、云臺攝像機和普通的PC機構成，視頻服務器和PC機通過交換機接入局域網(wǎng)；軟件環(huán)境主要是運行在PC機上由VC＋＋開發(fā)的軟件系統(tǒng)。搭建的多服務器網(wǎng)絡層次結構及容災機制如圖7所示。該網(wǎng)絡層次使用二叉樹表示，并有一個頂級服務器（192.168.0.116），頂級服務器使用雙機備份的方式。

圖7 多服務器網(wǎng)絡層次

客戶端運行在192.168.142.144計算機上，登錄界面如圖8所示。在H.248協(xié)議和私有協(xié)議兩種登錄模式下，客戶端同服務器之間以及服務器同視頻服務器之間均能正常建立會話。登錄成功后的監(jiān)控界面如圖9所示。由圖9可知，ping命令顯示視頻服務器在線，視頻服務器通道參數(shù)正確獲取，監(jiān)控畫面實時傳遞，Windows操作系統(tǒng)運行正常。

圖8 客戶端登錄界面

4.2 協(xié)議包分析

圖10是系統(tǒng)運行期間捕獲到的數(shù)據(jù)包，可以看出在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中H.248協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是正常的。

其中第四、五行，是傳輸控制協(xié)議的內容：第四行是RPC協(xié)議的請求端，源地址是192.168.142.144，目的地址是192.168.0.116；第五行是RPC協(xié)議的服務端，即該數(shù) 據(jù) 包 是 從 服 務 器 192.168.0.116 發(fā) 往 客 戶 端192.168.142.144；其中也承載了H.248協(xié)議內容。其余幾行 都 是 由 服 務 器 192.168.0.116 發(fā) 給 客 戶 端192.168.142.144的視頻數(shù)據(jù)包，說明客戶端接收的是服務器轉發(fā)的設備視頻流。由圖10還可以看出，視頻流傳輸使用的是UDP協(xié)議。

5 結束語

為了解決基于私有協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公有協(xié)議的多媒體智能終端互聯(lián)互通問題，將H.248協(xié)議引入到Internet網(wǎng)絡并應用于C/S模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。實驗結果表明，系統(tǒng)的客戶端、視頻服務器同服務器能夠嚴格按照H.248協(xié)議的呼叫流程建立音視頻通話，并在呼叫建立的基礎上進行視頻監(jiān)控，視頻流通道和視頻服務器參數(shù)控制通道獨立正確運行，實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)私有協(xié)議向公有H.248協(xié)議的移植，為監(jiān)控系統(tǒng)同其他公有協(xié)議多媒體智能終端互聯(lián)互通提供依據(jù)。

［1］LI Runzhi，GUO Chunyi，F(xiàn)AN Ming.Research on P2Plive streaming cache replacement ［J］.Computer Engineering and Design，2011，32（1）：58－61（in Chinese）. ［李潤知，郭純一，范明.P2P流媒體直播分布式緩存替換算法研究 ［J］.計算機工程與設計，2011，32（1）：58－61.］

［2］ZONG Wenjie，YU Qingsong.Research on GIS－based video surveillance system ［J］.Computer Engineering and Design，2011，32（2）：745－748（in Chinese）.［宗文杰，余青松.基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究 ［J］.計算機工程與設計，2011，32（2）：745－748.］

［3］Brandenburg C，Arnberger A.Video monitoring forest visitors：An approach to gain more insightful data［J］.Centralblatt fur das gesamte Forstwesen，2005，122（1）：19－35.

［4］TAN Wen，LI Zhipan.Chaos control for synchronization of chaotic system ［J］.Computer Engineering and Applications，2011，47（4）：219－222（in Chinese）.［譚文，李志攀.一個混沌系統(tǒng)的同步控制研究 ［J］.計算機工程與應用，2011，47（4）：219－222.］

［5］GAO Yuzhi，ZHU Zhenmin，XIAO Jianhua.Transport of MPEG－4video based on H.323system ［J］.Computer Engineering and Design，2009，30（4）：934－937（in Chinese）.［高玉之，朱珍民，肖建華.基于H.323系統(tǒng)的MPEG－4視頻傳輸 ［J］.計算機工程與設計，2009，30（4）：934－937.］

［6］LING Qinghua，SHI Zhiqiang.Design and implementation of SIP－based network video surveillance system ［J］.Computer Engineering，2007，33（2）：261－263（in Chinese）.［凌慶華，石志強.基于SIP的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) ［J］.計算機工程，2007，33（2）：261－263.］

［7］WANG Zhixia，WANG Guangsheng.Application of simplified MGCP protocol in VoIP ［J］.Computer Engineering and Design，2006，27（6）：1098－1100（in Chinese）.［王智霞，王廣生.簡化MGCP協(xié)議在VoIP中的應用 ［J］.計算機工程與設計，2006，27（6）：1098－1100.］

［8］YAN Danfeng，YANG Fangchun.Research of universal service management model in NGN ［J］.Acta Electronica Sinica，2007，35（10）：1828－1832（in Chinese）.［閆丹鳳，楊放春.下一代網(wǎng)絡通用業(yè)務管理模型研究 ［J］.電子學報，2007，35（10）：1828－1832.］

［9］RAO Xiang，ZHANG Shunyi.Next generation network resource allocation method based on cooperative game and decision－marking in advance ［J］.Journal on Communications，2009，30（4）：60－65（in Chinese）.［饒翔，張順頤.基于預判與合作博弈的下一代網(wǎng)絡資源優(yōu)化分配方法 ［J］.通信學報，2009，30（4）：60－65.］

［10］WU Naixing，LIAO Jianxin.Research on protocol interaction between H.248and SIP in multimedia session in NGN ［J］.Computer Engineering and Applications，2005，（12）：26－30（in Chinese）.［吳乃星，廖建新.下一代網(wǎng)絡媒體會話中H.248與SIP之間協(xié)議協(xié)作的研究 ［J］.計算機工程與應用，2005，（12）：26－30.］

［11］ZHANG Wanli.Design and implementation of H.248－based media gateway ［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2006：25－60（in Chinese）. ［張婉麗.基于H.248協(xié)議的媒體網(wǎng)關的設計與實現(xiàn) ［D］.成都：電子科技大學，2006：25－60.］

［12］SONG Bing，GUO Chunfang，QIN Hao.A bandwidth allocation strategy for video communications based on H.248protocol ［J］.Acta Electronica Sinica，2009，37（2）：393－397（in Chinese）.［宋彬，郭春芳，秦浩.基于H.248協(xié)議的視頻通信帶寬分配策略 ［J］.電子學報，2009，37（2）：393－397.］

［13］LIU Zhenhua，CHEN Jian.Parsing of singaling for H.248/MEGACO protocol in next generation network ［J］.Communications Technology，2009，42（3）：149－150（in Chinese）.［劉振華，陳健.H.248/MEGACO協(xié)議在NGN中的信令解析 ［J］.通信技術，2009，42（3）：149－150.］

［14］CHEN Xin.Research on appliance and implementation of H.248［D］.Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2006：20－40（in Chinese）.［陳鑫.H.248協(xié)議應用與實現(xiàn)研究 ［D］.南京：南京航空航天大學，2006：20－40.］

［15］ZHANG Jing.Implementation of H.248and ITS extension［D］.Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications，2009：10－35（in Chinese）.［張晶.H.248協(xié)議的功能實現(xiàn)和擴展 ［D］.北京：北京郵電大學，2009：10－35.］