【摘要】本文利用SIP協(xié)議建立組呼來控制監(jiān)控?cái)z像頭，從而建立多路遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。論文介紹了基于Android系統(tǒng)的SIP協(xié)議棧JAIN-SIP和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，闡述了利用SIP擴(kuò)展消息完成組呼控制，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)遠(yuǎn)端監(jiān)控?cái)z像頭的呼叫控制。

【關(guān)鍵詞】AndroidSIP視頻監(jiān)控組呼

視頻監(jiān)控一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一，在經(jīng)歷了本地模擬視頻監(jiān)控、本地?cái)?shù)字視頻監(jiān)控、基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控的發(fā)展歷程之后，現(xiàn)有的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)部署、管理維護(hù)以及歷史記錄存儲(chǔ)管理等方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富詳實(shí)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于公安、電信、金融、交通、水利等部門[1]。

目前的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)多采用HTTP協(xié)議，視頻信息通過HTTP協(xié)議以流媒體方式進(jìn)行傳輸，所有媒體信息和前端控制信息都采用同一個(gè)HTTP通道，不做信息通道的區(qū)別。隨著監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，這種系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)于大規(guī)模的視頻監(jiān)控運(yùn)營(yíng)和集中化管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。將網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的媒體通道和控制通道進(jìn)行分離，能夠極大的幫助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的大規(guī)模部署、運(yùn)營(yíng)和管理[2]。此外，在控制通道采用統(tǒng)一的控制信令協(xié)議對(duì)于聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是非常關(guān)鍵的。在視頻監(jiān)控中并沒有一種專門為其制定的信令控制協(xié)議，但可以借鑒類似應(yīng)用中成熟的現(xiàn)有協(xié)議。SIP協(xié)議作為應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)中建立、修改和終止多媒體會(huì)話的應(yīng)用層協(xié)議，具備簡(jiǎn)單靈活、可擴(kuò)展和分布式控制等優(yōu)點(diǎn)，不限于VoIP的使用，在視頻監(jiān)控這個(gè)多媒體領(lǐng)域也能得到廣泛應(yīng)用。

一、SIP協(xié)議及其JAIN-SIP協(xié)議棧

SIP（Session Initiation Protocol）是IETF提出的一種協(xié)議，基于HTTP，但可以使用UDP或者TCP作為傳輸協(xié)議。它使用SDP描述多媒體會(huì)話，同時(shí)它是基于文本的。SIP建立、調(diào)整和終止多媒體會(huì)話[3]。

SIP協(xié)議定義了兩類實(shí)體：用戶代理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶代理（UA）是一個(gè)用于和用戶交互的SIP實(shí)體，即終端用戶設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器包括注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器。注冊(cè)服務(wù)器是指一個(gè)接受用戶注冊(cè)的SIP服務(wù)器，并將注冊(cè)信息保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中；代理服務(wù)器用于轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)話邀請(qǐng)信息給收件方的UA；重定向服務(wù)器則通過提供可選擇的位置幫助定位UA。

SIP消息[4]包含響應(yīng)消息和請(qǐng)求消息，這兩種消息的格式都包括一個(gè)開始行，一個(gè)或多個(gè)頭域，一個(gè)空行和一個(gè)可選的消息體。響應(yīng)消息以狀態(tài)行作為消息的第一行，狀態(tài)行包括協(xié)議版本號(hào)，狀態(tài)碼和原因說明，其間用空格隔開。狀態(tài)碼是一個(gè)從100到699的3位整數(shù)，代表對(duì)請(qǐng)求做出響應(yīng)的狀態(tài)：1××Informational（通知）、2××Successful（成功）、3××Redirection（重定向）、4××Request Failure（請(qǐng)求失?。?、5××Server Failure（服務(wù)器失?。┮约?××Global Failure（全局錯(cuò)誤）。請(qǐng)求消息包含六種，分別為INVITE（邀請(qǐng)）、ACK（確認(rèn)）、OPTIONS（可選項(xiàng)）、BYE（再見）、CANCEL（取消）及REGISTER（注冊(cè)）。

SIP協(xié)議擴(kuò)展主要有三種方式：方法擴(kuò)展、頭部擴(kuò)展、消息體擴(kuò)展。SIP消息頭是對(duì)消息進(jìn)行必要的描述，可以根據(jù)需要增加新的頭域以支持消息新的特性。

Google在2010年12月發(fā)布了Android 2.3系統(tǒng)，該版本提供了一套SIP協(xié)議棧供VOIP開發(fā)人員使用。該SIP協(xié)議框架是以Android的Binder機(jī)制和廣播（Broadcast）機(jī)制為基礎(chǔ)的一套IPC系統(tǒng)，并在內(nèi)部部分移植了JAIN-SIP協(xié)議棧（javax.sip）[5]。我們不需要關(guān)心底層實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只要從應(yīng)用層面的開發(fā)來看，只需獲取系統(tǒng)提供的SIP服務(wù)，并調(diào)用系統(tǒng)提供的方法即可，該框架的幾個(gè)重要的類位于android.net.sip包中。

二、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控端、SIP服務(wù)器及監(jiān)控管理平臺(tái)三部分構(gòu)成，如圖1所示。

2.2視頻監(jiān)控端模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)控端的硬件平臺(tái)采用采用ARM Cortex-A8處理器S5PV210，主頻1GHz，支持MPEG-4/MPEG2、H.264/H263、VC-1、DivX的視頻編解碼，支持JPEG硬件編解碼，最大支持8192×8192分辨率，內(nèi)部集成4G bits DDR2、2G bits SLC NAND FLASH。監(jiān)控端采用Android 2.3.1嵌入式源碼。

在Android系統(tǒng)中，要獲取視頻編碼數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的方法是將攝像頭捕獲的原始未經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)通過軟編碼的方式形成發(fā)送碼流，在Android平臺(tái)上要實(shí)現(xiàn)這種方法需要先配置響應(yīng)編碼器的makefile文件，然后利用Android NDK編譯器將編碼器提供的源文件編譯成Linux下可以使用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，再通過設(shè)計(jì)JNI接口供上層調(diào)用，這種方式成為Android平臺(tái)的庫(kù)移植?？梢灶A(yù)見這種方式的開發(fā)效率低，開發(fā)周期長(zhǎng)，因此本文不采取這種方式，而是利用硬件獲取編碼數(shù)據(jù)，通過Android的MediaRecorder方法回調(diào)硬件編碼芯片產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)，這種方式的速度快，效率高。其中需要用到Android的MediaRecorder類，該類用于實(shí)現(xiàn)音視頻錄制功能，可以設(shè)置視頻的編碼格式、視頻文件的輸出格式以及視頻文件的輸出方式等。本文采用的輸出格式為MP4格式，可以直接從MediaRecorder里面已經(jīng)生成好的視頻數(shù)據(jù)中提取出H.264的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都已經(jīng)過相應(yīng)的編碼。要獲取輸出流中的H.264編碼數(shù)據(jù)，首先定義一個(gè)LocalSocket作為輸出視頻數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，初始化并開啟MediaRecorder，向LocalSocket寫入MP4格式的H.264數(shù)據(jù)，最后開啟讀取線程，從緩沖區(qū)循環(huán)讀取H.264編碼數(shù)據(jù)。

2.3系統(tǒng)服務(wù)器

2.3.1SIP信令服務(wù)器

SIP信令服務(wù)器又可分為注冊(cè)服務(wù)器、代理服務(wù)器及位置服務(wù)器，相應(yīng)完成注冊(cè)、代理及定位功能。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控管理平臺(tái)與監(jiān)控端需要先向系統(tǒng)注冊(cè)；當(dāng)監(jiān)控管理平臺(tái)需要接入監(jiān)控端視頻時(shí)，通過系統(tǒng)向該監(jiān)控端發(fā)送INVITE請(qǐng)求。由于監(jiān)控管理平臺(tái)中需要能夠同時(shí)接入多路的視頻，因此系統(tǒng)采用組呼請(qǐng)求的方式來建立連接。

由于在SIP協(xié)議的基本協(xié)議中并不支持組呼功能，為此，本系統(tǒng)采用SIP消息頭擴(kuò)展方式，在組呼的INVITE請(qǐng)求的消息頭中加入了若干擴(kuò)展參數(shù)，形成組呼請(qǐng)求信令。同時(shí)，本系統(tǒng)還考慮了對(duì)語音呼叫的支持。其INVITE請(qǐng)求消息的格式大致如下：

INVITE sip：GroupNum@SIPServerAddress： Port SIP/2.0 Via：SIP/2.0/UDP SIPServerIp：Port； branch=z9hG4bKxxxxxx；rport

From：“MonitorName”；tag=xxxx

To： sip：GroupNum@SIPServerAddress： Port Call-ID： CSeq： 1 INVITE Max-Fowards：70

組呼的大致流程如圖2所示：（1）監(jiān)控中心向SIP服務(wù)器發(fā)送INVITE消息，請(qǐng)求建立組呼；（2）SIP服務(wù)器向監(jiān)控中心發(fā)送100 TRYING消息，通知其正在等待處理；（3）SIP服務(wù)器獲取被叫組的用戶信息等，按照被叫組的信息判決是否能夠執(zhí)行當(dāng)前組呼業(yè)務(wù)，若能則向被叫監(jiān)控端發(fā)送INVITE消息，被叫監(jiān)控端向SIP服務(wù)器發(fā)送100 TRYING消息，等待后續(xù)處理；（4）監(jiān)控端向SIP服務(wù)器發(fā)送200 OK消息，攜帶監(jiān)控端的接收端口，響應(yīng)組呼請(qǐng)求；（5）SIP服務(wù)器向被叫監(jiān)控端發(fā)送ACK，確認(rèn)組呼建立結(jié)果；（6）SIP服務(wù)器收到第一個(gè)被叫監(jiān)控端的200 OK消息后，向監(jiān)控中心發(fā)送200 OK消息，確認(rèn)組呼建立應(yīng)答；（7）監(jiān)控中心向SIP服務(wù)器發(fā)送ACK消息，反饋組呼建立確認(rèn)。

2.4監(jiān)控管理平臺(tái)

監(jiān)控管理平臺(tái)用于視頻監(jiān)控連接的建立、視頻流的接收、解碼播放以及遠(yuǎn)程控制等功能。監(jiān)控管理平臺(tái)可以查看和管理多個(gè)監(jiān)控端的視頻圖像，控制臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像畫面如圖3所示。

同時(shí)，本系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)無人值守監(jiān)控功能。利用圖像處理算法對(duì)比前后兩幅圖像是否發(fā)生變化來判斷指定區(qū)域是否有異常行為，一旦發(fā)生異常，監(jiān)控中心即發(fā)出警報(bào)信息。同樣，在監(jiān)控端也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，一旦攝像頭探測(cè)到異常信號(hào)（如人臉識(shí)別等），監(jiān)控端即向監(jiān)控管理中心發(fā)送MESSAGE消息，監(jiān)控管理中心以此判定有異常狀況，啟動(dòng)報(bào)警裝置。

三、結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式Android平臺(tái)的SIP遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)使用SIP協(xié)議來進(jìn)行傳輸?shù)慕⑴c控制，采用嵌入式終端來采集視頻，提高了系統(tǒng)的效率與穩(wěn)定。在嵌入式平臺(tái)上采用Android系統(tǒng)，便利了對(duì)視頻的編碼與傳輸。通過對(duì)SIP信令擴(kuò)展參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)組呼接入多路視頻的功能，同時(shí)自主監(jiān)控的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)更加智能化與人性化。由此可見，利用SIP協(xié)議的易擴(kuò)展性，通過SIP協(xié)議的擴(kuò)展能滿足更加多樣化的控制需求。