李奕

關(guān)鍵詞：SIP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；呼叫機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字視頻以及通信等技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，在IP網(wǎng)絡(luò)中如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻連接、高效視頻流編解碼成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究的重要熱點(diǎn)。同時(shí)，為了能夠在互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、多媒體會(huì)話，需要先解決每個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之間存在的互通性問題。基于此，本文利用SIP（SessionInitiation Protocol） 協(xié)議[1]的呼叫機(jī)制，設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。因引入了SIP，該系統(tǒng)擁有高靈活性和擴(kuò)展性，能夠借助代理、重定向等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控請(qǐng)求，解決每個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之間存在的互通性問題，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)視頻采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。同時(shí)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和視頻信號(hào)傳輸技術(shù)，進(jìn)一步提高了媒體的解碼質(zhì)量和效率。

1 SIP 協(xié)議概述

SIP是一種能夠在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)通信應(yīng)用層控制協(xié)議和消息協(xié)議，SIP和SMTP一樣都是易操作的文本傳輸編碼模式，在視頻通信領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。它主要包括用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP） 與傳輸控制協(xié)議（TCP） 兩種，能夠?qū)⒌讓屿`活地結(jié)合在一塊。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，SIP協(xié)議能夠創(chuàng)建、終止以及修改多個(gè)參與者所參加的多媒體會(huì)話進(jìn)程，同時(shí)還能夠?yàn)橛脩裘挠成湟约爸囟ㄏ蚍?wù)提供支持。SIP消息主要分為兩種：請(qǐng)求消息和響應(yīng)消息，前者是客戶端到服務(wù)器，后者是服務(wù)器到客戶端。不管是哪一種消息均是由單個(gè)起始行、單個(gè)字段或者多個(gè)字段組成的消息頭、可選項(xiàng)的消息體以及單個(gè)標(biāo)志消息頭結(jié)束的空行四個(gè)部分組成。其中，消息頭主要提供了對(duì)應(yīng)消息的進(jìn)一步信息，讓其能得到正確的處理，消息體則是對(duì)即將建立的會(huì)話進(jìn)行描述，如傳輸速率、媒體流類型以及協(xié)商編碼的類型等[2]。因此，SIP協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 基于SIP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作原理

基于SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理如下所述：首先，在SIP服務(wù)器中注冊(cè)系統(tǒng)終端，這樣若是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺(tái)需要對(duì)某個(gè)終端進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，就可以直接向系統(tǒng)發(fā)出接入請(qǐng)求，通過(guò)SIP服務(wù)器就能夠直接查到終端的地址，并建立起連接；其次，連接建立之后，終端系統(tǒng)就可以將所采集得到的音視頻模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，借助編碼器（MPEC-4編碼）編碼之后，將其上傳到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)器當(dāng)中，由服務(wù)器對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行IP封裝處理，并發(fā)送給管理平臺(tái)[3]。

2.2 系統(tǒng)主要構(gòu)成設(shè)計(jì)

基于SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由三個(gè)部分組成：視頻終端、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺(tái)及SIP服務(wù)器。具體架構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1所示。其中，視頻終端的設(shè)計(jì)主要是基于SIP信令實(shí)現(xiàn)的，它擁有信號(hào)采集、信號(hào)處理以及前端攝像機(jī)控制等功能，在SIP中可以將其看作具有媒體通訊功能的UA客戶端。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)作為一個(gè)擁有SIP的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，用戶通過(guò)該設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能夠借助擴(kuò)展的SIP信令，授權(quán)用戶對(duì)云臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行操控。管理平臺(tái)的組成部分主要包括監(jiān)控服務(wù)器、SIP移動(dòng)終端以及監(jiān)視中心（電視機(jī)）等。SIP服務(wù)器系統(tǒng)的組成主要包括了報(bào)警、信令、媒體以及存儲(chǔ)四個(gè)服務(wù)器。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)向服務(wù)器發(fā)出監(jiān)控請(qǐng)求之后，就可以通過(guò)SIP服務(wù)器找到對(duì)應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備，再將相關(guān)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到視頻嵌入式終端系統(tǒng)上。

2.3 視頻終端設(shè)計(jì)

視頻嵌入式終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用Z228芯片多媒體應(yīng)用處理器實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻采集、A/D轉(zhuǎn)換、編碼以及發(fā)送四項(xiàng)功能，且單芯片包含了MPEC-4 硬件編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻的碼率參數(shù)進(jìn)行配置，以及視頻流采集、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)輸出等作用。在應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)連接的攝像頭，將所采集的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后，上傳到集成了硬件編碼器和處理器的芯片當(dāng)中，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理后，生成具有高壓縮比的MPEC-4格式的數(shù)據(jù)，再利用RJ45接口將其上傳到網(wǎng)絡(luò)上。同時(shí)，攝像頭設(shè)備還連接著云臺(tái)，這樣一來(lái)利用云臺(tái)可以對(duì)攝像頭的移動(dòng)進(jìn)行控制。

當(dāng)SIP連接成功后，即可完成雙方網(wǎng)絡(luò)視頻通道的搭建，然后在IP層上進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳輸，比如采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP） 或者實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP） ，通過(guò)UDP完成數(shù)據(jù)傳輸，兩者之間的搭配應(yīng)用，可以使得傳輸效率達(dá)到最佳[4]。

2.4 SIP 服務(wù)器設(shè)計(jì)

2.4.1 媒體服務(wù)器

SIP協(xié)議主要用來(lái)構(gòu)建、改變、認(rèn)證以及終止基于IP網(wǎng)絡(luò)的單路或者多路SIP視頻接入，在接入的過(guò)程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)多路的音視頻或文本等不同類型媒體的會(huì)話。而SIP服務(wù)器的設(shè)計(jì)主要由信令、媒體以及監(jiān)控三個(gè)服務(wù)器組成。其中，從媒體服務(wù)器方面來(lái)看，在SIP服務(wù)器中主要起到對(duì)多媒體流數(shù)據(jù)的錄像、點(diǎn)播以及轉(zhuǎn)發(fā)等功能。具體應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)和視頻采集終端之間完成連接后，該服務(wù)器就會(huì)成功建立起映射關(guān)系，同時(shí)視頻采集終端會(huì)將監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像，經(jīng)過(guò)MPEC-4編碼打包之后上傳到媒體服務(wù)器中，然后該服務(wù)器會(huì)根據(jù)映射關(guān)系，將視頻發(fā)送到監(jiān)控管理平臺(tái)。并且，該平臺(tái)也可以通過(guò)此方法完成對(duì)視頻采集終端的控制命令的發(fā)送。此外，媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)還具有視頻流存儲(chǔ)點(diǎn)播的功能。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的龐大體系，單個(gè)的媒體服務(wù)器無(wú)法充分滿足整個(gè)系統(tǒng)的需求，可以對(duì)服務(wù)器進(jìn)行擴(kuò)展，利用多臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)并發(fā)協(xié)作，為系統(tǒng)提供服務(wù)支持[5]。

2.4.2 SIP 信令服務(wù)器

SIP終端的注冊(cè)和網(wǎng)絡(luò)連接建立離不開SIP信令服務(wù)器的支持。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，視頻終端和管理平臺(tái)會(huì)先通過(guò)SIP注冊(cè)服務(wù)器進(jìn)行注冊(cè)，然后當(dāng)監(jiān)控中心和某路的視頻建立起連接后，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件會(huì)通過(guò)SIP服務(wù)器向特定的視頻終端發(fā)起Invite請(qǐng)求，最后由監(jiān)控軟件向視頻終端發(fā)送確認(rèn)包，以此實(shí)現(xiàn)通話建立。

2.4.3 監(jiān)控服務(wù)器

監(jiān)控服務(wù)器的設(shè)計(jì)主要起到了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的作用，比如，當(dāng)通過(guò)攝像機(jī)采集到異常信號(hào)之后，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將其上傳到自動(dòng)報(bào)警裝置中，這時(shí)報(bào)警裝置就會(huì)采用移動(dòng)短信通信、電話等方式，自動(dòng)向用戶、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控人員等發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并將現(xiàn)場(chǎng)的具體情況一同發(fā)送過(guò)去。

2.5 媒體數(shù)據(jù)發(fā)送

當(dāng)SIP成功完成連接操作之后，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙方的視頻通道連接構(gòu)建，接著，通過(guò)IP層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)的傳輸，并采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP） 和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP） 兩種協(xié)議，借助UDP完成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)。同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議這兩種協(xié)議之間的有效配合，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議擁有實(shí)時(shí)的特征，能夠進(jìn)行端到端之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)。因此，將其應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)當(dāng)中，通過(guò)引入載荷標(biāo)志、序號(hào)以及同步源標(biāo)識(shí)符和時(shí)間戳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議包頭，搭配數(shù)據(jù)報(bào)套接字，能夠通過(guò)IP 地址網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)RTP數(shù)據(jù)包的傳輸。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，不僅控制了信息的交換，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的管理。所以，在RTP會(huì)話過(guò)程當(dāng)中，可以對(duì)已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包或者丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.6 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，起到了將用戶端信息通過(guò)SIP協(xié)議上傳到服務(wù)器端的作用。首先，用戶可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中寫入命令指令，并利用實(shí)時(shí)監(jiān)聽機(jī)制，將得到的信息上傳到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器中。若是命令得到執(zhí)行，那么可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的信息進(jìn)行處理，這樣一來(lái)能夠有效降低數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載[6]。其次，經(jīng)SIP協(xié)議所傳輸?shù)南⒃谏蟼鞯椒?wù)器這一過(guò)程中，會(huì)被監(jiān)聽，并將其結(jié)果上傳到界面上進(jìn)行顯示。

3 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理平臺(tái)主要具有遠(yuǎn)程連接視頻并進(jìn)行控制的作用，以及對(duì)視頻流的接收解碼功能、回訪功能。因此，該平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要由4個(gè)模塊構(gòu)成：SIP、遠(yuǎn)程控制、XVID以及RTP模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻的遠(yuǎn)程連接、遠(yuǎn)程控制以及解碼播放功能。并且，該平臺(tái)還能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路視頻的自動(dòng)監(jiān)控、視頻互動(dòng)數(shù)據(jù)錄像和拍照、云臺(tái)或攝像頭的控制。最后，根據(jù)具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警。

3.2 MPEG-4解碼

通過(guò)SIP服務(wù)器所轉(zhuǎn)發(fā)的視頻流需要對(duì)其進(jìn)行解碼處理，才能夠?qū)D像呈現(xiàn)出來(lái)，所以，對(duì)解碼流程的設(shè)計(jì)具體見圖2所示。該解碼設(shè)計(jì)主要分為VPD（作用于圖像縮放以及格式轉(zhuǎn)換處理）和Decoder（作用于視頻數(shù)據(jù)的解碼和讀取服務(wù)）兩部分。如果解碼到最后，沒有數(shù)據(jù)幀，就會(huì)通過(guò)調(diào)用函數(shù)將資源釋放。由此可見，基于SIP協(xié)議設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻的監(jiān)控管理與控制，還在SIP信令消息的易擴(kuò)展性、高靈活性的特點(diǎn)下，讓該系統(tǒng)能夠和現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接[7]。

3.3 SIP 消息機(jī)制開發(fā)

本文選擇利用OSIP2開發(fā)庫(kù)，對(duì)SIP格式的消息進(jìn)行封裝與解析處理。OSIP2 不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)SIP 消息、狀態(tài)機(jī)事務(wù)等的處理，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)工具模塊的處理。同時(shí)，OSIP2協(xié)議棧為SIP底層的API封裝提供支持，不過(guò)無(wú)法向高層的SIP會(huì)話控制提供API，只有利用多條的OSIP2的API進(jìn)行組裝，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相應(yīng)信息的處理。由此可見，API主要由工具模塊、狀態(tài)機(jī)部分以及消息處理部分三個(gè)部分組成。因此，在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中心要想實(shí)現(xiàn)ICT向NICT的狀態(tài)機(jī)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，就需要服務(wù)器能夠完成對(duì)4個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行處理，這樣一來(lái)，不僅可以為UAS完成IST和NIST事務(wù)提供幫助，還能夠?yàn)镾IP信息的轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求提供相應(yīng)的ICT與NICT狀態(tài)機(jī)。同時(shí)，在系統(tǒng)當(dāng)中所注冊(cè)的相關(guān)信息，可以借助SIP的Register請(qǐng)求，在服務(wù)器模塊啟動(dòng)時(shí)完成注冊(cè)任務(wù)。所以，在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，在服務(wù)器端上還可以對(duì)SIP的Info擴(kuò)展消息進(jìn)行擴(kuò)展，以此為視頻監(jiān)控的相關(guān)消息如網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中心登錄消息、不同屬性配置信息、前端視頻服務(wù)器信息以及報(bào)警信息等的封裝提供幫助，從而對(duì)全部SIP消息進(jìn)行處理。

3.4 視頻監(jiān)控界面開發(fā)設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中心的應(yīng)用在處理SIP消息以及網(wǎng)絡(luò)媒體數(shù)據(jù)時(shí)，可以為用戶提供界面顯示。整個(gè)界面設(shè)計(jì)主要由兩個(gè)部分組成，一部分為用戶可控的前端網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器列表，另一部分則是相關(guān)操作效果的顯示，如電子地圖查詢、網(wǎng)絡(luò)視頻查看功能以及巡檢配置功能等。同時(shí)，界面上還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的工具欄選項(xiàng)，為用戶的操作提供便利。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合SIP協(xié)議提出并設(shè)計(jì)了一種基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。首先，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用SIP協(xié)議進(jìn)行了信令控制，解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)布控區(qū)域當(dāng)中存在的設(shè)備擴(kuò)展限制、數(shù)量限制等問題。其次，用戶可以借助系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視。此外，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，利用了集中管理的方式，來(lái)提高設(shè)備的靈活性、可擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)互通性，達(dá)到了實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的目的。