SIP在視頻監控系統互聯互通中的應用研究*

葉賈寧 吳學智

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

1 引言

在電子技術、計算機技術、網絡技術、圖像編碼技術發展的推動下,視頻監控技術經歷了第一代模擬的閉路電視監控和第二代基于PC的多媒體監控,逐漸步入到第三代網絡視頻監控階段,目前正向著數字化、網絡化、智能化方向發展。隨著“平安城市”監控報警聯網系統的建設以及“全球眼”、“寬視界”等運營級視頻監控業務的推進,網絡視頻監控系統的應用范圍也逐漸從政府、金融、電力等傳統安防領域延伸至社會治安、教育、交通、企業、家庭等諸多領域。

2 傳統視頻監控系統存在問題的分析

隨著視頻監控規模的擴大,前端監控設備數量越來越多,因此在網絡視頻監控系統中引入了監控平臺的概念。監控平臺用來實現業務管理、設備管理、用戶管理、網絡管理等功能,用戶不再是直接訪問前端監控設備查看監控視頻,而是由監控平臺提供視頻訪問和控制等服務。但是隨著網絡視頻監控系統的廣泛建設與應用,一個問題突顯出來,即互聯互通性。具體的說,主要體現在以下三個方面:

1)平臺與平臺之間。不同的視頻監控平臺采用不同的私有協議,因此無法直接交互信息,形成了相對獨立的封閉系統,難以共享監控資源或將監控資源供其它系統調度。

2)平臺與設備之間。視頻監控管理平臺往往是平臺開發商針對某種設備而開發,對于不同品牌的設備,甚至同一品牌不同型號的設備,常不具備通用性。這對于故障設備更換或系統擴容建設而添加前端設備等產生不利影響,造成系統平臺無法識別前端設備。

3)用戶與平臺之間。同一用戶在訪問不同的視頻監控平臺時,常需要使用不同平臺所對應的客戶端軟件。即客戶端軟件不具備通用性,需要針對監控平臺而切換,這在某些應用場合帶來不便。

這個問題的產生,一是由于視頻監控平臺產品尚未成熟,仍有待于進一步發展;二是雖然一些行業、企業、地方標準已被制定,但常是一種使用或建設要求,對于影響聯網和資源共享的技術標準尚未統一[1],甚至存在沖突,而國際國內標準仍在研究制定中;三是由于不同廠家產品設備以及不同平臺的實現原理與技術有所不同,在標準未統一的前提下,通過自定義機制實現的設備和平臺,其業務流程、接口規范等均有差別;四是應用場景不同,系統根據用戶自身的特點來進行建設,但即使同一系統,其建設往往分步分期,此間對系統的升級、需求的變更或與其他系統的融合,都會對互聯互通提出較高要求。正因如此,采用不同私有協議的平臺與設備難以互聯互通,“各自為政”的視頻監控系統成為了資源難以共享的信息孤島。

SIP(Session Initiation Protocol,會話初始協議)是由IETF提出的基于IP網絡的實時通信應用信令協議,用于建立、修改和終止多媒體會話[2],已被越來越多的應用于Vo IP、可視電話、視頻會議、即時通訊等領域。SIP采用了類似于HTTP的消息機制,將對信令的控制信息封裝到消息的頭字段中,通過在SIP網絡元素間傳遞消息來實現對呼叫的控制。由于其簡單、靈活、可擴展、移動性好等特性,它能夠有效地控制系統信令交互,非常適合于網絡視頻監控應用,并且能夠滿足大規模監控和分布式部署的需求。因此,采用SIP作為網絡視頻監控系統的信令控制協議,實現監控系統互聯互通,已成為業界的共識[3]。本文將設計一種能夠實現聯網監控的基于SIP的網絡視頻監控系統。

3 基于SIP的網絡視頻監控系統的設計

3.1 系統的體系結構

網絡視頻監控系統通常由三部分組成,即前端單元、客戶端單元以及監控平臺,其體系結構如圖1所示。

其中,前端單元主要負責音視頻信息的采集、編碼、網絡傳送,同時接收監控平臺的控制。前端單元的設備主要有攝像機、DVR/DVS、IP攝像機、NVR、云臺、報警輸入輸出設備等。其中,DVR/DVS將攝像機采集到的模擬視頻信號轉換成數字信號,壓縮編碼后以IP數據包的形式上傳至IP網絡;而IP攝像機則直接輸出已壓縮編碼的IP數據包。

圖1 網絡視頻監控系統體系結構

客戶端單元用于客戶計算機訪問監控平臺,在通過認證鑒權之后,對前端進行實時監視與控制,亦可查看前端或監控平臺存儲的歷史視頻資源。客戶端可分為B/S與C/S模式兩種,此外,電視墻(含監視器、解碼服務器、視頻矩陣等)也是客戶端單元的一種形式,常用于大中型監控中心。

監控平臺是網絡視頻監控系統的核心單元,它負責實現視頻監控系統的業務功能,并對整個系統進行管理與控制。本文將其劃分為中心管理服務器、Web服務器、設備代理、數據庫、媒體轉發服務器以及媒體存儲服務器等六個部分。

中心管理服務器實現前端設備與客戶端的SIP信令接入、處理、轉發,并對系統、用戶、設備以及業務支撐信息進行管理。在SIP網絡中,中心管理服務器具有代理服務器、重定向服務器、注冊服務器等角色。基于SIP的前端設備可直接接入中心管理服務器;非SIP設備通過設備代理對其私有協議與SIP協議轉換翻譯后再接入中心管理服務器。對于客戶端而言,C/S模式的客戶端可直接與中心管理服務器進行基于SIP的通信;而B/S模式的客戶端在登錄Web服務器之后,通過Web服務器構建SIP消息,再與中心管理服務器進行基于SIP通信。

Web服務器的引入有利于C/S和B/S模式客戶端的融合。此時,Web服務器相當于Web客戶端訪問中心管理服務器的代理,“Web服務器與BS模式的客戶端”整體上實現了C/S模式的客戶端功能。

數據庫服務器實現了用戶、設備、配置、日志等數據信息的存儲,并可以起到位置服務器、AAA(認證/鑒權/計費服務器)等作用,以配合中心管理服務器對系統進行管控。

媒體存儲服務器實現了媒體信息的存儲、檢索與回放。網絡視頻監控系統常具備三級存儲:前端設備存儲(如具備存儲功能的DVR/DVS等)、客戶端存儲以及監控平臺存儲。媒體存儲服務器是監控平臺的存儲單元。

媒體轉發服務器實現了媒體信息的轉移分發。當多用戶并發訪問系統并對相同監控資源實施監控時,媒體轉發服務器通過流媒體組播技術,將接收到的監控視頻IP包轉發給有監控需求的客戶端,從而有效地節約網絡帶寬。

3.2 視頻監控系統互聯互通的研究

下面從三個方面,逐一研究SIP在本網絡視頻監控系統互聯互通中的應用。

1)平臺與平臺之間

基于SIP的監控平臺,接入IP網絡與其他基于SIP的監控平臺相聯,在SIP定位機制[2,4]的控制下,依據SIP消息相關頭字段取值和數據庫的存儲信息,將SIP消息在不同平臺之間傳輸(如圖2所示中的F1、F3信令流),建立平臺間的會話,實現視頻監控功能。這里,SIP消息在平臺之間傳遞時,實際上是中心管理服務器以代理服務器的角色工作。而對于非SIP的監控平臺,需通過SIP網關聯接到網絡,完成SIP協議與私有協議的轉換(如圖2所示中F2信令流)。

圖2 網絡視頻監控系統互聯互通模型

一個監控平臺及其所接入的前端設備、客戶端統稱為一個監控域。SIP作為應用層的控制信令,可以在不同的監控域拓撲結構上工作,實現監控平臺間的互聯互通。常見的監控域拓撲結構有扁平化架構和分層級聯式架構。基于SIP的網絡視頻監控系統對這兩種方式都具有很好的支持。因為中心管理服務器本身集成了SIP網絡服務器的功能,所以監控平臺之間可以直接通信,從而使監控域以扁平化架構方式平滑地互聯擴展,監控域之間處于平等的地位;此外也可以通過配置中心管理服務器可訪問的下級域和可信任的上級域,實現網絡視頻監控系統的分層級聯,此時,監控域之間具有嚴格的等級關系。

2)平臺與設備之間

基于SIP的前端設備,可直接接入監控平臺(如圖監控域A所示),但因為各個廠家的前端設備往往基于其私有協議,而本文所設計的監控平臺基于SIP,所以在非SIP的前端設備和監控平臺間引入設備代理,完成前端設備協議和SIP的轉換(如圖2中監控域B所示)。

3)用戶與平臺之間

只要視頻監控系統中各單元均采用SIP為信令控制協議并能正確理解消息體,整個系統就能實現信令交互[5]。因此,在C/S模式下,用戶可以使用統一SIP客戶端軟件,訪問不同的基于SIP的視頻監控平臺。

此外,本文所設計的視頻監控系統將Web服務與監控平臺其他服務相分離,Web服務器接受用戶的Web訪問,并兼具UA(用戶代理)功能,按客戶指示構建SIP消息,實現與監控平臺的SIP信令交互。此時,對于用戶和中心管理服務器而言,“Web服務器+B/S客戶端”相當于“C/S客戶端”,從而將視頻監控系統B/S和C/S兩種訪問模式統一起來。

4 結語

視頻監控系統正越來越受到人們的重視,而互聯互通問題則阻礙視頻監控的發展與應用,因此必須得到有效的解決。隨著SIP的逐漸完善與廣泛應用,相信SIP在視頻監控領域會有更大的發展,既有利于視頻監控系統內和系統間的互聯互通,也有利于與視頻會議等系統更廣泛的融合,這也正是將SIP應用于視頻監控系統的優勢所在。

[1]鄭世寶.視頻監控技術與市場走向:標準化急需統一,智能化尚待提高[J].電視技術,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的視頻監控聯網系統的設計與實現[J].電視技術,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的視頻監控服務器設計[J].太原理工大學學報,2009,40(4):337～340