基于SIP的無線視頻監控系統信令的設計與實現

楊豐瑞，蔣培健，張杰，

(1.重慶重郵信科(集團)股份有限公司，重慶 400065;2.重慶郵電大學 通信新技術應用研究所，重慶 400065;3.重慶郵電大學 重慶信科設計有限公司，重慶 400065)

0 引言

隨著技術的進步和應用的需求，視頻監控已經服務于各個行業。視頻監控經歷了模擬視頻監控到數字視頻監控，再到遠程網絡視頻監控幾個階段，它正朝著數字化、網絡化、智能化、多媒體化的方向發展［1］。本系統由服務端和客戶端兩部分組成，服務端采用達芬奇系列DM6467，它采用ARM+DSP雙核結構，采用嵌入式Linux操作系統，能夠同時支持8路D1和1路高清視頻，主要完成視頻壓縮編碼，網絡傳輸，及相關控制等功能;客戶端基于Windows系統，VC++開發，完成對視頻碼流的接收、管理、存儲、解碼和播放等功能。無線模塊采用TD－SCDMA制式的TDM330無線網卡。

目前，視頻監控系統的主流技術標準有2個:H.323和SIP。H.323的視頻系統目前已經比較成熟，但由于其體系結構龐大且較為復雜，限制了其在中小企業的部署。SIP以其簡潔、靈活、易于實現和擴展等特性而迅速得到業界的推崇。不同架構的監控系統在數據互聯和共享的時候會遇到控制信令不統一的問題，不同信令實現的監控端、客戶端與系統無法互聯，有效的手段就是采用統一規范的信令控制協議。SIP協議就是這樣一種信令控制協議，只要監控系統的各個單元都用它做信令控制，整個系統就能實現統一的信令交互［2］。在視頻監控行業，將SIP作為其系統的控制信令已經慢慢成為共識。本系統就是用SIP與會話描述協議(SDP)、實時傳輸協議(RTP)配合，將視頻監控服務器與客戶端監控中心兩個部分互聯起來構成了一個完整的通信系統，能夠穿越局域網在廣域網范圍內運行。

1 SIP協議

SIP也稱為RFC3261，是一個應用層的信令控制協議。用于創建、修改和釋放一個或多個參與者的會話。這些會話可以是Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發。會話的參與者可以通過組播(multicast)、網狀單播(unicast)或兩者的混合體進行通信。SIP模仿HTTP1.1的風格，重用HTTP編碼，所有消息基于文本，重用Internet尋址方案，使用RFC2369中定義的URI和URL格式［3］。SIP的另一個重要特點是會話雙方的會話類型可以使用會話描述協議(SDP)來實現，只定義如何管理這些會話而不定義通信雙方的會話類型?？梢詫⒎爆嵉亩嗝襟w類型問題從信令控制問題中剝離出來，從而大大簡化了系統的開發難度［4］。

SIP協議定義了6種基本信令:INVITE，ACK，BYE，OPTIONS，CANCEL，REGISTER。SIP 協議根據應用的需要還定義了多種擴展方法，視頻監控聯網系統主要采用RFC3428定義的MESSAGE方法和RFC2976定義的INF0方法。同時，在RFC3261中還定義了6類響應狀態碼，從lxx到6xx。其含義表示臨時響應、成功響應、重定向、客戶端錯誤、服務器錯誤、全局錯誤［5］。

SIP采用客戶機/服務器結構，由用戶代理(User A-gent，UA)和網絡服務器(Server)兩大部分組成。用戶代理包括用戶代理客戶端(UAC)和用戶代理服務器(UAS)。SIP服務器包括代理服務器、重定向服務器和注冊服務器。不同SIP服務器只是邏輯功能上的分類，而不是物理上的［6］。

本系統就是以視頻監控服務器作為UAS，客戶端監控中心作為UAC，而中間的SIP服務器完成接受用戶代理的注冊和信令的路由轉發。

2 環境搭建

本系統SIP模塊是基于開源庫eXosip2/osip2上開發的，筆者使用的是osip2的擴展開發庫eXosip2。開發板DM6467 操作系統為:montavista linux2.6.10。

首先需要編譯安裝SIP協議棧，在目標板交叉編譯協議棧，并對協議棧做測試。

其次需要實現SIP服務器，滿足簡單的測試需要，本系統采用開源的SIP服務器Kamailio(原名OpenSER)，3.0版本是一個主要的發布版本，包含很多新功能和特性。安裝需要:Linux OS(this tutorial is applied on Ubuntu 10.04)，Kamailio 3.0.x ，Asterisk 1.6.2.x，UnixODBC－，MySQL Server and Client(recommended 5.1+，min5.0)，MySQL client library，ODBC MySQL connector。安裝后并做相關配置，創建合法用戶等，從而實現了SIP server。

3 系統的SIP信令交互

3.1 SIP注冊

系統由嵌入式系統服務器和Windows平臺客戶端組成。其中嵌入式系統服務器模塊充當UAS角色，Windows客戶端充當UAC角色。首先需要實現服務端(UAS)和客戶端(UAC)的注冊。UAS/UAC發送注冊消息，SIP server回復200OK，則注冊成功。注冊可以實現UA IP地址的隱藏，客戶端在無需知道服務端IP的情況下可以采用:SIP URL(sip:服務端的用戶名@SIP server IP)形式，利用SIP server地址服務來實現INVITE請求。由于系統采用TD無線模塊，每次開發板啟動后，便會自動撥號，撥號成功便返回一個IP，所以每次重啟后都得到一個隨機IP，通過前面提到的SIP服務器的定位功能便可以解決IP變動問題。

3.2 會話過程

注冊成功后，客戶端(UAC)便可向服務端(UAS)發送INVITE請求，建立會話。而UAS收到INVITE，認為其合法便向UAC發送RTP媒體數據流。呼叫會話建立過程如圖1所示。

圖1 SIP會話建立過程

客戶端UAC作為會話的發起者，在注冊后，首先向SIP服務器發送INVITE請求，SIP服務器會轉發INVITE，同時發送TRYING給UAC;UAS收到INVITE后發送TRYING，并發送 RINGING給SIP服務器，SIP服務器轉發RINGING給UAC;UAS確認請求便發送200OK，SIP服務器轉發200OK，同時UAC直接回應ACK，因為至此UAC已經獲知UAS的IP地址信息。在會話建立過程中，UAC發送的INVITE消息會攜帶SDP消息，INVITE過程就完成了媒體協商。在UAS確定接受INVITE發送200OK，UAC回復ACK后，就可以建立媒體數據流。體現在服務端便是在發送200OK后，就根據INVITE過程中傳遞的SDP信息建立RTP媒體任務。在會話過程中，任何一方都可以發送BYE來結束會話。

3.3 SIP其他方法的應用

通過SIP的INVITE方法能很好地完成實時視頻流監控，控制流方面(包括報警、配置、PTZ控制等)可以采用SIP的其他方法來實現。本系統采用MESSAGE方法來實現PTZ控制，INFO方法實現視頻屬性的配置。

MESSAGE和INFO是SIP的擴展方法，將其作為視頻監控系統的控制流信令方法也被逐漸統一。MESSAGE和INFO的區別是:MESSAGE是會話之外的消息，傳遞及時消息;INFO的信令通路是呼叫建立之后建立的信令通路，可以是呼叫方和被呼叫方用戶代理之間的直接信令，也可以包括牽涉到呼叫建立和自己增加到初始INVITE信息記錄路由頭部的SIP代理服務器的信令通路。根據各自特點，使用MESSAGE用于云鏡控制，信令流程如圖2所示［7］;而視頻參數(制式、亮度、色度、對比度、飽和度)的改變需要在會話建立以后，在通話過程中，根據需要改變，所以適合用INFO方法實現(信令流程和MESSAGE類似)。

圖2 MESSAGE信令流程

4 SIP模塊執行過程

UAS和UAC的SIP模塊具體處理流程大致相同，但是側重于處理不同SIP消息。下面以視頻服務端為例介紹SIP模塊的執行流程。

UAS在啟動后會進行SIP初始化，指定監聽端口與協議類型，然后進行注冊(可以實現自動刷新)，初始化完成后SIP處于事件檢測狀態，循環監聽端口的網絡事件，根據UAC的事件類型做出相應處理。SIP協議棧定義了不同的事件類型，如:EX0SIP_CALL_INVITE，EXOSIP_CALL_ACK，EX0SIP_CALL_CL0SED，EXOSIP_MESSAGE_NEW，EXOSIP_CALL_MESSAGE_NEW等，當判斷為 EX0SIP_CALL_INVITE表示UAC發送INVITE，請求建立會話，UAS就發送180振鈴，回復200OK同時攜帶SDP消息，啟動建立RTP建立過程;等UAC回應EXOSIP_CALL_ACK，即可啟動RTP發送線程;UAS收到EX0SIP_CALL_CL0SED表示UAC請求結束會話，UAS結束本次會話，退出RTP發送線程。而EXOSIP_MESSAGE_NEW是UAS收到UAC的對于云鏡的控制信息，調用yuntai()函數執行對云鏡的控制，回復200OK;EXOSIP_CALL_MESSAGE_NEW則對應于INFO方法，根據UAC傳遞過來的參數實時改變視頻屬性。程序流程如圖3所示。

5 監控中心實現

PC客戶端監控中心在Windows平臺下采用VC++開發，提供了良好的用戶界面，操作簡單直觀。運行后首先完成SIP的注冊，注冊成功就可以呼叫監控點(視頻監控服務器)，請求視頻連接。也可以點擊對應圖標通過SIP信令通道實現對云鏡的控制和實時視頻屬性的改變。在本地可以實現視頻數據的解碼播放、存儲、回放、呼叫結束等功能?？蛻舳私缑嫒鐖D4所示。

圖3 SIP模塊執行過程

圖4 客戶端界面

6 結束語

筆者介紹了基于SIP的無線視頻服務器的設計和實現過程，以SIP作為信令控制協議使系統能夠更好地與其他平臺互聯，實現數據共享。實現了對遠程監控點的訪問控制和視頻流的播放，還可以在此基礎上更加完善功能，使視頻服務器更加智能。由于采用3G無線傳輸技術，本系統可以用于一些特殊場合和移動環境，更具競爭力。

［1］凌慶華，石志強，程偉明.基于SIP的網絡視頻監控系統的設計與實現［J］.計算機工程，2007，33(2):261－263.

［2］劉勇，陳延雄.SIP協議的研究及呼叫控制實現［J］.微處理機，2008，3:54－56.

［3］ROSENBERG J，SCHULZRINNE H.RFC3261 IETF，SIP:Session Initiation Protocol［S］.2002.

［4］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.

［5］何青林，陳朝武，盧煜，等.基于SI P的視頻監控聯網系統的設計與實現［J］.電視技術，2009，33(5):116－117.

［6］萬曉榆，張溢華，樊自甫.基于SIP的視頻會議系統視頻模塊的設計與實現［J］.電視技術，2009，33(8):99－102.

［7］ROSENBERG J，SCHULZRINNE H，HUITEMA C，et al.RFC3428 IETF，Session Initiation Protocol(SIP)Extension for Instant Messaging［S］.2002.