基于SIP的無線視頻監控系統的設計與實現

劉 輝，羅曉勇，張 杰

(1.重慶郵電大學通信新技術應用研究所，重慶 400065;2.重慶信科設計有限公司，重慶 400065)

0 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［1］。目前，視頻監控系統的主流技術標準有H.323和SIP。H.323的視頻系統目前已經比較成熟，但其體系結構顯得龐大且較為復雜，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，所以SIP作為未來市場視頻監控的主流協議已成為業界共識。中國電信集團也在其《中國電信家庭視頻監控業務技術規范》中，推薦將SIP協議作為首選控制協議來實現［2］。

1 SIP協議分析

SIP(Session Initiation Protocol)協議［3］是一個在基于IP網絡中，特別是在Internet這種結構的網絡環境中實現實時通信應用的一種信令協議。SIP工作在應用層，可以在TCP、UDP、SCTP等多種傳輸層協議上，建立、修改和終止有多方參與的多媒體會話的進程。其優點在于，可以通過代理和重定向請求用戶當前位置，以支持個人移動性，精確的定位會話參與者。

1.1 SIP系統組成

SIP采用客戶機/服務器(C/S)的工作方式。同時RFC3261中定義的SIP邏輯實體包括用戶代理(User A-gent，UA)，代理服務器(Proxy)，注冊服務器(Registrar)，重定向服務器(Redirect Server)。用戶代理分為兩個部分，客戶端(User Agent Client，UAC)負責發起呼叫，用戶代理服務器(User Agent Server，UAS)負責接受呼叫并做出相應，二者共同組成用戶終端。代理服務器提供路由功能，負責將SIP用戶請求和響應轉發到相應的下一跳。重定向服務器則提供地址解析服務，其功能類似于DNS，通常將SIP呼叫的目的地址映射成一個或多個新地址。注冊服務器，用于接受和處理用戶端的注冊請求，完成用戶地址的注冊。

1.2 SIP消息

SIP是基于請求/響應的事務處理模型，使用消息方式完成用戶會話的建立和管理。SIP消息分為兩類:SIP請求和SIP響應，其中請求消息由UAC發往UAS，響應消息由UAS發往UAC。這兩種消息都包含一個起始行、一個或多個消息頭、一個空行和一個可選的消息體。起始行可以區分請求消息和響應消息;消息頭部用于標識會話的各種相關參數，使其能被正確處理;消息體是用SDP等多種協議實現的，用來對所要建立的會話進行媒體協商。

SIP協議定義了6種請求方法:REGISTER，INVITE，ACK，BYE，OPTIONS，CANCEL。同時對應地在文檔中還定義了6類響應狀態碼，從1xx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。此外SIP協議根據不同的需求還定義了多種擴展方法，本系統就主要采用擴展的MESSAGE方法和INF0方法來實現信令的傳遞。

2 基于SIP的無線視頻監控系統架構

隨著3G網絡的蓬勃發展，安防監控也逐漸地向傳輸無線化、視頻高清化方向邁進。中國移動目前大力的倡導M2M概念而使得一些相對高端的數據業務成本逐漸降低。本系統的設計初衷正是基于中國移動M2M概念而衍生出來的，它使得TD無線網絡的高端數據業務可以應用于安防監控行業。基于SIP協議的視頻監控聯網系統一般由監控前端、監控終端以及監控管理平臺這3部分組成［4］。本系統的結構框圖如圖1所示。

圖1 無線視頻系統結構圖

本系統監控前端的硬件主要由攝像頭、紅外告警傳感器、音頻采集系統、DVS6467視頻處理平臺和TD330無線模塊組成。SIP協議模塊實現監控前端的認證、注冊和信令的傳遞;紅外告警傳感器用于感知監控前端的異常;攝像頭、音頻采集系統和DVS6467視頻處理平臺用來進行音/視頻信號的采集、編碼、壓縮、分裝和加密;TD330無線模塊用于數據的收發。

監控中心主要由SIP服務器、錄像模塊、視頻模塊、報警模塊和數據包處理模塊組成。SIP服務器用于提供認證、注冊和路由轉發功能;錄像模塊用于記錄監控前端的異常;視頻模塊用于觀察監控前端的異常;報警模塊用于接收監控前端的異常并返回消息;數據包處理模塊用于處理數據的收發。

客戶端系統主要由SIP協議模塊、用戶界面、音/視頻解碼模塊、數據包處理模塊組成。SIP協議模塊實現監控前端的認證、注冊和信令的傳遞;數據包處理模塊用于接收數據;音/視頻解碼模塊用于解碼接收的數據;用戶界面用于播放視音頻流。

3 基于SIP的無線視頻監控系統具體實現

在本系統中，和會話相關的接口使用SIP協議，消息體使用SDP描述，媒體流采用RTP/RTCP協議。其中使用SIP和SDP結合實現系統信令的傳遞，比如會話的建立、修改和拆除，控制云臺、配置業務告警等均通過SIP信令來完成;RTP/RTCP用來在一對一(單播)或者一對多(多播)的網絡環境中實現流媒體數據的實時傳輸。

3.1 監控設備的認證和注冊

監控設備要想實現注冊，必須要有一個IP地址。在此系統中客戶端和監控中心與IP網絡相連，擁有固定的IP地址。但是監控前端的TD無線是與最新的3G網絡相連，沒有固定的IP地址，只有在其初始化過程中啟用自動撥號程序才可以獲得一個暫時的IP地址。注冊過程是建立媒體會話的前提，也是設備認證的過程，只有這三者在SIP服務器上成功注冊后，發起方才能通過SIP服務器尋址到目標設備。注冊過程是通過SIP協議文檔中REGISTER請求方法進行的，如圖2所示。

圖2 監控設備注冊過程

3.2 監控前端和監控中心報警模塊的交互

監控設備成功注冊后，當監控前端的傳感器檢測到攝像頭附近有可疑目標，根據其停留時間判斷，按照相應設定的告警級別對其作出響應，并將告警級別通知監控中心，監控中心根據告警級別作出相應的反饋，如圖3所示。終端模塊通過TD無線網絡模塊接收到監控中心命令后，根據相應的命令作出反應。

3.3 監控前端和監控中心、客戶端的媒體流傳輸

達到監控終端異常情況的警戒級別后，監控中心向監控前端發送啟動實時監控異常畫面命令使監控前端啟動相應的攝像頭，并將此異常消息告知客戶端。接著就可以使監控前端向監控中心和客戶端傳輸媒體流，如圖4所示?？蛻舳丝梢愿鶕嬅娼嵌鹊男枰h程控制攝像頭云臺的轉動來實時的監控告警點，云臺的控制是通過上面介紹的MESSAGE消息實現。此外，也可以通過INFO消息修改一些視頻屬性，如圖5所示。

圖3 告警模塊間的消息傳遞

圖4 媒體流的傳輸

圖5 INFO消息的傳遞

3.4 客戶端的視頻點播

在某些情況下，客戶端也可以通過SIP服務器和監控前端發生會話，實現對監控點的實時監控。此情況下，監控前端的媒體流直接發給客戶端，而不再發給監控中心。

4 系統測試結果

基于以上無線視頻監控系統的設計與分析，現對客戶端的實時監控進行測試，由于告警監控涉及某些隱私，本次測試暫不作處理。此次測試是在實驗室內部進行，監控前端得到的數據通過無線模塊發往基站，再通過寬帶網絡回傳到實驗室的客戶端。測試結果截圖如圖6所示，是在四分屏的基礎上實現一路視頻的傳輸。

5 小結

近些年來，基于網絡的視頻監控技術多數只局限于有線網絡。隨著國內3G網絡的成熟并且成功商用，本系統順應時代的需求，應用3G無線傳輸技術，結合SIP協議融合了傳統的IP網絡和新時代的3G網絡，可以使其用于一些特殊場合和移動環境。

圖6 測試結果(截圖)

［1］葉賈寧，吳學智.SIP在視頻監控系統互聯互通中的應用研究［J］.艦船電子工程，2010，30(1):148.

［2］陳瑩.基于SIP協議的視頻監控系統的實現與應用［D］.上海:上海交通大學，2008.

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

［4］何青林，陳朝武，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):116－117.