實時視頻中SIP與RTSP的應用

張功國，陳瑩星

(1.重慶郵電大學，重慶400065;2.重慶信科設計有限公司，重慶401121)

隨著Internet日益發展，網絡的傳輸數據不僅限制于文字與圖形，語音與視頻也成為了主流，在現有的網絡資源下，帶寬的限制影響了多媒體的傳輸質量。實現傳統的下載播放也較為困難，而流媒體技術的產生很好地解決了這個問題。

流媒體技術［1］是指將語音、視頻形成一種穩定、連續的傳輸流或回放流，能夠支持視頻流的實時傳輸與實時播放功能，在用戶發出視頻請求時，在流媒體的服務器端會將連續且穩定的數據流發往客戶端，一旦客戶端接收到數據，不需等到數據下載完畢后才能進行播放，而是實時地進行數據流的穩定播放。

在無線視頻監控系統中為滿足用戶能實時控制流媒體的播放，實現點播用于遠程控制流媒體如暫停、快進、快退等。在本方案中采用SIP協議來控制會話，RTSP協議來控制實時流的VCR功能。

1 SIP與RTSP的異同點

SIP協議［2］與RTSP協議［3］的共同點在于它們都是應用層的用來建立、終止流媒體會話的雙向交互的信令控制協議，利用文本協議進行編碼，SIP與RTSP的操作模式都是通過客戶端/服務器的請求/響應模式來完成信令的交互過程。RTSP與SIP均用SDP來描述會話。

SIP協議與RTSP協議的區別:SIP主要采用三次握手機制應用于傳輸層上，保證信令可靠穩定的交互過程，SIP獨立于媒體，通過代理服務器、注冊服務器、重定向服務器的作用來完成信令的交互過程。SIP優點是將建立一個會話和描述一個會話相分離，具有良好的互操作性，同時利用SIP服務器來完成基于Request—URL的SIP請求和基于報文頭內容的SIP應答尋找路由的服務。利用這個優勢使得SIP成為端到端的協議，并且這樣的協議良好地體現了端到端的智能化，這是由于SIP消息自身存在用于路由的消息。由RealNetworks和Netscape共同提出的實時流協議RTSP［4］(RealTimeStreamingProtocol)，該協議的主要作用是將一對多應用程序通過IP網絡有效地傳送多媒體數據，RTSP［4］主要架接在TCP協議上的信令控制傳輸層對稱的有狀態的協議。它允許客戶端/服務器端相互發送請求，同時保持用戶的狀態。而RTSP則側重于完成流媒體的控制如暫停、播放、快進、快退等。RTSP的優點是多服務器支持每個流放在不同服務器上，用戶端自動與不同服務器建立幾個并發控制連接，媒體同步在傳輸層執行。RTSP控制通過單獨協議發送的流，與控制通道無關。例如，RTSP控制可通過TCP連接，而數據流通過UDP。因此，即使媒體服務器沒有收到請求，數據也會繼續發送。在連接生命期，單個媒體流可通過不同TCP連接順序發出請求來控制。所以，服務器需要維持能聯系流與RTSP請求的連接狀態基于流媒體服務器的結構。

2 實時視頻的設計與實現

RTSP主要在多媒體流傳輸過程中，利用播放器與服務器之間通過交換RTSP消息來實現資源描述信息的獲取、建立連接、播放等功能。利用SIP來完成會話的建立，并建立起視頻流。在一次信令的交互過程中主要用到的方法如表1所示。

表1 SIP與RTSP的主要方法

在實時視頻請求的過程中，利用SDP描述符來完成請求過程，具體的流程如圖1所示。

圖1 SIP實現實時視頻建立過程

用戶將請求的實時視頻的信息，通過流媒體服務器的客戶端來接收用戶請求消息，并向SIP服務器發送一個INVITE請求，其中包含目的用戶、端口號等信息，SIP服務器收到該請求消息后，先向流媒體服務器回送一個100 Trying，表示正在嘗試連接，繼而將消息轉發到前端，如果前端收到了該請求，就會向SIP服務器發送101 Dialog Establishement的消息給服務器，服務器轉發給流媒體服務器，直到前端分別發送180 Ring和200 OK并得到流媒體服務器的ACK確認后，表示該請求建立成功［5］。具體的流程如圖2所示。

圖2 客戶端向流媒體服務器請求播放視頻

在流媒體服務器的客戶端中利用socket對用戶端口進行監聽，如果用戶輸入的流媒體服務器的地址、端口以及流媒體服務器的地址、端口和RTSP的端口、用戶名、密碼等信息符合，則用戶就可以向流媒體服務器發起請求。首先，客戶端向服務器端發送帶有OPTION請求，如果請求成功，服務器端就會發送允許請求的方法給客戶端;其次，客戶端繼續發送DESCRIBE請求給服務器端，并回應200 OK表示請求成功;然后，客戶端發送SETUP用以建立傳輸機制，服務器為其建立一個視頻服務;最后客戶端發送PLAY請求，一旦PLAY請求成功，則用戶就可以獲得該視頻資源。

在SIP模塊中主要負責信令會話的呼叫與建立過程，而RTSP模塊負責流媒體的控制。利用各自的特點共同完成視頻播放的過程，信令模塊的設計過程如圖3所示。

圖3 SIP模塊處理過程

在RTSP模塊主要由編碼器、解碼器、播放器和服務器組成。RTSP作為會話控制的協議，跨接于RTP與RTCP協議之上，能夠將多媒體文件切割成多個適合于網絡傳輸的片段，經過封裝后送往客戶端，客戶端可以隨時進行解碼播放，具體的處理模塊如圖4所示［6］。

圖4 RTSP模塊處理過程

客戶端主要完成與服務器端的呼叫建立過程以及流媒體控制過程，利用RTP協議來接收數據流，接收到的數據流通過解碼后，還原成原始圖像，通過播放器在本地實時播放數據［7］。為了讓服務器端更好地了解客戶端的播放情況，需要利用RTCP協議來完成數據包的發送。服務器端根據RTCP包來動態調整傳輸速率，節省帶寬資源，提高視頻質量。

服務器端收到請求后，將前端采集到的音、視頻數據進行分離，利用RTP協議將數據打包通過UDP端口傳遞到客戶端，RTP協議能夠提供時間信息，反映RTP數據幀中的數據采用時間，客戶端可以依據這個時間來重建數據的時序關系，用于正常播放媒體流［8］。由于RTP是作為傳輸層的協議建立在UDP協議上，所以它沒有可靠的機制來保證數據正確到達目的地，而且也不支持流量控制與擁塞控制。鑒于網絡不穩定等原因，需要適當調整傳輸速率，改變載荷類型等內容，在數據的傳輸過程中需要依靠RTCP來周期性地向RTP反應當前情況，繼而，服務器端根據反饋回來的信息改變發送的速度，提高實時傳輸質量。

服務器端接收到RTSP請求后，產生RTSP請求對象，利用流會話的形式描述應答消息，并且解析請求內容，將相應的流媒體文件調入，利用RTP包來發送數據流。

3 結論

基于SIP的監控系統具有良好的靈活性與可擴展性，能夠支持各種主流接入方式，利用RTSP協議，能夠對實時數據流進行控制，一旦客戶端與服務器端建立起視頻流，可以將媒體流放在不同的服務器上，用戶訪問并發量的產生，滿足用戶的需求。

［1］呂雪花.流媒體視頻服務器系統［D］.上海:復旦大學，2007.

［2］沈波.SIP的分析和研究［J］.數據通信，2001，4(8):56-58.

［3］茅炎菲，黃忠東.基于RTSP協議網絡監控系統的研究與實現［J］.計算機工程與設計，2011，32(7):315-318.

［4］李校林，劉海波.RTP/RTCP，RTSP在無線視頻監控系統的設計與實現［J］.電視技術，2011，35(19):89-92.

［5］高建水，陳耀武，李嵐嵐.基于RTSP協議的視頻點播系統設計［J］.電子器件，2006，29(4):161-164.

［6］孟懷軍，朱義勝.實時流協議RTSP的淺析［J］.鹽城工學院學報:自然科學版，2003，16(3):29-31.

［7］方群，王敏，吉逸.基于RTSP/RTP的媒體點播服務器的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2006，27(1):10-12.

［8］楊豐瑞，蔣培健，張杰.基于SIP的無線視頻監控系統信令的設計與實現［J］.電視技術，2011，35(19):102-104.