基于SIP協(xié)議的視頻云網(wǎng)關(guān)研究與應(yīng)用

劉彬 陸璐

摘要：文章針對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控在實(shí)際應(yīng)用中的不足，研究設(shè)計(jì)基于SIP協(xié)議的視頻云網(wǎng)關(guān)，以有效地解決全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)及視頻云聯(lián)網(wǎng)需求。

關(guān)鍵詞：視頻云聯(lián)網(wǎng);視頻云網(wǎng)關(guān);可視、可控、互聯(lián)、互通、信息共享;SIP協(xié)議

0 引言

目前尚未形成高速公路視頻的全省聯(lián)網(wǎng)，也沒(méi)有完成公路網(wǎng)視頻部省間聯(lián)網(wǎng)，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前交通領(lǐng)域云數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，削弱了視頻監(jiān)控技術(shù)在高速公路交通管理體系中的多種作用，無(wú)法充分發(fā)揮視頻在聯(lián)網(wǎng)調(diào)度、應(yīng)付突發(fā)事件中的功能，難以為廣大出行者提供精準(zhǔn)的出行服務(wù)。

依照目前高速公路視頻監(jiān)控的框架分析，視頻監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用三級(jí)管理模式：省監(jiān)控中心、區(qū)監(jiān)控中心以及路段監(jiān)控分中心。已建成的系統(tǒng)只能監(jiān)管所轄高速公路，各片區(qū)間卻相互獨(dú)立，形成了“信息孤島”。2020年取消省界收費(fèi)站后，全國(guó)統(tǒng)一按照交通運(yùn)輸部的要求進(jìn)行運(yùn)管，因此收費(fèi)廣場(chǎng)、ETC門(mén)架都需要上傳到交通運(yùn)輸部平臺(tái)。

1 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

交通運(yùn)輸部印發(fā)《全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)工作實(shí)施方案》和《全國(guó)高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求》的通知，旨在加快實(shí)現(xiàn)“全聯(lián)網(wǎng)、全共享、全覆蓋、數(shù)字化、高清化、智能化”的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)總體目標(biāo)，建立一套“可視、可測(cè)、可控、可服務(wù)”的高速公路運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，不斷提升服務(wù)能力和監(jiān)管水平，更好滿足人民群眾的高品質(zhì)出行需求。

《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》一般簡(jiǎn)稱(chēng)為GB/T28181，是由公安部科技信息化局提出，由全國(guó)安全防范報(bào)警平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC100）歸口，由公安部第一研究所等多家單位共同起草的一部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中信息傳輸、交換、控制的互聯(lián)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議結(jié)構(gòu)，傳輸、交換、控制的基本要求和安全性要求，以及控制、傳輸流程和協(xié)議接口等技術(shù)要求。

2 視頻云網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì)

[HJ1.7mm]

高速公路采用分級(jí)控制，即交通運(yùn)輸部、省中心、路段中心、基層多級(jí)模式。該模式可以統(tǒng)一各路段上傳圖像數(shù)據(jù)的類(lèi)型、數(shù)據(jù)交換格式、數(shù)據(jù)通訊協(xié)議等，確保每個(gè)信息監(jiān)控點(diǎn)能夠被有效使用和管理。SIP協(xié)議則可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)互控、設(shè)備狀態(tài)推送。實(shí)現(xiàn)這一模式的可行方案是路段視頻云網(wǎng)關(guān)匯聚到省中心通過(guò)省級(jí)云平臺(tái)與交通運(yùn)輸部云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接（見(jiàn)圖1）。

在現(xiàn)有管理模式下，依靠各個(gè)運(yùn)營(yíng)公司已組建的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，利用已建成的高速公路監(jiān)控視頻聯(lián)網(wǎng)資源基礎(chǔ)，融合已有的高速公路監(jiān)控視頻聯(lián)網(wǎng)管理體系，實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡、有效升級(jí)，與已建成的省級(jí)監(jiān)控平臺(tái)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合（見(jiàn)圖2）。

通過(guò)此框架的視頻云網(wǎng)關(guān)，先將各個(gè)路段的監(jiān)控視頻匯聚到區(qū)域中心，區(qū)域中心視頻云網(wǎng)關(guān)通過(guò)內(nèi)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到省聯(lián)網(wǎng)中心。在充分滿足和實(shí)現(xiàn)全國(guó)視頻云聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)模式下路段收費(fèi)稽查對(duì)視頻的應(yīng)用、全省路網(wǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)視頻共享的需求等提供支撐，同時(shí)也是要實(shí)現(xiàn)視頻上云聯(lián)網(wǎng)后更好地服務(wù)工作出行。

在省聯(lián)網(wǎng)中心實(shí)現(xiàn)對(duì)本省域高速公路視頻資源的統(tǒng)一管理和流媒體應(yīng)用，滿足省級(jí)監(jiān)控中心對(duì)路網(wǎng)視頻集中監(jiān)控的內(nèi)部管理需要。同時(shí)，省聯(lián)網(wǎng)中心通過(guò)防火墻后，將視頻數(shù)據(jù)上云聯(lián)網(wǎng)，對(duì)接交通運(yùn)輸部視頻云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。視頻云網(wǎng)關(guān)通過(guò)接收下級(jí)視頻云網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)推送、檢測(cè)結(jié)果推送、控制反饋等，向交通運(yùn)輸部平臺(tái)POST推送。

視頻云網(wǎng)關(guān)主要是接收來(lái)自交通運(yùn)輸部平臺(tái)的HTTPS協(xié)議如：設(shè)備控制、視頻點(diǎn)播、設(shè)備目錄請(qǐng)求等，將控制命令轉(zhuǎn)化為SIP信令，下發(fā)給下級(jí)視頻云網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)控制、視頻流推送、監(jiān)測(cè)報(bào)警推送等。在內(nèi)部管理上，為監(jiān)控客戶端提供穩(wěn)定有效的視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)流、云臺(tái)控制接口，7×24h不間斷錄像流，保證監(jiān)控系統(tǒng)的文檔運(yùn)行（見(jiàn)圖3）。

視頻云網(wǎng)關(guān)接收HTTPS請(qǐng)求，從前端獲取標(biāo)準(zhǔn)H264流，按照請(qǐng)求的流協(xié)議將實(shí)際封裝成HTTP-FLV、HLS、RTMP、RTSP等各種流，通過(guò)NGINX負(fù)載均衡服務(wù)，分發(fā)出去。同時(shí)每隔5s進(jìn)行一次圖片截圖，保存一周時(shí)間。視頻流、圖片文件采用HTTPS協(xié)議分發(fā)，沒(méi)有證書(shū)認(rèn)證的端是無(wú)法獲取點(diǎn)播查看的（見(jiàn)圖4）。

2.1 視頻云網(wǎng)關(guān)狀態(tài)報(bào)送

[HJ1.55mm]

SIP設(shè)備注冊(cè)到視頻云網(wǎng)關(guān)，SIP根據(jù)注冊(cè)參數(shù)信息，定時(shí)向SIP網(wǎng)關(guān)發(fā)送“心跳”包，以此“心跳”來(lái)表明設(shè)備在線，視頻云網(wǎng)關(guān)也可以通過(guò)“心跳”模式實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)。SIP設(shè)備向視頻云網(wǎng)關(guān)發(fā)送“心跳”包信令，采用MESSAGE方法攜帶，消息體中包含“Keepalive”，表示設(shè)備在線，視頻云網(wǎng)關(guān)向SIP設(shè)備返回200OK。

2.2 視頻云網(wǎng)關(guān)云臺(tái)控制

視頻云網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制命令，控制命令的類(lèi)型包括球機(jī)/云臺(tái)控制、遠(yuǎn)程啟動(dòng)、報(bào)警布防/撤防、報(bào)警復(fù)位等，設(shè)備控制采用MESSAGE方法實(shí)現(xiàn)。視頻云網(wǎng)關(guān)向設(shè)備發(fā)送設(shè)備控制命令，設(shè)備控制命令采用MESSAGE方法攜帶，消息體中攜帶“DeviceControl”，設(shè)備收到命令后返回200OK。

2.3 視頻云網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)校時(shí)

只有全網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備通過(guò)北斗授時(shí)或者其他時(shí)鐘服務(wù)器，保證聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的時(shí)間保持一致性，才能快速有效地精準(zhǔn)定位車(chē)輛行駛軌跡、道路救援、稽查監(jiān)管等。聯(lián)網(wǎng)內(nèi)設(shè)備支持基于SIP方式網(wǎng)絡(luò)校時(shí)功能。校時(shí)在注冊(cè)過(guò)程中完成，在注冊(cè)成功情況下，注冊(cè)流程的最后一個(gè)應(yīng)答消息200OK中的Date頭域中攜帶時(shí)間信息。設(shè)備根據(jù)這個(gè)時(shí)間來(lái)同步時(shí)鐘，視頻云網(wǎng)關(guān)采用的格式為XML標(biāo)準(zhǔn)格式：Date：yyyy-MM-dd'T'HH：mm：ss.SSS，例如：Date：2020-01-08T15：57：18.928。

2.4 視頻云網(wǎng)關(guān)視頻協(xié)議

RTMP和HTTP-FLV這兩個(gè)協(xié)議是如今直播平臺(tái)主選的直播方式，主要原因就是延時(shí)極低，RTMP延遲1s左右，HTTP-FLV延遲1～2s左右。RTMP是基于TCP的音頻、視頻傳輸開(kāi)放協(xié)議;HTTP-FLV則是將RTMP封裝在HTTP協(xié)議之上的，穿透性強(qiáng)，可以穿透防火墻做到靈活調(diào)度?？梢允褂肏TTPS做加密通道，將音視頻數(shù)據(jù)封裝成FLV，然后通過(guò)HTTP協(xié)議傳輸給客戶端。HLS是基于HTTP的文本音視頻傳輸協(xié)議，把流切片保存為T(mén)S文件，以文件流形式播放，可以很好地支持移動(dòng)端。

2.5 視頻云網(wǎng)關(guān)安全考慮

HTTPS建立在SSL協(xié)議之上，廣泛地用于WEB身份認(rèn)證和網(wǎng)絡(luò)視頻流加密數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)行架構(gòu)下最安全的解決方案，它大幅增加了網(wǎng)絡(luò)攻擊的成本。HTTP-FLV通過(guò)HTTPS進(jìn)行視頻路數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)防火墻會(huì)攔截網(wǎng)絡(luò)攻擊等，校驗(yàn)HTTPS請(qǐng)求，保證網(wǎng)關(guān)的安全性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行加密，確保加密數(shù)據(jù)正確發(fā)送，防止視頻數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不被竊取、改變，確保數(shù)據(jù)完整性。

SIP信令加密認(rèn)證：設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼，按照GB/T28181規(guī)定。低安全級(jí)別情況下，采用數(shù)字摘要認(rèn)證方式進(jìn)行身份認(rèn)證，傳輸過(guò)程中采用RSA對(duì)會(huì)話密鑰進(jìn)行加密;在高安全級(jí)別情況下，應(yīng)采用基于數(shù)字證書(shū)的認(rèn)證方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行身份認(rèn)證，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)宜采用3DES、AES、SM1等算法進(jìn)行加密。SIP信令做數(shù)字摘要認(rèn)證，支持MD5、SHA1、SHA256等數(shù)字摘要算法，啟用Date域，增加Note域，采用數(shù)字摘要、數(shù)字時(shí)間戳、數(shù)字水印等技術(shù)防止信息的完整性被破壞，即防止惡意篡改系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)字摘要宜采用MD5、SHA-1、SHA256等算法。

3 視頻云網(wǎng)關(guān)應(yīng)用

2019-09-29上午，由廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司直屬企業(yè)廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司投資建設(shè)管理的賀州至巴馬高速公路（鐘山至昭平段）建成通車(chē)。在公司的企業(yè)微信公眾號(hào)上，成功應(yīng)用了視頻云網(wǎng)關(guān)，在應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)上，為決策人員提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)指揮，大大提高了工作效率。同時(shí)也給公眾出行帶來(lái)了便利，公眾出行者可以實(shí)時(shí)了解路況，快速選擇最優(yōu)的出入收費(fèi)站（見(jiàn)圖5）。

廣西壯族自治區(qū)高速公路發(fā)展中心全區(qū)視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用視頻云網(wǎng)關(guān)，路段視頻匯聚上云網(wǎng)關(guān)主要用于對(duì)接高速公路不同廠家、不同型號(hào)的攝像機(jī)設(shè)備，獲取攝像機(jī)視頻后，以統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的視頻壓縮格式和傳輸協(xié)議，將視頻推送至省級(jí)平臺(tái)。GIS監(jiān)控系統(tǒng)使用簡(jiǎn)圖導(dǎo)航，能快速巡查一遍所轄路段。在應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)上，智能關(guān)聯(lián)與流程跟蹤功能，也減輕了監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)全區(qū)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)，在聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)快速查閱，遠(yuǎn)程控制云臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)的《全國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)工作實(shí)施方案》和《全國(guó)高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求》及廣西高速公路信息化系統(tǒng)的需求，分析了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控在實(shí)際應(yīng)用中的不足，提出了采用基于SIP協(xié)議的視頻云網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)聯(lián)網(wǎng)并采用云臺(tái)控制。同時(shí)，視頻上云網(wǎng)關(guān)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全防火墻后，可以應(yīng)用在微信公眾號(hào)、APP等移動(dòng)平臺(tái)上，為實(shí)現(xiàn)全國(guó)高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)提供了有力的支撐和方案驗(yàn)證。

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