基于GB/T 28181協議的視頻管理系統設計與應用

譚永銳

（博康云信科技有限公司 廣東省深圳市 518000）

隨著平安城市項目建設的持續推進，高清技術的成熟應用，市場迫切需要建立一個以視頻監控為核心的綜合立體的安防體系。安防市場走向整合和系統化后，特別是GB/T 28181 標準的發布，如何快速實現視頻設備的接入、實現異構視頻平臺的聯網、規范和統一聯網接口、整合視頻資源，成為用戶急需解決的問題，也為我們提供了機遇和挑戰。

因而，需要設計和開發一套基于GB/T28181 協議的視頻管理系統，實現設備級、系統級的統一互聯接入。

1 系統原理與服務內容

1.1 關于GB/T 28181協議

GB/T 28181 標準是由中華人民共和國公安部提出，由全國安全防范報警系統標準化技術委員會歸口，規定了公共安全視頻監控聯網系統的互聯結構，傳輸、交換、控制的基本要求和安全性要求，以及控制、傳輸流程和協議接口等技術要求[1]。

該標準適用于公共安全視頻監控聯網系統的方案設計、系統檢測、驗收以及與之相關的設備研發。

1.2 系統的服務內容

視頻圖像聯網管理平臺VMS（Video Manage System）是基于標準GB/T28181 協議，通過接入標準或者非標準的前端DVR、NVR、IPC 等視頻設備以及第三方的視頻平臺，由流媒體模塊負責轉發，提供實時視頻播放、錄像儲存、錄像查詢/回放、報警聯動以及移動視頻監控的標準平臺；同時提供視頻聯網功能，實現級聯分布式的視頻共享和管理。

產品定位為可分布部署的后端服務/組件集合，完成標準協議的框架體系、流媒體轉發、儲存，提供標準接口由第三方予以集成，實現面向最終用戶的各類視頻應用。

主要功能和組成部分包括：

（1）應用管理：完成級聯、資源配置、權限控制、動態分配、命令轉發等功能；

（2）流媒體轉發：包括設備接入、轉發、轉碼等功能；

（3）儲存應用：錄像儲存、查詢、回放、播放控制等功能；

（4）報警接入：接入外部的報警并聯動；

（5）客戶端應用：實時視頻瀏覽、錄像查詢回放、視頻輪巡、報警聯動、地圖顯示等功能；

（6）視頻上墻功能；

（7）視頻分析、診斷、視頻增強。

2 系統設計

2.1 系統主要構成

根據視頻系統的特點，我們設計的視頻系統主要模塊包括：

（1）中心信令服務：負責標準GB/T 28181 的SIP 信令的接收、處理、分發等功能，同時還具備了設備管理、權限管理、上下級、同級之間的級聯功能，是整個VMS 的核心模塊；

（2）流媒體轉發服務：負責利用封裝好的插件化的視頻組件從標準的SIP 設備和非標準的設備中獲取視頻流，并按照標準的GB/T 28181 協議封裝后，轉發給客戶端、錄像服務和第三方平臺。其中，視頻組件中封裝了獲取標準SIP 設備的插件，可以直接從SIP 設備中按照標準協議獲取視頻流，只要符合該標準的設備，都可以直接接入，不再需要額外的開發；而當需要接入第三方非標準GB/T 28181 的設備時，需要通過第三方的SDK 獲取到視頻流，再經過解碼重新編碼后，封裝成標準的GB/T 28181 的格式的視頻流。

（3）儲存服務：提供標準儲存接口，可以跨平臺，運行在Windows 和Linux 上，支持錄像儲存、查詢、錄像回放等功能。

（4）客戶端SDK API：通過插件化視頻組件的封裝，把符合GB/T 28181 協議視頻接收并解碼，通過統一的接口提供，可以直接利用在現有的視頻APP 上，也可以提供給第三方開發用。

2.2 插件化設計

根據項目上的經驗，視頻系統應用到項目上時，會與不同的廠家的設備、系統對接，有采用國標對接的，也有采用SDK 對接的。在設計時，我們確立在視頻的接入部分，采用插件化設計與開發，即針對不同廠家的設備，開發獨立命名且可獨立訪問的軟件插件模塊，不同的軟件插件模塊具有統一的供視頻訪問的接口；每個軟件插件模塊都可以獨立地開發、測試；可以根據不同項目的不同需求，通過配置文件，將軟件插件模塊加入到視頻管理系統中。

設計時，我們采用在設計模式中的工廠的設計模式，采用統一的對外接口，通過繼承該統一接口，派生出不同的類，每一種類可以完成各自的任務，通過這種方式，可以實現對外統一接口，對內完成不同對接方式。同時，考慮到我們不同的應用模塊都能使用，例如SIP 服務、流媒體、儲存服務、客戶端、第三方調用等，我們把統一接口封裝成動態庫，每個插件模塊也封裝成單獨的動態庫，即可以內部團隊調用，保證統一，也可以提供給第三方集成使用。

2.3 非標準協議支持

考慮到在國標制定和推行之前，大量的項目采用了各自的視頻監控平臺，系統中包含了大量的不支持國標（GB/T 28181）協議的設備，這些設備和系統均無法接入國標視頻管理系統。同時為了實現VMS（視頻管理系統）的非國標定義的常用功能或特有功能，以及簡化一些標準協議的操作流程，需要對現有的基于GB/T 28181 協議的VMS 平臺進行協議的擴展，通過擴展協議，可以支持通過SDK 的方式接入到非標準的設備和系統，實現非標準設備、系統與國標協議系統的互聯互通。

3 系統應用

在經過研發、測試和通過檢測認證后，視頻管理系統迅速應用到各個項目中，充分體現了系統設計的優勢，具體如下：

3.1 國標標準協議的應用

項目建設目標是在華東某市一個示范區的視頻監控項目，全區大約150 個封閉式售后公房小區的所有出入口和主要通道安裝高清監控。

該項目是該區第一例按照國標GB/T28181 建設的大型視頻監控系統，所有設備和軟件平臺的之間對接，必須按照國家標準《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》（GB/T28181）建設。該項目也是全國最早的一批采用國標建設的大型安防監控系統。

項目的難點主要有三點：

（1）該項目是第一批的按照國標GB/T28181 建設的項目，無論是我司，還是硬件廠家，還是其他建設單位，經驗都嚴重不足，對國標GB/T28181 的協議和信令的理解，也略有差別；另外要求接入的設備不僅僅是本項目建設的設備，還必須包括用戶單位以前建設的多個監控平臺。在設備和系統按照國標協議接入時，出現了互相不兼容的現象。

（2）由于設備和廠家眾多，重新協調、開發、測試需時遠遠超出了當是項目的預期，項目工期相當緊缺。

（3）項目初始階段時國標版本是GB/T28181-2011，后又推出GB/T28181-2016 版本，部分廠家設備也做了重大升級。在項目進行階段，系統需要升級到2016 版本。

針對項目上遇到的問題，我們在充分調研了項目上的問題，并通過內部溝通后，采取如下措施：

（1）安排研發人員，重新梳理標準的細節，同時與各個設備、系統廠家溝通和協調，確認雙方的差異，并對照公安部發布的檢測測試工具，驗證雙方的協議，制定即符合標準，又達到代碼和協議的一致的說明書，雙方已經甲方均在說明書上簽字確認，后續工作圍繞這份文件修正和測試，解決了雙方協議理解不一致的問題。

（2）由于采用了插件化的設計，對于不同的廠家的設備和系統，每個插件模塊我們安排不同的研發人員獨立地并行開發、聯調、測試，每個插件最終通過配置的方式納入到VMS 中。由于充分利用了插件化的設計，項目中可以通過安排多個研發人員并行開發來解決了項目工期短，細節復雜的問題。

（3）針對一些品牌的設備和轉發軟件平臺，安排有經驗的研發人員在原開發系統基礎上做了大量的優化開發的工作。在這些定制化的軟件模塊中，根據對應的廠家設備的具體情況，在保證了統一的訪問接口的前提下，量身定制，做了大量的優化，在實際使用中視頻轉發的穩定性和流暢性都非常好。

（4）針對協議升級到2016 版的問題，VMS 軟件的中對應的接入模塊也要做相應的修改并更換。由于采用插件化設計開發，在解決上面問題的同時，安排其他研發人員對協議部分的插件進行開發并升級，通過配置進行在線升級，對整個VMS 系統平臺的正常運行沒有造成影響。

通過該項目的應用，完善了視頻管理系統的協議細節、功能和對項目的適應性，優化了性能，也充分驗證了當初插件化設計的優越性。該項目2017年驗收，使用至今運行良好，用戶滿意度高。

3.2 非標準協議下的應用

某市平安城市項目，項目該項目標的達7 千多萬元，項目涉及高清監控點位2000 多個，項目需要建設管理這些高清攝像機的視頻管理系統。

項目在技術上有兩大難點：

（1）前端設備數量多，其中包括高清監控點位1800 個，微卡口系統33 個，制高點系統10 個，電子警察系統59 個，路口233 個，卡口系統9 個，一共2144 個攝像機；而且涉及到海康、大華、安訊士、宇視、SONY 等國內外等多種品牌，系統中前期在路口、卡口等安裝的涉及到國外品牌的SONY 和安訊士的攝像機，還有早期的海康和大華的攝像機并不支持國標(GB/T28181)協議，無法通過國標協議接入VMS 視頻轉發軟件；

（2）需要向第三方軟件平臺，如電視墻管理系統，人臉識別系統等轉發非國標視頻流。

針對以上難點，我們采取以下措施來解決：

（1）在VMS 非標準模塊的支持下，通過非標準協議的接入方式接入這些老設備，即通過對設備廠家的SDK 定制開發接入，從而保證了視頻管理系統對非國標視頻監控平臺的兼容。

（2）用戶方的已建設好的第三方軟件平臺，如電視墻系統，人臉識別軟件系統等，不支持國標視頻流，合同要求兼容這些軟件平臺，能夠轉發非國標流。我們通過原先設計的非標準模塊，在這個基礎上開發了一套專門的流媒體轉發模塊，對接收到視頻數據，不做任何處理封裝，直接轉發來實現該功能。

（3）通常非國標標準協議的設備和系統都是采用SDK 的方式來接入，所以需要在原有國標協議的基礎上，拓展協議，從而令系統可以兼容老的設備和系統。項目中需要拓展的協議包括：

在進行登錄操作時，由于首次登錄需要服務端IP 地址、服務端端口號、服務器節點ID 號（20 個數字字符串）、登錄用戶ID 號（20個數字字符串），比較麻煩，特別是服務器節點的ID 號、登錄用戶ID 號等，所以定義了在登錄之前可以通過用戶的用戶名（用戶別名，非ID 號），向用戶查詢該用戶名的ID 號、服務器節點ID 號、父節點ID 號等信息；支持針對解碼器的實時音視頻點播、歷史音視頻回放、音視頻下載、視頻切換等功能。當SIP 信令服務器收到客戶端發起的視頻切換信令時，根據編碼器、解碼器的設備ID 號、流ID 號進行信息查詢，再找到一個匹配的流媒體服務器，把解碼器視頻切換信息發給流媒體服務器；當視頻設備（IPC、編碼器、DVR、NVR 等）不支持GB/T 28181 協議時，需要通過SDK 或其他協議從這些設備獲取到視頻流（ES 流），對應通過非標協議接入的視頻流，需要再轉化為國標定義的PS 流，發送給客戶視頻請求者。

通過良好的設計，系統除了能支持國標標準協議的互聯和接入外，還能支持基于SDK 下的非標準協議的接入，解決了項目上的難題，提高了視頻管理系統的可擴展性。目前該項目處于試運行階段，運行狀況良好。

4 總結

本系統基于GB/T28181 協議開發的視頻系統，該系統在聯網系統中信息傳輸、交換、控制方面利用SIP(Session Initiation Protocol)實現監控域互聯。SIP 監控域由SIP 客戶端、SIP 設備、中心信令控制服務器、流媒體服務器和信令安全路由網關等功能實體組成。各功能實體以傳輸網絡為基礎，實現SIP 監控域內聯網系統交互。平臺提供符合標準SIP 協議定義的SIP 監控域內的互聯、級聯的功能；針對非標準的平臺或者設備，開發SIP 網關，對非標準設備的進行接入、轉碼、轉封裝等操作，實現對非標準設備平臺的兼容和接入。

該視頻管理系統開發完成后，在多個項目上已經得到運用，用戶反應良好，一定程度上反饋了當初的設計和開發是滿足項目上的要求，在市場上具有一定的推廣價值。