SIP在视频监控系统互联互通中的应用研究*

叶贾宁 吴学智

(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

1 引言

在电子技术、计算机技术、网络技术、图像编码技术发展的推动下,视频监控技术经历了第一代模拟的闭路电视监控和第二代基于PC的多媒体监控,逐渐步入到第三代网络视频监控阶段,目前正向着数字化、网络化、智能化方向发展。随着“平安城市”监控报警联网系统的建设以及“全球眼”、“宽视界”等运营级视频监控业务的推进,网络视频监控系统的应用范围也逐渐从政府、金融、电力等传统安防领域延伸至社会治安、教育、交通、企业、家庭等诸多领域。

2 传统视频监控系统存在问题的分析

随着视频监控规模的扩大,前端监控设备数量越来越多,因此在网络视频监控系统中引入了监控平台的概念。监控平台用来实现业务管理、设备管理、用户管理、网络管理等功能,用户不再是直接访问前端监控设备查看监控视频,而是由监控平台提供视频访问和控制等服务。但是随着网络视频监控系统的广泛建设与应用,一个问题突显出来,即互联互通性。具体的说,主要体现在以下三个方面:

1)平台与平台之间。不同的视频监控平台采用不同的私有协议,因此无法直接交互信息,形成了相对独立的封闭系统,难以共享监控资源或将监控资源供其它系统调度。

2)平台与设备之间。视频监控管理平台往往是平台开发商针对某种设备而开发,对于不同品牌的设备,甚至同一品牌不同型号的设备,常不具备通用性。这对于故障设备更换或系统扩容建设而添加前端设备等产生不利影响,造成系统平台无法识别前端设备。

3)用户与平台之间。同一用户在访问不同的视频监控平台时,常需要使用不同平台所对应的客户端软件。即客户端软件不具备通用性,需要针对监控平台而切换,这在某些应用场合带来不便。

这个问题的产生,一是由于视频监控平台产品尚未成熟,仍有待于进一步发展;二是虽然一些行业、企业、地方标准已被制定,但常是一种使用或建设要求,对于影响联网和资源共享的技术标准尚未统一[1],甚至存在冲突,而国际国内标准仍在研究制定中;三是由于不同厂家产品设备以及不同平台的实现原理与技术有所不同,在标准未统一的前提下,通过自定义机制实现的设备和平台,其业务流程、接口规范等均有差别;四是应用场景不同,系统根据用户自身的特点来进行建设,但即使同一系统,其建设往往分步分期,此间对系统的升级、需求的变更或与其他系统的融合,都会对互联互通提出较高要求。正因如此,采用不同私有协议的平台与设备难以互联互通,“各自为政”的视频监控系统成为了资源难以共享的信息孤岛。

SIP(Session Initiation Protocol,会话初始协议)是由IETF提出的基于IP网络的实时通信应用信令协议,用于建立、修改和终止多媒体会话[2],已被越来越多的应用于Vo IP、可视电话、视频会议、即时通讯等领域。SIP采用了类似于HTTP的消息机制,将对信令的控制信息封装到消息的头字段中,通过在SIP网络元素间传递消息来实现对呼叫的控制。由于其简单、灵活、可扩展、移动性好等特性,它能够有效地控制系统信令交互,非常适合于网络视频监控应用,并且能够满足大规模监控和分布式部署的需求。因此,采用SIP作为网络视频监控系统的信令控制协议,实现监控系统互联互通,已成为业界的共识[3]。本文将设计一种能够实现联网监控的基于SIP的网络视频监控系统。

3 基于SIP的网络视频监控系统的设计

3.1 系统的体系结构

网络视频监控系统通常由三部分组成,即前端单元、客户端单元以及监控平台,其体系结构如图1所示。

其中,前端单元主要负责音视频信息的采集、编码、网络传送,同时接收监控平台的控制。前端单元的设备主要有摄像机、DVR/DVS、IP摄像机、NVR、云台、报警输入输出设备等。其中,DVR/DVS将摄像机采集到的模拟视频信号转换成数字信号,压缩编码后以IP数据包的形式上传至IP网络;而IP摄像机则直接输出已压缩编码的IP数据包。

图1 网络视频监控系统体系结构

客户端单元用于客户计算机访问监控平台,在通过认证鉴权之后,对前端进行实时监视与控制,亦可查看前端或监控平台存储的历史视频资源。客户端可分为B/S与C/S模式两种,此外,电视墙(含监视器、解码服务器、视频矩阵等)也是客户端单元的一种形式,常用于大中型监控中心。

监控平台是网络视频监控系统的核心单元,它负责实现视频监控系统的业务功能,并对整个系统进行管理与控制。本文将其划分为中心管理服务器、Web服务器、设备代理、数据库、媒体转发服务器以及媒体存储服务器等六个部分。

中心管理服务器实现前端设备与客户端的SIP信令接入、处理、转发,并对系统、用户、设备以及业务支撑信息进行管理。在SIP网络中,中心管理服务器具有代理服务器、重定向服务器、注册服务器等角色。基于SIP的前端设备可直接接入中心管理服务器;非SIP设备通过设备代理对其私有协议与SIP协议转换翻译后再接入中心管理服务器。对于客户端而言,C/S模式的客户端可直接与中心管理服务器进行基于SIP的通信;而B/S模式的客户端在登录Web服务器之后,通过Web服务器构建SIP消息,再与中心管理服务器进行基于SIP通信。

Web服务器的引入有利于C/S和B/S模式客户端的融合。此时,Web服务器相当于Web客户端访问中心管理服务器的代理,“Web服务器与BS模式的客户端”整体上实现了C/S模式的客户端功能。

数据库服务器实现了用户、设备、配置、日志等数据信息的存储,并可以起到位置服务器、AAA(认证/鉴权/计费服务器)等作用,以配合中心管理服务器对系统进行管控。

媒体存储服务器实现了媒体信息的存储、检索与回放。网络视频监控系统常具备三级存储:前端设备存储(如具备存储功能的DVR/DVS等)、客户端存储以及监控平台存储。媒体存储服务器是监控平台的存储单元。

媒体转发服务器实现了媒体信息的转移分发。当多用户并发访问系统并对相同监控资源实施监控时,媒体转发服务器通过流媒体组播技术,将接收到的监控视频IP包转发给有监控需求的客户端,从而有效地节约网络带宽。

3.2 视频监控系统互联互通的研究

下面从三个方面,逐一研究SIP在本网络视频监控系统互联互通中的应用。

1)平台与平台之间

基于SIP的监控平台,接入IP网络与其他基于SIP的监控平台相联,在SIP定位机制[2,4]的控制下,依据SIP消息相关头字段取值和数据库的存储信息,将SIP消息在不同平台之间传输(如图2所示中的F1、F3信令流),建立平台间的会话,实现视频监控功能。这里,SIP消息在平台之间传递时,实际上是中心管理服务器以代理服务器的角色工作。而对于非SIP的监控平台,需通过SIP网关联接到网络,完成SIP协议与私有协议的转换(如图2所示中F2信令流)。

图2 网络视频监控系统互联互通模型

一个监控平台及其所接入的前端设备、客户端统称为一个监控域。SIP作为应用层的控制信令,可以在不同的监控域拓扑结构上工作,实现监控平台间的互联互通。常见的监控域拓扑结构有扁平化架构和分层级联式架构。基于SIP的网络视频监控系统对这两种方式都具有很好的支持。因为中心管理服务器本身集成了SIP网络服务器的功能,所以监控平台之间可以直接通信,从而使监控域以扁平化架构方式平滑地互联扩展,监控域之间处于平等的地位;此外也可以通过配置中心管理服务器可访问的下级域和可信任的上级域,实现网络视频监控系统的分层级联,此时,监控域之间具有严格的等级关系。

2)平台与设备之间

基于SIP的前端设备,可直接接入监控平台(如图监控域A所示),但因为各个厂家的前端设备往往基于其私有协议,而本文所设计的监控平台基于SIP,所以在非SIP的前端设备和监控平台间引入设备代理,完成前端设备协议和SIP的转换(如图2中监控域B所示)。

3)用户与平台之间

只要视频监控系统中各单元均采用SIP为信令控制协议并能正确理解消息体,整个系统就能实现信令交互[5]。因此,在C/S模式下,用户可以使用统一SIP客户端软件,访问不同的基于SIP的视频监控平台。

此外,本文所设计的视频监控系统将Web服务与监控平台其他服务相分离,Web服务器接受用户的Web访问,并兼具UA(用户代理)功能,按客户指示构建SIP消息,实现与监控平台的SIP信令交互。此时,对于用户和中心管理服务器而言,“Web服务器+B/S客户端”相当于“C/S客户端”,从而将视频监控系统B/S和C/S两种访问模式统一起来。

4 结语

视频监控系统正越来越受到人们的重视,而互联互通问题则阻碍视频监控的发展与应用,因此必须得到有效的解决。随着SIP的逐渐完善与广泛应用,相信SIP在视频监控领域会有更大的发展,既有利于视频监控系统内和系统间的互联互通,也有利于与视频会议等系统更广泛的融合,这也正是将SIP应用于视频监控系统的优势所在。

[1]郑世宝.视频监控技术与市场走向:标准化急需统一,智能化尚待提高[J].电视技术,2008,32(5):37

[2]IETF RFC3261.SIP:Session Initiation Protocol[S]

[3]何青林,陈曹武,卢煜,等.基于SIP的视频监控联网系统的设计与实现[J].电视技术,2009,33(5):116～118

[4]IETF RFC3263.Session Initiation Protocol(SIP):Locating SIP Servers[S]

[5]赵哲峰,张刚,谢克明,等.基于SIP的视频监控服务器设计[J].太原理工大学学报,2009,40(4):337～340