基于SIP的无线视频监控系统的设计与实现

刘 辉，罗晓勇，张 杰

(1.重庆邮电大学通信新技术应用研究所，重庆 400065;2.重庆信科设计有限公司，重庆 400065)

0 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［1］。目前，视频监控系统的主流技术标准有H.323和SIP。H.323的视频系统目前已经比较成熟，但其体系结构显得庞大且较为复杂，SIP以其简洁、灵活、易于实现和扩展等特性而迅速得到业界的推崇，所以SIP作为未来市场视频监控的主流协议已成为业界共识。中国电信集团也在其《中国电信家庭视频监控业务技术规范》中，推荐将SIP协议作为首选控制协议来实现［2］。

1 SIP协议分析

SIP(Session Initiation Protocol)协议［3］是一个在基于IP网络中，特别是在Internet这种结构的网络环境中实现实时通信应用的一种信令协议。SIP工作在应用层，可以在TCP、UDP、SCTP等多种传输层协议上，建立、修改和终止有多方参与的多媒体会话的进程。其优点在于，可以通过代理和重定向请求用户当前位置，以支持个人移动性，精确的定位会话参与者。

1.1 SIP系统组成

SIP采用客户机/服务器(C/S)的工作方式。同时RFC3261中定义的SIP逻辑实体包括用户代理(User A-gent，UA)，代理服务器(Proxy)，注册服务器(Registrar)，重定向服务器(Redirect Server)。用户代理分为两个部分，客户端(User Agent Client，UAC)负责发起呼叫，用户代理服务器(User Agent Server，UAS)负责接受呼叫并做出相应，二者共同组成用户终端。代理服务器提供路由功能，负责将SIP用户请求和响应转发到相应的下一跳。重定向服务器则提供地址解析服务，其功能类似于DNS，通常将SIP呼叫的目的地址映射成一个或多个新地址。注册服务器，用于接受和处理用户端的注册请求，完成用户地址的注册。

1.2 SIP消息

SIP是基于请求/响应的事务处理模型，使用消息方式完成用户会话的建立和管理。SIP消息分为两类:SIP请求和SIP响应，其中请求消息由UAC发往UAS，响应消息由UAS发往UAC。这两种消息都包含一个起始行、一个或多个消息头、一个空行和一个可选的消息体。起始行可以区分请求消息和响应消息;消息头部用于标识会话的各种相关参数，使其能被正确处理;消息体是用SDP等多种协议实现的，用来对所要建立的会话进行媒体协商。

SIP协议定义了6种请求方法:REGISTER，INVITE，ACK，BYE，OPTIONS，CANCEL。同时对应地在文档中还定义了6类响应状态码，从1xx到6xx。其含义表示临时响应、成功响应、重定向、客户端错误、服务器错误、全局错误。此外SIP协议根据不同的需求还定义了多种扩展方法，本系统就主要采用扩展的MESSAGE方法和INF0方法来实现信令的传递。

2 基于SIP的无线视频监控系统架构

随着3G网络的蓬勃发展，安防监控也逐渐地向传输无线化、视频高清化方向迈进。中国移动目前大力的倡导M2M概念而使得一些相对高端的数据业务成本逐渐降低。本系统的设计初衷正是基于中国移动M2M概念而衍生出来的，它使得TD无线网络的高端数据业务可以应用于安防监控行业。基于SIP协议的视频监控联网系统一般由监控前端、监控终端以及监控管理平台这3部分组成［4］。本系统的结构框图如图1所示。

图1 无线视频系统结构图

本系统监控前端的硬件主要由摄像头、红外告警传感器、音频采集系统、DVS6467视频处理平台和TD330无线模块组成。SIP协议模块实现监控前端的认证、注册和信令的传递;红外告警传感器用于感知监控前端的异常;摄像头、音频采集系统和DVS6467视频处理平台用来进行音/视频信号的采集、编码、压缩、分装和加密;TD330无线模块用于数据的收发。

监控中心主要由SIP服务器、录像模块、视频模块、报警模块和数据包处理模块组成。SIP服务器用于提供认证、注册和路由转发功能;录像模块用于记录监控前端的异常;视频模块用于观察监控前端的异常;报警模块用于接收监控前端的异常并返回消息;数据包处理模块用于处理数据的收发。

客户端系统主要由SIP协议模块、用户界面、音/视频解码模块、数据包处理模块组成。SIP协议模块实现监控前端的认证、注册和信令的传递;数据包处理模块用于接收数据;音/视频解码模块用于解码接收的数据;用户界面用于播放视音频流。

3 基于SIP的无线视频监控系统具体实现

在本系统中，和会话相关的接口使用SIP协议，消息体使用SDP描述，媒体流采用RTP/RTCP协议。其中使用SIP和SDP结合实现系统信令的传递，比如会话的建立、修改和拆除，控制云台、配置业务告警等均通过SIP信令来完成;RTP/RTCP用来在一对一(单播)或者一对多(多播)的网络环境中实现流媒体数据的实时传输。

3.1 监控设备的认证和注册

监控设备要想实现注册，必须要有一个IP地址。在此系统中客户端和监控中心与IP网络相连，拥有固定的IP地址。但是监控前端的TD无线是与最新的3G网络相连，没有固定的IP地址，只有在其初始化过程中启用自动拨号程序才可以获得一个暂时的IP地址。注册过程是建立媒体会话的前提，也是设备认证的过程，只有这三者在SIP服务器上成功注册后，发起方才能通过SIP服务器寻址到目标设备。注册过程是通过SIP协议文档中REGISTER请求方法进行的，如图2所示。

图2 监控设备注册过程

3.2 监控前端和监控中心报警模块的交互

监控设备成功注册后，当监控前端的传感器检测到摄像头附近有可疑目标，根据其停留时间判断，按照相应设定的告警级别对其作出响应，并将告警级别通知监控中心，监控中心根据告警级别作出相应的反馈，如图3所示。终端模块通过TD无线网络模块接收到监控中心命令后，根据相应的命令作出反应。

3.3 监控前端和监控中心、客户端的媒体流传输

达到监控终端异常情况的警戒级别后，监控中心向监控前端发送启动实时监控异常画面命令使监控前端启动相应的摄像头，并将此异常消息告知客户端。接着就可以使监控前端向监控中心和客户端传输媒体流，如图4所示。客户端可以根据画面角度的需要远程控制摄像头云台的转动来实时的监控告警点，云台的控制是通过上面介绍的MESSAGE消息实现。此外，也可以通过INFO消息修改一些视频属性，如图5所示。

图3 告警模块间的消息传递

图4 媒体流的传输

图5 INFO消息的传递

3.4 客户端的视频点播

在某些情况下，客户端也可以通过SIP服务器和监控前端发生会话，实现对监控点的实时监控。此情况下，监控前端的媒体流直接发给客户端，而不再发给监控中心。

4 系统测试结果

基于以上无线视频监控系统的设计与分析，现对客户端的实时监控进行测试，由于告警监控涉及某些隐私，本次测试暂不作处理。此次测试是在实验室内部进行，监控前端得到的数据通过无线模块发往基站，再通过宽带网络回传到实验室的客户端。测试结果截图如图6所示，是在四分屏的基础上实现一路视频的传输。

5 小结

近些年来，基于网络的视频监控技术多数只局限于有线网络。随着国内3G网络的成熟并且成功商用，本系统顺应时代的需求，应用3G无线传输技术，结合SIP协议融合了传统的IP网络和新时代的3G网络，可以使其用于一些特殊场合和移动环境。

图6 测试结果(截图)

［1］叶贾宁，吴学智.SIP在视频监控系统互联互通中的应用研究［J］.舰船电子工程，2010，30(1):148.

［2］陈莹.基于SIP协议的视频监控系统的实现与应用［D］.上海:上海交通大学，2008.

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

［4］何青林，陈朝武，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):116－117.