基于GB/T 28181协议的视频管理系统设计与应用

谭永锐

（博康云信科技有限公司 广东省深圳市 518000）

随着平安城市项目建设的持续推进，高清技术的成熟应用，市场迫切需要建立一个以视频监控为核心的综合立体的安防体系。安防市场走向整合和系统化后，特别是GB/T 28181 标准的发布，如何快速实现视频设备的接入、实现异构视频平台的联网、规范和统一联网接口、整合视频资源，成为用户急需解决的问题，也为我们提供了机遇和挑战。

因而，需要设计和开发一套基于GB/T28181 协议的视频管理系统，实现设备级、系统级的统一互联接入。

1 系统原理与服务内容

1.1 关于GB/T 28181协议

GB/T 28181 标准是由中华人民共和国公安部提出，由全国安全防范报警系统标准化技术委员会归口，规定了公共安全视频监控联网系统的互联结构，传输、交换、控制的基本要求和安全性要求，以及控制、传输流程和协议接口等技术要求[1]。

该标准适用于公共安全视频监控联网系统的方案设计、系统检测、验收以及与之相关的设备研发。

1.2 系统的服务内容

视频图像联网管理平台VMS（Video Manage System）是基于标准GB/T28181 协议，通过接入标准或者非标准的前端DVR、NVR、IPC 等视频设备以及第三方的视频平台，由流媒体模块负责转发，提供实时视频播放、录像储存、录像查询/回放、报警联动以及移动视频监控的标准平台；同时提供视频联网功能，实现级联分布式的视频共享和管理。

产品定位为可分布部署的后端服务/组件集合，完成标准协议的框架体系、流媒体转发、储存，提供标准接口由第三方予以集成，实现面向最终用户的各类视频应用。

主要功能和组成部分包括：

（1）应用管理：完成级联、资源配置、权限控制、动态分配、命令转发等功能；

（2）流媒体转发：包括设备接入、转发、转码等功能；

（3）储存应用：录像储存、查询、回放、播放控制等功能；

（4）报警接入：接入外部的报警并联动；

（5）客户端应用：实时视频浏览、录像查询回放、视频轮巡、报警联动、地图显示等功能；

（6）视频上墙功能；

（7）视频分析、诊断、视频增强。

2 系统设计

2.1 系统主要构成

根据视频系统的特点，我们设计的视频系统主要模块包括：

（1）中心信令服务：负责标准GB/T 28181 的SIP 信令的接收、处理、分发等功能，同时还具备了设备管理、权限管理、上下级、同级之间的级联功能，是整个VMS 的核心模块；

（2）流媒体转发服务：负责利用封装好的插件化的视频组件从标准的SIP 设备和非标准的设备中获取视频流，并按照标准的GB/T 28181 协议封装后，转发给客户端、录像服务和第三方平台。其中，视频组件中封装了获取标准SIP 设备的插件，可以直接从SIP 设备中按照标准协议获取视频流，只要符合该标准的设备，都可以直接接入，不再需要额外的开发；而当需要接入第三方非标准GB/T 28181 的设备时，需要通过第三方的SDK 获取到视频流，再经过解码重新编码后，封装成标准的GB/T 28181 的格式的视频流。

（3）储存服务：提供标准储存接口，可以跨平台，运行在Windows 和Linux 上，支持录像储存、查询、录像回放等功能。

（4）客户端SDK API：通过插件化视频组件的封装，把符合GB/T 28181 协议视频接收并解码，通过统一的接口提供，可以直接利用在现有的视频APP 上，也可以提供给第三方开发用。

2.2 插件化设计

根据项目上的经验，视频系统应用到项目上时，会与不同的厂家的设备、系统对接，有采用国标对接的，也有采用SDK 对接的。在设计时，我们确立在视频的接入部分，采用插件化设计与开发，即针对不同厂家的设备，开发独立命名且可独立访问的软件插件模块，不同的软件插件模块具有统一的供视频访问的接口；每个软件插件模块都可以独立地开发、测试；可以根据不同项目的不同需求，通过配置文件，将软件插件模块加入到视频管理系统中。

设计时，我们采用在设计模式中的工厂的设计模式，采用统一的对外接口，通过继承该统一接口，派生出不同的类，每一种类可以完成各自的任务，通过这种方式，可以实现对外统一接口，对内完成不同对接方式。同时，考虑到我们不同的应用模块都能使用，例如SIP 服务、流媒体、储存服务、客户端、第三方调用等，我们把统一接口封装成动态库，每个插件模块也封装成单独的动态库，即可以内部团队调用，保证统一，也可以提供给第三方集成使用。

2.3 非标准协议支持

考虑到在国标制定和推行之前，大量的项目采用了各自的视频监控平台，系统中包含了大量的不支持国标（GB/T 28181）协议的设备，这些设备和系统均无法接入国标视频管理系统。同时为了实现VMS（视频管理系统）的非国标定义的常用功能或特有功能，以及简化一些标准协议的操作流程，需要对现有的基于GB/T 28181 协议的VMS 平台进行协议的扩展，通过扩展协议，可以支持通过SDK 的方式接入到非标准的设备和系统，实现非标准设备、系统与国标协议系统的互联互通。

3 系统应用

在经过研发、测试和通过检测认证后，视频管理系统迅速应用到各个项目中，充分体现了系统设计的优势，具体如下：

3.1 国标标准协议的应用

项目建设目标是在华东某市一个示范区的视频监控项目，全区大约150 个封闭式售后公房小区的所有出入口和主要通道安装高清监控。

该项目是该区第一例按照国标GB/T28181 建设的大型视频监控系统，所有设备和软件平台的之间对接，必须按照国家标准《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T28181）建设。该项目也是全国最早的一批采用国标建设的大型安防监控系统。

项目的难点主要有三点：

（1）该项目是第一批的按照国标GB/T28181 建设的项目，无论是我司，还是硬件厂家，还是其他建设单位，经验都严重不足，对国标GB/T28181 的协议和信令的理解，也略有差别；另外要求接入的设备不仅仅是本项目建设的设备，还必须包括用户单位以前建设的多个监控平台。在设备和系统按照国标协议接入时，出现了互相不兼容的现象。

（2）由于设备和厂家众多，重新协调、开发、测试需时远远超出了当是项目的预期，项目工期相当紧缺。

（3）项目初始阶段时国标版本是GB/T28181-2011，后又推出GB/T28181-2016 版本，部分厂家设备也做了重大升级。在项目进行阶段，系统需要升级到2016 版本。

针对项目上遇到的问题，我们在充分调研了项目上的问题，并通过内部沟通后，采取如下措施：

（1）安排研发人员，重新梳理标准的细节，同时与各个设备、系统厂家沟通和协调，确认双方的差异，并对照公安部发布的检测测试工具，验证双方的协议，制定即符合标准，又达到代码和协议的一致的说明书，双方已经甲方均在说明书上签字确认，后续工作围绕这份文件修正和测试，解决了双方协议理解不一致的问题。

（2）由于采用了插件化的设计，对于不同的厂家的设备和系统，每个插件模块我们安排不同的研发人员独立地并行开发、联调、测试，每个插件最终通过配置的方式纳入到VMS 中。由于充分利用了插件化的设计，项目中可以通过安排多个研发人员并行开发来解决了项目工期短，细节复杂的问题。

（3）针对一些品牌的设备和转发软件平台，安排有经验的研发人员在原开发系统基础上做了大量的优化开发的工作。在这些定制化的软件模块中，根据对应的厂家设备的具体情况，在保证了统一的访问接口的前提下，量身定制，做了大量的优化，在实际使用中视频转发的稳定性和流畅性都非常好。

（4）针对协议升级到2016 版的问题，VMS 软件的中对应的接入模块也要做相应的修改并更换。由于采用插件化设计开发，在解决上面问题的同时，安排其他研发人员对协议部分的插件进行开发并升级，通过配置进行在线升级，对整个VMS 系统平台的正常运行没有造成影响。

通过该项目的应用，完善了视频管理系统的协议细节、功能和对项目的适应性，优化了性能，也充分验证了当初插件化设计的优越性。该项目2017年验收，使用至今运行良好，用户满意度高。

3.2 非标准协议下的应用

某市平安城市项目，项目该项目标的达7 千多万元，项目涉及高清监控点位2000 多个，项目需要建设管理这些高清摄像机的视频管理系统。

项目在技术上有两大难点：

（1）前端设备数量多，其中包括高清监控点位1800 个，微卡口系统33 个，制高点系统10 个，电子警察系统59 个，路口233 个，卡口系统9 个，一共2144 个摄像机；而且涉及到海康、大华、安讯士、宇视、SONY 等国内外等多种品牌，系统中前期在路口、卡口等安装的涉及到国外品牌的SONY 和安讯士的摄像机，还有早期的海康和大华的摄像机并不支持国标(GB/T28181)协议，无法通过国标协议接入VMS 视频转发软件；

（2）需要向第三方软件平台，如电视墙管理系统，人脸识别系统等转发非国标视频流。

针对以上难点，我们采取以下措施来解决：

（1）在VMS 非标准模块的支持下，通过非标准协议的接入方式接入这些老设备，即通过对设备厂家的SDK 定制开发接入，从而保证了视频管理系统对非国标视频监控平台的兼容。

（2）用户方的已建设好的第三方软件平台，如电视墙系统，人脸识别软件系统等，不支持国标视频流，合同要求兼容这些软件平台，能够转发非国标流。我们通过原先设计的非标准模块，在这个基础上开发了一套专门的流媒体转发模块，对接收到视频数据，不做任何处理封装，直接转发来实现该功能。

（3）通常非国标标准协议的设备和系统都是采用SDK 的方式来接入，所以需要在原有国标协议的基础上，拓展协议，从而令系统可以兼容老的设备和系统。项目中需要拓展的协议包括：

在进行登录操作时，由于首次登录需要服务端IP 地址、服务端端口号、服务器节点ID 号（20 个数字字符串）、登录用户ID 号（20个数字字符串），比较麻烦，特别是服务器节点的ID 号、登录用户ID 号等，所以定义了在登录之前可以通过用户的用户名（用户别名，非ID 号），向用户查询该用户名的ID 号、服务器节点ID 号、父节点ID 号等信息；支持针对解码器的实时音视频点播、历史音视频回放、音视频下载、视频切换等功能。当SIP 信令服务器收到客户端发起的视频切换信令时，根据编码器、解码器的设备ID 号、流ID 号进行信息查询，再找到一个匹配的流媒体服务器，把解码器视频切换信息发给流媒体服务器；当视频设备（IPC、编码器、DVR、NVR 等）不支持GB/T 28181 协议时，需要通过SDK 或其他协议从这些设备获取到视频流（ES 流），对应通过非标协议接入的视频流，需要再转化为国标定义的PS 流，发送给客户视频请求者。

通过良好的设计，系统除了能支持国标标准协议的互联和接入外，还能支持基于SDK 下的非标准协议的接入，解决了项目上的难题，提高了视频管理系统的可扩展性。目前该项目处于试运行阶段，运行状况良好。

4 总结

本系统基于GB/T28181 协议开发的视频系统，该系统在联网系统中信息传输、交换、控制方面利用SIP(Session Initiation Protocol)实现监控域互联。SIP 监控域由SIP 客户端、SIP 设备、中心信令控制服务器、流媒体服务器和信令安全路由网关等功能实体组成。各功能实体以传输网络为基础，实现SIP 监控域内联网系统交互。平台提供符合标准SIP 协议定义的SIP 监控域内的互联、级联的功能；针对非标准的平台或者设备，开发SIP 网关，对非标准设备的进行接入、转码、转封装等操作，实现对非标准设备平台的兼容和接入。

该视频管理系统开发完成后，在多个项目上已经得到运用，用户反应良好，一定程度上反馈了当初的设计和开发是满足项目上的要求，在市场上具有一定的推广价值。