基于SIP的手机视频监控系统设计.pdf

基于 S I P的手机视频监控系统设计 代贝，雒江涛(重庆邮电大学 通信网与测试技术重点实验室，重庆 4 0 0 0 6 5)摘要：介 绍了一种基 于 S I P协议的手机视频监控 系统的设计方法，并 主要讨论 了如何利 用 S 1 P扩展方法的消息体 来定义控制指令和告警短信。该 系统具有极 大的灵活性、可扩展性、安 全性和跨 平 台性，可 以应 用 于互联 网和 3 G 移动 网，并可平 滑过渡到 下一代核心 网 I MS。关键词：S I P；手机；视频监控；3 G Sy s t e m d e s i g n o f mo b i l e v i de o mo n i t o r b a s e d o n S I P DAI B e i，L UO J i a n g t a o (K e y L a b o r a t o r y o n C o n m m n i c a t io n N e t w o r k and T e s t i n g T e c h n o l o g y，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m mu n i c a t io n s，C h o n g q i n g 4 0 0 0 5 5，P R C h i n a)Ab s t r a c t：T h i s p a p e r i n t r o d u c e s o n e d e s i g n s c h e me o f mo b i l e v i d e o mo n i t o r b a s e d o n s e s s i o n i n i t i a l p r o t o c o l，a n d d i s c u s s e s h o w t o u s e me s s a g e b o d y o f e x t e n s i o n o f SI P t o de fine c o n t r o l i ns t r uc t i o ns a n d a l a r n l me s s a g e s Thi s s y s t e m i s o f g r e a t fle x i b i l i t y，e x p a n s i b i l i t y，s e c u r i t y，a n d c r o s s p l a t f o r m c a p a b i l i t y I t c a n b e a p p l i e d i n I n t e rue t a n d 3 G mo b i l e n e t，a n d i t c a n t r a n s i t t o n e x t g e n e r a t i o n n e t wo r k I MS Ke y wo r d s：s e s s i o n i n i t i a l p r o t o c o l；mo b i l e p h o n e；v i d e o mo n i t o r；3 G 0 引 言 1 监控系统结构及特点 传统的有线和无线视频监控 系统 由于其用户 端设备移动性和无线网络带宽 的缺陷，很难满足人 们对“任何时间、任何地点”移动视频监控的需求。随着 3 G时代 的到来，网络带宽 的问题 已经得到解 决，3 G的上网速率足以满足视频监控 中媒体流传输 带宽的要求。本文所介绍 的视频 监控 系统基于现 有的 T D S C D MA网络，采用 S I P 信令作 为应用平 台的控制信令，在视频编码压缩方面采用最新的 H 2 6 4 E 2 标准，结合先进的双码流技术，使得以手机为 用户端设备的无线监控成 为可能，这样网络视频监 控突破了地域的限制，真正做到 了在“任何 时间、任 何地点”进行监控，为安 防插上 了移 动的翅膀。采 用 S I P协议作为平 台的主控协议，便于认证、控制、计费和管理等业务处理，使得视频监控成为一项 电 信级的可运营业务。收稿 日期：2 0 0 9-0 3 1 6 基于 S I P的手机视频监控系统主要分为前端采 集设备、网络服务器和手机。本系统基于 C S架构 开发，服务端 即为网络服务器，客户端即为手机。3 部分都是基于开源 的 o S I P 2 协议栈，对其进行修 改和扩展，以满足视频监控功能 的需求。监控系统 的结构图如图 1 所示。图 1 监控 系统结构图 1 1 前端采集设备结构 前端采集设备 由一个具 有音视频编解码处理 能力的服务器组成。完成音视频媒体流的采集、编 码压缩和传输，同时该设备 还具备报警功能，遇到 报警通过短信或 E ma i l 等形式发送给用户。整个前端采集设备 是一个嵌入式系统，采用海 思公司的 Hi 3 5 1 0系统进行设计。H i 3 5 1 0是一款基 于 A R M9和 D S P的高性能双核处理器，拥有硬件加 一6 9 速引擎，可编程并集成 H 2 6 4硬件编码 S O C芯片，支持 D I，H a l f D 1，C I F和 4通道 C I F等多种灵活编 码方式，支持 码率调节、帧率调节，支持 V B R C B R 模式，支持数据安全加密 A E S D E S 3 D E S，支持双码 流应用。基于 H i 3 5 1 0的前端采集设备解决方案如 图 2所示。电源接 口 上 二 行以 太 网接 F行 以 太网接 口 U S B 接【_ J R$2 3 2 1 R S 4 8 5 接 1 视频 输冉 4 路 视频 输入 4 路 音频 输入 音频 输出 图 2 前 端 采 集 设 备解 决 方 案 1 2 网络服务器功能模块结构 网络服务器基于 L i n u x 操作系统，除了集成 S I P 所包含的 3种服务器的功能外，还包括用于视频监 控所需要的服务器，如告警 服务器、设备管理服务 器、用户管理服务器、流媒体服务器和计费服务器。网络服务器功能模块如图 3所示。图 3 网络 服 务 器 功 能模 块 图 S I P消息处理模块完成对 S I P消息 的解析与封 装，包括对 S I P消息的压缩与解压缩(由于服务器需 要通过 3 G无线网络与用户进行 S I P消息的交互，所 以需要对 S I P消息进行压缩)。媒体流管理模块负 责接收媒体流，并转交 给 目的用户，此外还应有 流 量计算功能。Q o s 模块应能够根据 网络 的带宽适时 地调整媒体流 的比特率。计费模块 实现对用户 的 计费。视频点播模块 负责向用户呈现 可用 的监控 前端设备。告警模块负责接收报警信号，并通过短 信或 E-m a i l 等形式通知用户。设备管理模块 负责 对网络中的合法设备进行 注册 和管理。用户管理 与认证模块完成用户的注册认证功能，并保存用户 7 0 DIGI T A L C OMMU NI C A T I ON 2 0 0 9 6 的业务信息 J。1 3 特 点 视频流采用 H 2 6 4编码压缩，在相 同图像质量 条件下，H 2 6 4比 M P E G 4的数据压缩 比高 1 5倍，而且具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干 扰严重的无线 网络的视频传输。双码流编码压缩，支持本地 C I F格式高清存储和远端 Q C I F传输，节 省带宽并保证了视频质量。采用 S I P协议作为平台 的主控协议，具有电信级的 Q o s 保障。2 S I P消息扩展 2 1 S I P协议简介 S I P是 I E T F定义的基于 文本 的应用层控制协 议，用于建立、修改和终止多媒体会话。S I P协议采 用分布式架构，基于 C S模型。S I P中主要包含两 类功能实体：S I P用户代理和 S I P网络服务器。S I P用户代理包括用户代理客户端和用户代理 服务器，前者用于发起 S I P事务请求，后者用于接收 S I P事务请求。S I P网络服务器主要分为 3类：1)代理服务器(p r o x y s e r v e r)，完成 S I P消息 的 转接和转发功能；2)重定向服务器(r e d i r e c t s e r v e r)，向位 置服务 器请求被 叫用户的地址，并将该地址返 回给主 叫，由主叫用户代理 向新地址发起呼叫请求；3)注册服务器(r e g i s t e r s e r v e r)，对用户进行注 册 和鉴权。S I P消息分 为请求消息和响应消息，请求消息 包括基 本 的 I N V I T E，A C K，B Y E，C A N C E L，R E G I S T E R和 O P T I O N S 6种，另外 还包括 通用 的 I N F O，N O T I F Y，S U B S C R I B E和 R E F E R等。响应消息包括 从 1 X X到 6 X X的响应代码。由于 S I P具有灵活 的 可扩展性和极 强的能力协商 机制，新方法、新消息 头及功能的增加，对协议没有影响，为在 S I P消息中 封装用户的控制命令提供了方法。本文采用 I N F O 和 ME S S A G E消息来实现控制指令 的携带和告警短 信的扩展定义 J。2 2 S I P消息扩展 2 2 1 I N F O消息及扩展定义 由于 S I P提供的基本的 6种消息无法传输前端 采集设备的控制指令，S I P的扩展请求 I N F O给我们 提供了在会话过程中传递控制指令的一种方法。它并不是用来改变 S I P呼 叫的状态，或 S I P的初 始 化状态参数，仅是用于发送通常与会话有关 的应用 层的可选信息。根据 I N F O方法的定义，控制信息 可以定 义在 I N F O消息头部或者 I N F O消息体 中，本文介绍 的方 法是在 I N F O消息体 中定义前端采集设备的控制信 息。在利用 I N F O消息进行扩展时，需要注意 以下 几个方 面：1)由于消息将可能在 U D P上传送并且可能重 组一个大的消息，消息体应该保持较小；2)I N F O消息可能被一个 S I P代理服务器创建。完成这一 I N F O消息 中的信 息 的创 建过程需 要被 考虑；3)当定义被 I N F O消息传送 的消息体 时，多部 分消息体的应用将会很有用；4)不允许用 I N F O消息的扩展做那些影响 S I P 呼叫的状态或相关会议的状态的事；5)I N F O扩展不依赖 于请求或代理请求头部的 应用，最好能避免请求或代理请求 的应用，以便 在 S I P实体间可以互操作。为达到以上要求，可 以根据视 频监控 的需求，在开源 o S I P 2 l 3 协议栈 的基础 上对 其进行改进，使 其成为一个专 门处理视频监控的协议栈 S I P M，并 且支持基于 S i g C o m p架构的信令压缩。前端采集设 备、网络服务器和手机均支持 S I P M协议栈。本文采用 x m l 语法 来定 义 I N F O消息 的消 息 体，所 以 S I P M要能够对 x m l 语言进行解析，提取消 息体中的控制信息。如用 户对其 家 中客厅摄像头 发送左 转操作指令，最简单 的 S I P M 的 I N F O消息 内容为 I NF O s i p：mo n i t e r s e r v e r mo bi l e c n S I P M 2 0 F r o m：t a g ：a 23 4 0 4 2 To：Ca l l I D：3 5 6a 1 7 0c 5 0 1 9 2 1 6 8 3 8 0 CS e q：9 I NFO Ma x F o r wa r d s：70 Co n t e n t L e n g t h：4 5 其中：m o n i t e r s e r v e r mo b i l e e n为网络服务 器 地址；S I P M 2 0为协议 版本；9 8 7 6 5 4 3 2 1为用户手 机号；C o n t e n t L e n g t h：4 5为消息体的长度。在消息 体中 d e v i c e i d=“3”指示 了用户操作 的摄像头 的编 号，该编号保存 在服务器的用户 管理模块 中，并有 一个全局唯一的设备标识与其对 应。服务器解析 到该编号并获得设备标识，再从设 备模块 中查 到该 设备在网络中的 I P地址，然后服务器重新生成一个 I N F O消息，将 c o mm a n d=“l e f t”指令封装在其 消息 体 内，发往 目的前端采集设备。前端采集设备解析 该消息，获得操作指令并执行相应的响应。2 2 2 ME S S A G E消息及扩展定义 S I P协议 中 ME S S A G E消息的扩展使得 S I P能 够支持 I M(i n s t a n t m e s s a g e)通信，所 以 可 以采 用 ME S S A G E来实现告警发生时以短信通知用户的功 能。ME S S A G E应用有 两种模型，页面模 型和会话 模型，前者 I M应用像页面消息一样独立存在，后者 利用其它 S I P请求建立的对话来 发送。本文 I M 通信基于页面模型。ME S S A G E消息的消息体可 以是任何 MI ME类 型的消息体，包括 m e s s a g e c p i m格式。由于各个 I M 协议都要求支持 m e s s a g e c p i m格式，使用不 同 I M 协议 的各个终端 可以就 在不使 用网关或其它转换 器的情况下实现信息 的交互。所以采用 ME S S A G E 来实现短信很简单，只需要在头部 C o n t e n t-T y p e指 明消息体类型，并将短信的内容封装在消息体内即 可。ME S S A G E内容如下 MES SAGE s i p：9 8 7 6 5 43 21 1 921 6 8 3 8 0 S I P-M 2 0 Vi a：S I P M 20 TCP mo n i t e r s e r v e r mo bi l e e n；b r a n c h=z 9h G4bK7 7 6s g d k s e Ma x F o rw a r ds：7 0 Fr o m：s i p：mo n i t e r s e r v e r mo b i l e c n；t a g =4 9 58 3 To：s i p：98 76 5 4 3 21 1 9 2 1 68 3 8 0 Ca l l-I D：a s d 8 8 a s d 7 7a 1 2 3 4 CS e q：1 MES S AGE Co n t e n t T y p e：t e x t p l a i n Co n t e n t Le n g t h：2 4 客厅有警告发生，请速查看 3 总 结 本文所介绍的视频监控 系统基于 S I P协议，具 一71 有极大的灵活性、可扩展性、安全性和跨平 台特性，并且采用先进的 H 2 6 4和双流码编码压缩，支持手 机随时随地监控，可以应用于互联 网和 3 G移动网，并可平滑过渡到下一代核心 网I Ms。随着 S I P 协议的逐步完善和宽带无线技术的发 展，基于 S I P 的手机视频监控将成为未来无线视频监控 的热 门 发展方向。参考文献：1 R O S E N B E R G J，S C H U L Z R I N E H，C A M A R I L L O G，e t a 1 S I P：S e s s i o n I n i t i a t i o n P r o t o c o l E B O L (2 0 3 2-0 2 1 0)2 0 0 9-0 2 2 1 h t t p：r f c s u n s i t e d k r f c r f c 3 2 6 1 h t n l 1 2 毕厚杰新一代视频压缩编码标准 H 2 6 4 A V C M 北京：人 民邮电出版社，2 0 0 5：9 7 1 6 2 3 MO I Z A R D A o S I P 2 D o c u m e n t E B O L (2 0 0 5-0 2 1 0)2 0 0 9-0 2 1 0 h t t p：w w w g n u o r g s o fl w a r e o s i p d o c h t ml i nd e x ht m1 4 凌庆华，石志强，程伟明 基于S I P的网络视频监控系 统的设计与 实现 J 计算机 工程，2 0 0 7，3 3(2)：26l 一 26 3 5 D O N O V A N S R F C 2 9 7 6 1 1 1 e S I P I N F O Me t h o d E B O L (2 O O 0 1 0 1 5)2 0 0 9-01 1 0 h t t p：W W W p a c k e t i z e r c o rn ffc r f c 2 6 6 C A MP B E L L B，R O S E N B E R G j，S C H U L Z R I N N E H，e t a 1 R F C 3 4 2 8 一 S e s s i o n I n i t i a t i o n P r o t o c o l(S I P)E x t e n s i o n f o r I n s t a n t M e s s a g e E B O L (2 0 0 2 1 2 1 0)2 0 0 9-0 1 1 2 h t t p：fl y o u r d r e a m c n h t m l c o m p u t e r t e c h n o l o g y s t a nd a r d p r o t o c o l 20 0 80 9 25 4 6 78 h t m1 作者简 介：代贝(1 9 8 5一)，硕士研究生，主要从事下一代 网络技 术和通信网测试技术研 究；雒江涛(1 9 7 2一)，教授，主要从 事 N G N，3 G 4 G网络测试技术的研究工作。(上接第5 9页)图 9数字 1字符分割结果 但是，数字 1 在结构上也有其 自身的特性。数 字的宽与长之比小于某一阈值的时候，即可判定该 数字为 1，所 以，每次识别数字的时候，先判定该数 字是否为 1，如不为 1，即通过矩形区域统计判别法，判别出7段式数字 的各段状态，然后再根据 7段状 态的组合判别数字。也就是说，除了数字 1以外，这 种方法需要我们将其它数字的所有 7段矩形区域的 状态都判别出来再作判断。通过比较各个数字的结构特点，发现还可以按照 指定的数字判别顺序。对数字 0到 9(除 1以外)逐 个进行判断，或者说，在分析矩形区域状态的过程中，每分析完一段，都可以确定或排除一个数字，最后，只 有 5，6，8，9这 4个数字需要将 7段状态全部分析 出 来才能判别。这样，数字的平均判识速度也得到了一 定程度的提高，更加满足了系统实时性的要求。3 结 论 本文采用了 7段区域统计判别法对远程视频监 控系统中的数码灯进行识别。实验结果表明，用 7 段区域统计判别法对 7段式数字进行识别，大大提 一7 2 DI GIT A L COMMUN I CA TION 2 0 0 9 6 高了识别速度，极大地减少 了 C P U的运算负担，完 全能满足实时性 的要求，识别 率也基本令人满意，可以达到 9 8 以上的正确判识。参考文献：1 孙凤杰，安田江，范杰清，等 电力变压器温度表指针 位 置识 别研 究 J 中国电机 工程 学报，2 0 0 7，2 7(7)：7 O一 75 2 宋玉锋，周泓 远程数字视频监控系统的设计与实现 J 计算机工程，2 0 0 2，2 8(8)：2 3 8 2 3 9 3 宋培华，陆宗骐，高敦岳 基 于图像投影 直方图法的二 维码在线检测与识别 J 华东理工大学学报，2 0 0 1，2 7(5)：5 7 7 5 7 9 4 宋志峰，张日锋，梅顺齐 一种基于图像识别的目标区 域分割法 J 武汉科技学院学报，2 0 0 2，1 5(5)：9 1 _ 9 4 5 朱秀昌，刘峰，胡栋，数 字 图像 处理 与 图像通 信 M 北京：北京邮电大学出版社，2 0 0 2：1 3 2 1 4 5 6 K E N N E T H R C D i g i t a l I ma g e P r o c e s s i n g，P u b l i s h i n g H o u s e o f E l e c t r o n i c s I n o u s i r y M 北京：电子工业出版 社。t 9 9 8：4 0 5-5 2 5 作者简 介：李宁宁(1 9 8 3一)，女，山东德州人，硕士研究生，主要研 究方向为语音 与数 字图像 处理；孙 凤杰(1 9 6 1一)，男，北京 人，教授，主要研 究方向为通信 与信息 系统及数 字图像 处理：范杰清(1 9 7 9一)，男，河北石家庄人，讲师，主要研究方向为 数 字图像处理及 电子技 术。