H.248協議在視頻監控系統中的移植

孫金萍

（徐州工程學院 信電工程學院，江蘇 徐州221008）

0 引 言

目前基于C/S模式的視頻監控系統普遍采用私有協議在Internet網 絡 上 進 行 控 制 和 視 頻 傳 輸［1－3］， 無 法 與H.248、H.323［4－5］、SIP（session initiation protocol）［6］、MGCP（media gateway control protocol）［7］等下一代電信公有協議的智能終端進行互聯互通［8－9］。如何實現視頻監控系統與公有協議多媒體智能終端互通，擴大系統在市場上的競爭力，吸收更多的終端業務，是必須考慮的問題。

H.248協議［10］是媒體網關控制器（media gateway controller，MGC）與媒體網關（media gateway，MG）之間的一種媒體網關控制協議［11］。它在協議功能、適用范圍、可擴展性和互通性等幾個方面都具有一定優勢，能夠支持更大規模的網絡應用，而且更便于對協議進行擴充。鑒于H.248協議的以上特點，選用H.248協議作為視頻監控系統的應用層控制協議，來解決與公有協議NGN（next generation network）終端互聯互通的問題。

1 H.248協議分析

1.1 H.248協議中的命令

H.248協議中與監控系統控制流程密切相關的4個命令分別是：

（1）Add命令［12］。使用Add命令可以向一個關聯中添加一個終結點。

（2）Subtract命令［13］。使用Subtract命令可以刪除一個終結點與它所在的關聯之間的聯系。

（3）Notify命令。MG使用Notify命令向 MGC報告MG中所發生的事件。

（4）ServiceChange命令。MG使用ServiceChange命令向MGC報告一個或者一組終結點將要退出服務或者剛剛進入服務。MG也可以使用ServiceChange命令向MGC注冊［14］。

1.2 H.248協議的消息結構

H.248協議發送或接收的信息單元稱為消息。一個消息包含一個或多個事務，消息內的事務是相互獨立的。每個Transaction Request請求激發一個事務，一個事務包含一個到多個動作，每個動作包含一系列與同一個Context相關的一個到多個命令。其結構如下［15］：

1.3 H.248協議在視頻監控系統中的位置

視頻監控系統由媒體服務器、信令服務器、視頻服務器和客戶端組成。H.248協議在視頻監控系統中各個功能實體扮演如下角色：視頻服務器相當于媒體網關（MG）；信令服務器相當于媒體網關控制器（MGC）；客戶端相當于媒體網關（MG）。基于H.248協議的視頻監控系統的網絡連接如圖1所示。

圖1 網絡連接

1.4 H.248協議應用于視頻監控系統的可行性分析

監控系統遠程控制的主要功能是服務器（MGC）向遠程客戶端（MG）和視頻服務器（MG）發送控制命令，并根據控制命令完成監控的開啟、關閉或參數調整等功能。具體描述如下：

監控的開啟：在客戶端、視頻服務器與服務器之間建立視頻會話的過程。客戶端向服務器發出會話建立請求（使用Notify或ServiceChange命令），服務器進行驗證并響應請求，服務器命令客戶端創建關聯加入終結點（使用Add命令），服務器和客戶端之間成功建立RTP連接；服務器和視頻服務器之間RTP連接與上述流程基本一樣，只是以服務器發出會話建立請求開始，以視頻服務器響應請求，發送視頻數據結束。

監控的關閉：終止視頻會話的過程，拆除客戶端和服務器、服務器和視頻服務器之間的RTP連接（使用Subtract或ServiceChange命令）。

參數的調整：對視頻服務器的參數調整（使用ServiceChange命令）。

由上面的分析可知，遠程控制實際上是對視頻會話的控制過程。監控的開啟與關閉恰好對應了H.248協議所提供的呼叫建立與呼叫處理兩大功能，使用H.248命令集中的 Notify、ServiceChange、Add、Subtract命令。由此確定，無需對H.248協議進行擴展，將H.248協議應用于視頻監控控制是完全可行的。

2 系統控制流程

基本控制流程包括：客戶端的注冊和注銷流程以及視頻服務器的注冊和注銷流程，流程如圖2所示。

圖2 客戶端和視頻服務器的注冊/注銷流程

2.1 客戶端注冊流程

H.248客戶端要開通視頻業務必須注冊到服務器。在H.248協議中，客戶端主動向服務器注冊所用的命令是Notify或ServerChange。服務器接收到這兩個請求，便進行身份驗證，并返回驗證結果，建立視頻會話，開啟視頻監控。

（1）事件1：客戶端向服務器發送SVC＿CHG＿REQ消息進行注冊。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

第一行：MEGACO協議，版本為1。客戶端到服務器，客戶端的IP地址和端口號為： ［192.168.142.144］：2944。第二行：事務ID為 “3”。第三行：此時關聯為空。第四行：ServiceChange命令。終端ID為ROOT，表示該命令作用于整個客戶端。第五行：ServiceChange命令封裝的ServiceChange描述符。第六行：ServiceChange描述符參數。表示ServiceChangeMethod為 Restart，ServiceChangeReason為熱啟動。

（2）事件2：服務器收到客戶端的注冊消息后，回送響應給客戶端。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應的文本描述：

第一行：服務器到客戶端，服務器的IP地址和端口號為：［192.168.0.116］：2944。 第 二 行： 關 聯 為 空。ServiceChange命令作用于整個客戶端。表示服務器已經收到客戶端發過來的注冊事務，并且響應注冊成功。

2.2 客戶端注銷流程

H.248客戶端退出服務，需要向服務器進行注銷。

（1）事件1：客戶端向服務器發送SVC＿CHG＿REQ命令進行注銷，該命令中的ServiceChangeMethod設置為Graceful或Force。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

（2）事件2：服務器回送證實消息。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應的文本描述：

2.3 視頻服務器注冊/注銷流程

視頻服務器提供或退出視頻服務，需要向服務器進行注冊/注銷，其命令的文本格式與客戶端注冊/注銷流程所用到的命令格式基本一樣，在此不再贅述。

2.4 遠程控制的總體結構

如圖3所示，整個遠程控制部分由兩個層次構成：A層是應用邏輯層，負責客戶端和服務器控制事件的處理。B層是針對應用設計的H.248協議層，負責處理與H.248協議相關的所有事務，兩個層次之間通過緩沖區進行數據的交互。

圖3 遠程控制的總體結構

3 H.248協議控制模塊設計

將H.248協議棧分為3層，從下到上分別是傳輸層、報文處理層和H.248事件處理層。

3.1 H.248報文的解析與生成

H.248消息基于TCP協議傳輸，不論是發送還是接收都是以字串方式，對從網絡上收到的數據包進行解析，利用字符和數字匹配函數（函數主要有isdigit（）、isspace（）、isalpha（））找出協議各個字段的值，并將解析后的數據放入協議結構體的相應變量里。根據解析的結果，調用相關的呼叫處理函數，進行相應的操作。

每個H.248報文都有固定的結構，按照H.248協議的規定標準，定義如下的消息結構：

以2.1客戶端注冊報文為例，解析后的結果如圖4所示。

對于報文的生成，過程剛好與解析相反，只需要按照協議的要求，將對應的字段填到正確的位置。

圖4 H.248協議解析

3.2 H.248事件的處理

H.248事件處理是對客戶端、視頻服務器H.248事件和服務器H.248事件的處理。

3.2.1 客戶端、視頻服務器H.248事件的處理

客戶端 H.248事件是向服務器發出 Notify，Ser－viceChange和Subtract這3類請求。視頻服務器H.248事件是對服務器發出的Add呼叫請求做出響應。

以客戶端的呼叫建立為例，狀態機如圖5所示。客戶端向服務器發送呼叫請求（notify），服務器回復已收到通知，服務器分析客戶端的請求，確定客戶端要求建立連接，于是就命令客戶端創建關聯（add），并攜帶自身的SDP信息。客戶端收到建立連接的請求，并創建關聯，攜帶自身的SDP信息。雙方協商完成，如果匹配則呼叫建立，否則呼叫失敗。

圖5 客戶端呼叫建立的狀態機

3.2.2 服務器 H.248事件的處理

服務器H.248事件負責向視頻服務器發起H.248呼叫請求和處理客戶端發起的呼叫請求，并根據請求命令做出相應的處理。以服務器向視頻服務器發起請求為例，狀態機如圖6所示。服務器向視頻服務器發送視頻請求（ServiceChange），視頻服務器收到后回送響應（reply），并調用開始編碼功能，視頻服務器和服務器之間的視頻通道成功建立。

圖6 服務器和視頻服務器建立視頻通道的狀態機

4 實驗結果分析

4.1 運行結果分析

硬件環境主要由視頻服務器、云臺攝像機和普通的PC機構成，視頻服務器和PC機通過交換機接入局域網；軟件環境主要是運行在PC機上由VC＋＋開發的軟件系統。搭建的多服務器網絡層次結構及容災機制如圖7所示。該網絡層次使用二叉樹表示，并有一個頂級服務器（192.168.0.116），頂級服務器使用雙機備份的方式。

圖7 多服務器網絡層次

客戶端運行在192.168.142.144計算機上，登錄界面如圖8所示。在H.248協議和私有協議兩種登錄模式下，客戶端同服務器之間以及服務器同視頻服務器之間均能正常建立會話。登錄成功后的監控界面如圖9所示。由圖9可知，ping命令顯示視頻服務器在線，視頻服務器通道參數正確獲取，監控畫面實時傳遞，Windows操作系統運行正常。

圖8 客戶端登錄界面

4.2 協議包分析

圖10是系統運行期間捕獲到的數據包，可以看出在視頻監控系統中H.248協議的數據發送和接收是正常的。

其中第四、五行，是傳輸控制協議的內容：第四行是RPC協議的請求端，源地址是192.168.142.144，目的地址是192.168.0.116；第五行是RPC協議的服務端，即該數 據 包 是 從 服 務 器 192.168.0.116 發 往 客 戶 端192.168.142.144；其中也承載了H.248協議內容。其余幾行 都 是 由 服 務 器 192.168.0.116 發 給 客 戶 端192.168.142.144的視頻數據包，說明客戶端接收的是服務器轉發的設備視頻流。由圖10還可以看出，視頻流傳輸使用的是UDP協議。

5 結束語

為了解決基于私有協議的視頻監控系統與公有協議的多媒體智能終端互聯互通問題，將H.248協議引入到Internet網絡并應用于C/S模式的視頻監控系統。實驗結果表明，系統的客戶端、視頻服務器同服務器能夠嚴格按照H.248協議的呼叫流程建立音視頻通話，并在呼叫建立的基礎上進行視頻監控，視頻流通道和視頻服務器參數控制通道獨立正確運行，實現視頻監控系統私有協議向公有H.248協議的移植，為監控系統同其他公有協議多媒體智能終端互聯互通提供依據。

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