基于SIP協議的網絡視頻監控系統分析

匡明

智能視頻監控系統摒棄了以往專線設計概念，采用通用的SIP協議，完全滿足了網絡化時代對大規模電信級視頻監控、遠程訪問、集中管理的需要。

概述

回顧視頻監控市場，各監控平臺系統由于采用的信令控制協議不統一，造成互聯互通的技術門檻。這有點類似于80年代我國交換機市場“七國八制”的狀況，這些原因阻礙網絡化時代對大規模電信級視頻監控、遠程訪問、集中管理的需要。為此，業界探討出兩種解決思路：

第一，從監控行業, 在現有平臺集成SIP為業務通訊協議,來承載/管理前端；第二，從IMS/NGN通訊平臺，IMS/NGN平臺天生適合IP視頻監控系統大規模聯網、分布式部署、智能化監控的要求，是視頻監控系統更有力解決方案。借肋SIP簡單靈活在現有資源上很好的集成SIP Cam, 相當于將SIP Cam充當一路SIP終端，于后臺添加監控業務。

整體而言, SIP簡單靈活、分布式控制，故將SIP作為未來市場視頻監控的主流協議已成為業界共識。中國電信集團也在其《中國電信家庭視頻監控業務技術規范》中推薦將SIP協議作為首選控制協議來實現。基于SIP智能視頻監控系統以寬帶網為依托，是集遠程監控、傳輸和管理于一體的智能視頻監控系統，系統摒棄了以往專線設計概念，采用通用的SIP協議，完全滿足了網絡化時代對大規模電信級視頻監控、遠程訪問、集中管理的需要。

SIP簡介

會話初始化協議SIP（Session Initiation Protocol）是一個在IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協議，它被用來創建、修改、終結一個或多個參加者參加的會話進程。會話可能是終端之間任何類型的通信，它可以是視頻話路、即時消息處理話路和協作話路。任何情況下，該協議都不會定義或限制使用的業務。而且，傳輸、QoS、計費、安全性等問題都由基本核心網絡和其他協議處理。

SIP信令的控制模式和分布式架構

SIP協議的通信方式是一個分布的、客戶機／服務器（Client/Server，C／S）、水平的控制結構，采用多點控制單元（MCU）或全互連的方式代替組播發起多方呼叫，透明地支持名字映射和重定向服務，分為呼叫信令、注冊信令和重定向信令等模塊，通過其他相關或獨立的協議體系提供其他相關或獨立的功能和業務。其采用C／S結構的消息機制，對呼叫的控制是將控制信息封裝到消息的頭域中，通過消息的傳遞來實現。因此，SIP系統的終端比較智能化，不只提供數據，還提供呼叫控制信息，其他各種服務器則用來進行定位、轉發或接收消息。這樣，SIP將網絡設備的復雜度推向了網絡終端設備，因此更適于構建智能型的用戶終端。

SIP是一個分層結構的協議，其行為根據一組平等獨立的處理階段來描述，每一階段之間只是松耦合。協議分層描述是為了表達從而允許功能的描述可在一個部分跨越幾個元素，某元素包含某層是指它順從該層定義的規則集。

SIP通信步驟：1)注冊登記，發起和定位用戶；2)進行媒體協商，通常采用SDP方式來攜帶媒體參數；3)由被叫方來決定是否接納該呼叫；4)呼叫媒體流建立并交互；5)呼叫更改或處理如呼叫轉移；6)呼叫終止。

圖1：SIP網絡架構圖

一個S I P基本網絡架構，它應該包括幾個基本邏輯單元UA，代理服務器（SIP PROXY），注冊服務器（Registrar），重定向服務器（Redirect Server）和B2BUA。

由圖1所示，SIP UA或終端構成對話的端點：它發送或接收SIP請求和響應。UA在邏輯上可分為：

UA Client：發起請求的主叫方應用；

UA Server：接收、重定向或拒絕請求，代表用戶給到來的請求發送響應。

SIP中間服務器是SIP消息在到達其最終目的地前所經過的邏輯實體，這些中間服務器用于對請求路由和重定向。服務器包括代理服務器（Proxy Server），重定向服務器（Redirect Server），注冊服務器（Registrar）和B2BUA。

SIP作為基于Internet環境的一種信令控制協議，突破了H.323協議集中、層次控制的傳統設計思想，其核心思想是邀請新成員加入一個已經存在的會話或創建一個新的會話，各成員之間可以通過組播、單播或兩者結合的方式進行交互，從而具有可擴展性、靈活性、互操作性、可重用性等多種優良特性。因此，SIP信令天生適合IP視頻監控系統大規模聯網、分布式部署、智能化監控的要求，是視頻監控系統信令機制發展的必然趨勢。

SIP協議特性

1、良好的可擴展性。滿足大規模聯網，系統升級擴容的需求；分布式架構，升級擴容時只需增加相應組件，無須改動原有系統

2、簡單。滿足大規模聯網系統的可維護性需求；HTTP文本化，易用，易調試。

3、移動性好。滿足監控無處不在的發展需求；支持用戶移動，用戶可以使用PC、IP電話或傳統電話。

4、良好的新特性支持能力。滿足越來越多的監控增值業務需求，支持快速創建新特性。

5、與現有的IETF協議集成。其他IETF協議能用來建立SIP應用，能與現有IETF協議工作。

SIP網絡視頻監控系統構成元素

基于SIP的網絡視頻監控系統采用域管理方式，支持大規模的視頻監控業務。SIP視頻監控系統由以下幾個部分組成。

（1）監控前端

主要為網絡攝像機和網絡視頻服務器。

監控前端可以將監控圖像進行數字化處理，發送到客戶端供用戶觀看。

（2）客戶端

主要為SIP 視頻話機。客戶端是接收視頻監控前端傳輸過來的視頻編碼數據，對編碼數據進行解碼顯示。

（3）IMS/NGN系統

該系統是整個監控系統的核心部分，所有的控制及管理都有該部分完成。

如圖2所示，監控前端采用REGISTER的方法進行注冊和注銷。按照安全的級別分類，分為符合標準的認證注冊、基于口令的雙向認證注冊和基于數字證書的雙向認證注冊等。采用基于SIP的呼叫機制，并把一些自定義的消息格式也以文本形式封裝在SIP消息體中，從而形成了控制消息格式的統一，也便于進一步的擴展。SIP協議的一個重要的功能就是用來創建多媒體會話，并且在相關的承載協議中規定了流傳送的能力集交互方法，通過INVITE方法能很好的完成大型集中監控平臺所需要的實時視頻流監控。用戶遠程通過SIP視頻電話即可隨時對監控區域進行查看，并可通過SIP實現雙向語音。控制流方面也可以用SIP的一些基本方法來實現，比如用 INVITE或者SUBSCRIBE，NOTIFY機制來實現報警發送，用INFO或者MESSAGE方法來實現PTZ控制和配置。在視頻監控業務中，云臺和鏡頭的遠程實時控制和報警是非常重要的功能，由于SIP協議沒有對監控功能進行定義，所以SIP協議不能完成監控的云鏡控制和報警功能，這就需要對SIP協議進行擴展。對SIP進行擴展應該在SIP協議的擴展原則框架下進行。

圖2：SIP視頻監控系統結構圖

圖3：SIP視頻監控系統功能形象圖

系統優勢

遠程監控只需撥號

領先的整合了SIP協議網絡視頻產品，只需要一個簡單的撥號即可從SIP視頻話機上遠程觀看到監控區域的畫面并可以和現場進行雙向語音通話。而如果設置了報警輸出到SIP視頻電話，一旦監控區域發生報警事件，您可以馬上從遠端觀看到現場所發生的情況，達到了視頻監控和通信的完美結合。

靈活的遠程控制

遠程用戶可以通過撥號進入系統的SIP視頻監控終端，通過SIP視頻話機上的數字鍵或者軟電話來遙控觀看角度；進行旋轉、傾斜和變焦的操作。使用戶自由地觀看，并檢查他們想要查看的地方，同時享受視頻監控的樂趣和方便靈活的遠程監控。

多樣的安全性增強功能

SIP視頻監控終端可以連接到多個外部安全設備，包括振動傳感器，煙霧傳感器，蜂鳴器或危險燈，以便輕松和靈活地創造一個智能安全系統。另外，SIP視頻監控終端可控制通過調度策略的安全機制，以確保監控區域安全。

帶寬節省

SIP視頻監控終端基于國際先進的H.264算法，可輕松實現高清晰圖像的低網絡帶寬傳輸。并可進行多種碼流設置，使有限的Internet連接帶寬采用適當的視頻質量，從而得到一個舒適的用戶體驗。

結束語

監控系統作為通信系統的一種，采用相應的信令機制使系統內所有設備協同工作，使系統正常運行。信令系統是通信網的神經系統，是通信網必不可少的重要組成部分。信令是一種機制，通過這種機制，構成通信網的用戶終端，各個業務節點可以相互交換各自的狀態信息和提出對其他設備的接續要求，從而使網絡作為一個整體運行。監控系統的發展趨勢是大規模聯網、分布式部署、智能化監控，SIP協議脫穎而出，成為廠商的寵兒，被廣泛應用。