ONVIF協(xié)議的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控客戶端接口研究

朱耀麟，李 倩，王昊星

(1．西安工程大學電子信息學院，陜西西安 710048;2．中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安 710055)

隨著網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，各種各樣與網(wǎng)絡相關的技術和產(chǎn)品應運而生，目前備受矚目的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控產(chǎn)品就是其中一種。它一般包括網(wǎng)絡攝像機，視頻編碼器，網(wǎng)絡視頻錄像機(NVR)等。但是，現(xiàn)在大部分的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還需要手動添加服務端(網(wǎng)絡攝像機)，并且對服務端的配置等都是手動操作，同時在網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中，各種產(chǎn)品會由很多公司生產(chǎn)，不同品牌的設備間的互通問題迫切需要解決。在2008年由SONY等企業(yè)創(chuàng)建的ONVIF組織，該組織制訂的協(xié)議標準目標是解決設備互通等問題，重點關注客戶端與服務端的接口通信，并且以Web Services為基礎，其中設備發(fā)現(xiàn)與設備管理模塊是搭建網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的首要步驟。目前，已經(jīng)有一批視頻監(jiān)控工作者對符合ONVIF的產(chǎn)品進行了研究與設計［1－5］。文獻［1］是對開放式網(wǎng)絡視頻接口協(xié)議ONVIF的研究，先對ONVIF協(xié)議進行描述與分析，然后設計客戶端，并對客戶端訪問目標設備的情況進行測試，主要完成了設備查找、管理及實時流傳輸?shù)臋z測;文獻［2］設計了基于ONVIF的NVR軟件平臺，是對具體的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控設備的設計，主要完成了NVR的基本功能，并對設計的NVR軟件進行測試;文獻［3］主要對基于ONVIF協(xié)議的設備發(fā)現(xiàn)功能進行了研究與設計，對發(fā)現(xiàn)過程進行詳細分析;文獻［4］重點描述 gSOAP軟件在符合ONVIF協(xié)議的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，主要對gSOAP工具包進行介紹以及對媒體服務功能進行研究;文獻［5］是對符合ONVIF協(xié)議的網(wǎng)絡攝像機應用接口的研究與設計，和文獻［2］相比，均屬于具體的設備設計，不同點在于文獻［5］重點研究ONVIF協(xié)議制定的幾項服務功能，而文獻［2］設計的NVR選擇了ONVIF服務功能中的重要功能，還設計了NVR需要的解碼器、Web客戶端等。上述文獻基本都涉及到ONVIF協(xié)議中的設備發(fā)現(xiàn)服務功能，也有對設備管理功能的研究。但是，對實時視頻流地址的獲取以及轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)還有待研究。

本文根據(jù)ONVIF協(xié)議，進行網(wǎng)絡視頻監(jiān)控客戶端接口的服務功能設計，做到客戶端能夠自動發(fā)現(xiàn)并連接服務端，同時對服務端進行配置，在上述兩項功能的基礎之上能夠獲取實時視頻流地址，并通過VLC播放，實現(xiàn)視頻流轉(zhuǎn)發(fā)。該設計基于2012年7月更新的ONVIF標準的WSDL文檔和一些核心規(guī)范文檔，根據(jù)規(guī)范里的服務功能— —設備發(fā)現(xiàn)和設備管理以及媒體配置(只利用視頻流實時轉(zhuǎn)發(fā)部分)進行接口設計，形成小的客戶端，然后通過與符合ONVIF標準的網(wǎng)絡攝像機(服務端)的通信，測試接口服務的實際應用情況。整個設計過程需要用到gSOAP工具，并且在設計前需對gSOAP文件夾中的typemap．dat文件進行必要的空間前綴添加，同時對WSDL文件的空間前綴進行必要修改。

1 服務功能模塊分析

本文設計的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控客戶端接口需要完成發(fā)現(xiàn)服務端，并對服務端進行設備管理、實時視頻流地址獲取，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)觀看。基于上述目標，對客戶端接口進行模塊劃分，首先需要對客戶端與服務端在網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的通信方式進行分析。

基于ONVIF協(xié)議的設備間具體通信情況如圖1所示:

圖1 客戶端與服務端的通信方式Fig．1 Client and server communication

根據(jù)圖1所示，ONVIF客戶端與ONVIF服務端的通信情況可以看成是由4部分組成:第一部分是設備發(fā)現(xiàn)模塊;第二部分是設備管理模塊;第三部分和第四部分是媒體配置模塊中的實時流轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容。

1.1 設備發(fā)現(xiàn)

ONVIF協(xié)議中的設備發(fā)現(xiàn)模塊，采用WSDiscovery文檔描述的WS-Discovery方案，能夠?qū)崿F(xiàn)自動搜索服務端，發(fā)現(xiàn)其IP地址等一些信息。這個設備發(fā)現(xiàn)方案，采用的是SOAP通信方式和UDP消息傳輸格式，使用 Hello—Probe—Probe-Match—Bye的方式，其中，由加入網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的每個服務端向客戶端所在的網(wǎng)絡多播發(fā)送Hello，客戶端則多播發(fā)送Probe，能夠匹配Probe報文中的Types和Scopes內(nèi)容的服務端攝像機單播回復ProbeMatch;當服務端攝像機離開該網(wǎng)絡時，則需要多播發(fā)送Bye消息。在整個過程中，攝像機可以隨意加入或離開網(wǎng)絡，但不影響客戶端對攝像機的搜索發(fā)現(xiàn)，這是WS-Discovery的特點，也是本設計中做到自動搜索的前提。WS-Discovery方案中還有一種Discovery Proxy方式，在這種方式中，一個DP或多個DP加入客戶端與服務端所在的網(wǎng)絡，單播發(fā)送Hello;當客戶端接收到DP的Hello，就不會顧及服務端發(fā)送的任何信息，只向DP單播發(fā)送Probe。服務端也向DP發(fā)送單播Probe，在這種情況下，客戶端與服務端就利用DP進行通信，當在同一局域網(wǎng)或者只有少量相機的環(huán)境中可以不使用網(wǎng)絡代理服務這種方式。

在本設計中，由于網(wǎng)絡攝像機數(shù)量有限，不考慮代理方式。

1.2 設備管理

設備管理，用于獲取設備的功能和信息。根據(jù)ONVIF-Core-Specification-v220文檔，該模塊被劃分為5類，分別是 Capabilities(功能)，Network(網(wǎng)絡)，System(系統(tǒng))，Security(安全)，I/O(輸入輸出)。在本文中，主要涉及功能和系統(tǒng)兩部分。

根據(jù)設備發(fā)現(xiàn)模塊得到的服務端的IP(XAddrs)地址，從而可以獲取服務端的功能信息。當進行獲取信息操作時，根據(jù)本文的設計，需要得到Media URL，該URL對下面要進行的視頻流轉(zhuǎn)發(fā)起前提作用。

對于系統(tǒng)部分，可以對網(wǎng)絡攝像機本身進行管理和配置，比如網(wǎng)絡攝像機信息的獲取，系統(tǒng)時間的獲取和設置等。對設備的配置，不是任意的行為，必須先利用ONVIF device test tool對網(wǎng)絡攝像機進行測試，根據(jù)得到的報文分析判斷該設備是否可以進行日期時間設置。根據(jù)判定，本文用到的網(wǎng)絡攝像機可以進行對系統(tǒng)日期時間的重新設置。

1.3 實時流轉(zhuǎn)發(fā)

在ONVIF協(xié)議中，媒體是利用 media profiles進行控制的。media profiles的獲取需要依靠Media URL，這是在設備管理模塊中的功能部分中得到的。

媒體文件中的配置有很多種，比如音頻編碼配置，視頻編碼配置等，并且在服務端設備支持的情況下，還可以對媒體文件進行新建、修改、刪除。一般網(wǎng)絡攝像機中都會有默認的媒體文件，根據(jù)這個文件，就可以對媒體進行配置。本文即采用默認媒體文件對視頻流地址進行獲取。

由于設備等條件限制，本文利用VLC播放器能夠播放網(wǎng)絡地址文件的特點，對得到的視頻流StreamUri進行轉(zhuǎn)發(fā)播放。

2 服務功能設計(客戶端)

ONVIF規(guī)范采用Web services架構，客戶端與服務端要利用SOAP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。Web services是基于網(wǎng)絡的、分布式的模塊化組件，利用HTTP和SOAP協(xié)議使數(shù)據(jù)在Web上傳輸。所以實現(xiàn)客戶端的接口設計，需要搭建Web服務框架，然后將具體的Web服務進行實現(xiàn)。

ONVIF服務功能的開發(fā)大致流程如圖2所示:

圖2 Web服務開發(fā)流程Fig．2 Development process ofWeb service

WSDL文件，實際上就是用XML語言描述的ONVIF不同的服務功能內(nèi)容，根據(jù)WSDL內(nèi)容，可以制定相應的Web services，同時，Web services的實現(xiàn)要使用Java或者C++語言。根據(jù)實際情況，本文為了簡化開發(fā)工作，使用gSOAP－2.8.9工具包，選擇C++語言進行開發(fā)。通過gSOAP工具包將ONVIF服務轉(zhuǎn)換成C++框架代碼后，將進行具體的服務功能的代碼實現(xiàn)。

在本文設計的開始部分，即在進行解析WSDL文件前，必要的步驟是在gsoap文件夾中找到typemap．dat文件并向其添加一些配置，即ONVIF recommended prefixes，WS-Discovery 1.0 remapping，SOAP-ENV mapping，OASIS recommended prefixes等項，這些配置的內(nèi)容是一些空間前綴地址，如 tds=http://www．onvif．org/ver10/device/wsdl，添加的意義在于進行WSDL文件解析為C++文件時需要用到這部分內(nèi)容。并且，從ONVIF官網(wǎng)下載的WSDL文件也需要對其schema-Location進行修改。在本文中，需要改為schema-Location="onvif．xsd"。

2.1 gSOAP編譯為C/C++文件

1)利用wsdl2h．exe進行頭文件編譯。

在電腦的cmd．exe程序中，輸入命令，以設備發(fā)現(xiàn)服務為例，如

wsdl2h-c-o remotediscovery．h-s remotediscovery．wsdl-IE:onvifgsoap;E:onvifgsoapimport，運行后可得到頭文件remotediscovery．h。

2)利用soapcpp2．exe生成相應的可用于編譯的代碼。

根據(jù)得到的頭文件，輸入soapcpp2-L-C-x remotediscovery．h-IE:onvifgsoap;E:onvifgsoapimport，可得到編譯所需的文件，DiscoveryLookup-Binding．nsmap，soapC．c，soapClient．c，soapH．h，soapStub．h。

2.2 實現(xiàn)W eb services

使用Microsoft Visual Studio 2008工具，根據(jù)wsdl2h．exe和soapcpp2．exe得到的編譯所需頭文件和源文件，建立工程，實現(xiàn)設備發(fā)現(xiàn)，設備管理及視頻流轉(zhuǎn)發(fā)。

2．2．1 設備發(fā)現(xiàn) 該功能模塊中，首先需要進行初始化。

用到的初始化函數(shù)是:

soap－default－SOAP－ENV－－Header(soap，＆header);

soap－default－d－－ScopesType (soap，＆sScope);soap－default－d－－ProbeType(soap，＆req);在同一局域網(wǎng)中，多播發(fā)送Probe，調(diào)用的函數(shù)是:

soap－call－－－dndl－－Probe(soap，"soap．udp://239.255.255.250:3702/"，NULL，＆req，＆resp)。

2．2．2 設備管理 根據(jù)設計需要，該模塊需要設計Get services功能，該功能可以得到網(wǎng)絡攝像機所支持服務的服務地址。本文中需要用到media服務地址。

工程需要進行結(jié)構體聲明，構建soap－new()，然后調(diào)用函數(shù):

soap－call－－－tds－－GetServices(soap，"http://192.168.100.168/onvif/device－service"，NULL，＆ GetServices＆ GetServicesResponse)獲取服務。

輸出的運行結(jié)果，可以根據(jù)struct－trt－－Get-ServicesResponse GetServicesResponse的定義進行選擇。

根據(jù)設計要求，本文用的是:

GetServicesResponse．Services-＞ XAddr。．

c)獲取rtsp地址，進行視頻流轉(zhuǎn)發(fā)

工程需要進行結(jié)構體聲明，GetStreamUri．ProfileToken取值 "Profile－token－0";在調(diào)用函數(shù)soap－call－－－trt－－GetStreamUri時，soap－endpoint地址是http://192.168.100.168:80/onvif/services。

輸出結(jié)果選用 GetStreamUriResponse．MediaUri-＞ Uri，即 printf("StreamUri=%s "，Get-StreamUriResponse．MediaUri-＞Uri)。

3 測試結(jié)果分析

使用筆記本電腦，與符合ONVIF的網(wǎng)絡攝像機相連(本次實驗使用一臺攝像機)，對利用VS 2008工具建立的工程進行編譯運行。為驗證設計的客戶端接口，利用ONVIF device test tool對同一臺IP攝像機進行測試。

3.1 設備發(fā)現(xiàn)功能

如圖3所示，獲取的攝像機IP地址是http://192.168.100.168:80/onvif/device－service。

圖3 設備發(fā)現(xiàn)Fig．3 Device discovery

3.2 設備管理功能

根據(jù)設備發(fā)現(xiàn)功能獲取的地址，可順利完成設備管理模塊，得到 Media服務地址:http://192.168.100.168:80/onvif/services，如圖4所示。

圖4 服務地址Fig．4 Service address

3.3 獲取視頻流地址功能

根據(jù)設備管理獲取的地址，進而獲取Media Profile。根據(jù)以上信息，獲取StreamUri，為rtsp://192.168.100.168:554/0。由圖5所示。

圖5 視頻流地址Fig．5 StreamUriaddress

3.4 VLC根據(jù)獲取的視頻流地址進行播放

最后利用 VLC播放器可連接該地址實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)攝像機拍攝內(nèi)容，視頻截圖如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)發(fā)的URI內(nèi)容Fig．6 Transmit the conten of URI

根據(jù)獲取的視頻流地址可進行VLC播放可知，本文獲取的StreamUri是正確的。

完成上述測試后，使用ONVIF device test tool對同一臺IP攝像機進行設備發(fā)現(xiàn)、設備管理、實時視頻流地址獲取3種服務功能的測試，其測試結(jié)果與上述工程運行結(jié)果相同。

綜合上述測試結(jié)果可知，本文設計的客戶端接口能夠完成ONVIF協(xié)議的設備發(fā)現(xiàn)、設備管理、實時視頻流地址獲取服務功能，并能夠通過VLC播放器對IP攝像機拍攝的視頻進行播放，基本達到設計目標。

4 結(jié)語

本文研究了ONVIF協(xié)議的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控客戶端，根據(jù)最新的ONVIF協(xié)議內(nèi)容進行了網(wǎng)絡視頻監(jiān)控客戶端的設備發(fā)現(xiàn)和設備管理服務功能的接口研究，并完成視頻流實時轉(zhuǎn)發(fā)，解決了設備間的互通問題。設計用到的設備與工具有Microsoft visual studio 2008，ONVIF device test tool，VLC 播放器，MiniSniffer抓包工具以及gSOAP－2.8.9工具包，其中對gSOAP－2.8.9的一些配置和ONVIF的WSDL文件進行了必要修改。結(jié)果顯示網(wǎng)絡攝像機IP地址，StreamUri等可以獲取，表明利用WS-Discovery方式可實現(xiàn)自動搜索網(wǎng)絡攝像機的IP，并且可以獲得并配置攝像機信息，視頻流Uri也可得到，并利用VLC播放器實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。

［1］ 金巍．開放式網(wǎng)絡視頻接口協(xié)議研究［D］．南京:南京大學，2011．

［2］ 徐飛明．基于ONVIF協(xié)議的NVR軟件平臺的設計與開發(fā)［D］．杭州:浙江大學，2012．

［3］ 馬宇昌，沈蘇彬，歐陽志友．基于ONVIF標準的設備發(fā)現(xiàn)的設計與實現(xiàn)［J］．計算機技術與發(fā)展，2013，23(11):224-228．

［4］ 肖路歡，謝燦，何策．gSOAP在基于ONVIF協(xié)議的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］．數(shù)字技術與應用，2013(6):128-129．

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