基于SIP的卡口视频监控联网系统的设计与实现

肖 沙，李太君，刘雪亭

(海南大学信息科学技术学院，海南海口570228)

近年来，由于我国经济实力的不断提升，机动车的增长速度也在不断提升，公路建设的范围逐步扩大，交通状况也越来越复杂，由于交通问题引发的各种犯罪案件更是数不胜数，尤其是像肇事后驾车逃逸，抢劫并劫持机动车辆，车辆的违章驾驶等.因此，全国各地陆续建立了公交卡口系统，这些卡口系统成功运用于交通治安管理、刑事侦察等业务工作中，并取得了良好的效果.

现有的卡口系统并不是十分完善，部分卡口系统存在着一些问题，其主要问题是卡口信息无法共享，无法与其他公安业务的相关信息对接，为了满足公安业务的工作需求，处于相对孤立状态的卡口系统必须进行完善.为此，可通过共享平台与已建的卡口系统进行对接，实现卡口数据的共享，然后通过公安信息网上的上级联网平台与共享平台连接，达到卡口系统与公安信息网连接整合的目的.

SIP协议是一个基于文本的应用层控制协议［1］，用于创建、修改和释放Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发等会话，因其具备简单灵活、可扩展性和分布式控制等优点，因此在视频监控这个多媒体领域有望得到广泛的应用［2］.

1 卡口系统结构

本系统设计基于分布式系统的集中管理策略，采用分层结构设计，从逻辑关系上看主要分为3层:卡口系统、运营商网络和卡口接入平台.系统结构图，如图1所示.

1.1 卡口系统 负责完成车辆综合信息的采集，包括车辆特征照片、车牌号码和车牌颜色等;完成图片信息识别、车辆速度检测、超速判别、数据缓存以及压缩上传等功能;主要由高清抓拍摄像机、补光灯、车辆检测器、控制主机、外场工业交换机、光纤收发器、开关电源、防雷器等设备组成.

1.2 运营商网络 由运营商负责系统组网，完成数据、图片的传输和交换.以自建路口局域网、专用接入网、中心视频专网和现有公安光纤网络资源为传输通道，构建网络传输子系统，实现卡口前端子系统与后端管理子系统之间的互联互通.

由于卡口系统的安全性需要，一般通过租用运营商光纤链路组建专网，一条裸光纤连接每个前端点位和中心，对于市区较密集的点位可通过EPON/GPON［3］方式组网，对于偏远地区也可采用无线方式组网.

1.3 卡口接入平台 负责实现对辖区内相关数据的汇聚、处理、存储、应用、管理和共享，由中心管理平台和存储系统组成.中心管理平台由搭载平台软件模块的各类服务器组成，包括数据库服务器、管理服务器、应用服务器、图片服务器和Web服务器等.

图1 卡口系统结构示意图

2 系统总体架构

基于IP网络的视频监控系统［4］将成为视频监控系统未来的发展趋势.现今视频监控系统的应用部署范围窄、联网程度低，尤其是规格不一的接入设备使监控平台之间的连通难以实现.

根据海南省的公共安全视频监控情况，本卡口视频监控联网系统由卡口系统、卡口接入平台、共享平台、安全接入平台和联网平台组成.系统组成的结构如图2所示.

图2 基于SIP的卡口视频监控联网系统结构图

共享平台部署在公安视频专网上，通过公安视频专网直接与上级共享平台进行级联，主要用于汇接聚集通过卡口系统采集的社会图像资源和公安视频专网图像资源的联网.省厅应建设省级共享平台，市县公安局应建设市县级共享平台，并依托公安视频专网纵向级联.

安全接入平台是为了确保卡口数据和公安信息网的安全性.公安视频专网内图像信息接入公安信息网，必须经过边界安全接入平台.

联网平台应部署在公安信息网上，主要用于公安内部各个信息系统之间的图像资源等信息的共享.

3 系统的联网结构

基于SIP的卡口视频监控联网系统的联网方式分为级联和互联［5］.无论是在互联方式下还是级联方式下，系统的连接关系都是分为信令和媒体2个层面，因此系统的联网结构可以分为信令结构和媒体流结构［6］.

3.1 级联 2个信令安全路由网关之间是上下级关系，即下级信令安全路由网关主动向上级信令安全路由网关发起，经上级信令安全路由网关鉴权认证后再交换所管辖的目录及设备信息.

级联方式的多级联网结构示意图如图3和图4所示，信令流都应逐级转发.

图3 信令级联结构示意图

图4 媒体级联结构示意图

3.2 互联 信令安全路由网关之间是平级关系，需要共享对方SIP监控域的监控资源时，才由信令安全路由网关向目的信令安全路由网关发起，经目的信令安全路由网关鉴权认证后交换需要共享的目录及设备信息.

互联方式的联网结构示意图如图5和图6所示.

4 系统关键技术及其实现

实时媒体点播［7］和前端设备的控制是视频监控系统最典型的功能，经过的认证的合法设备在系统内注册以后才能实现.

图5 信令互联结构示意图

图6 媒体互联结构示意图

4.1 设备注册 设备注册是一个合法认证的过程，没有通过注册的设备无法通过SIP服务器寻址到目标设备［8］.SIP客户端、网关和SIP设备等用户代理使用Register方法进行注，注册时应对设备进行认证.注册流程图，如图7所示.

注册流程描述如下

步骤1 SIP代理(设备)向SIP服务器发送Register请求，请求中未包含Authorization字段;

步骤2 SIP服务器向SIP代理发送响应401，并在消息头中给出适合设备的认证体制和参数;

步骤3 SIP代理重新向SIP服务器发送Register请求，在请求的Authorization字段给出信任书，包含认证信息;

步骤4 SIP服务器对请求进行验证，若检查出SIP代理身份合法，向SIP代理发送成功响应200 OK;若身份不合法则发送拒绝服务应答.

4.2 实时媒体流点播 实时媒体点播的SIP消息通过本域或其他域的SIP服务器进行路由、转发，目标设备的实时媒体流首先通过本域内的媒体服务器进行转发［9］.实时媒体点播的会话连接是通过SIP协议中的Invite方法来实现，而媒体流的传输［10］则是通过实时媒体传输协议RTP/RTCP来实现.

图7 注册流程示意图

图8 客户端主动发起的实时媒体点播流程图

实时媒体点播的信令流程分为由客户端主动发起和第三方(SIP服务器)呼叫控制2种方式.本系统采用客户端主动发起呼叫控制的方式，客户端主动发起的实时媒体点播流程如图9所示.

流程描述如下

步骤1 媒体流接收者发送Invite消息给SIP服务器，其中消息头域中带有Subject字段，包含点播的视频的各项参数;

步骤2 SIP服务器向媒体服务器发送Invite消息，此消息不带有SDP消息体;

步骤3 媒体服务器回复200 OK响应，此消息带有SDP消息体;

步骤4 SIP服务器向媒体流发送者发送Invite请求，带有步骤3中的200 OK响应消息体;

1.6.1 试验用药 复方丁香开胃贴（国药准字B20020645），每贴（药丸）1.2 g，产品批号：15A088。复方丁香开胃贴模拟剂，每帖（药丸）1.2 g，产品批号：15A091。以上药物均由湛江寸草制药有限公司提供。

步骤5 媒体流发送者收到SIP服务器的Invite请求后，回复200 OK响应，此消息带有SDP消息体;

步骤6 SIP服务器向媒体服务器发送ACK请求，带有步骤5中的200 OK响应消息体，完成与媒体服务器的Invite会话建立过程;

步骤7 SIP服务器收到媒体流发送者返回的200 OK响应后，向媒体流发送者发送ACK请求，请求中不带有消息体，完成与媒体流发送者的Invite会话建立过程.

4.3 实时媒体流点播的断开 断开实时媒体流点播与开始实时媒体流点播类似，同样分为2种方式，第一种方式是客户端主动发起，第二种方式是第三方(SIP服务器)发起［11］.2种方式的实现都是由BYE事物来处理的.本系统采用客户端主动发起的点播断开方式，客户端主动发起的实时媒体点播断开流程如图9所示.

图9 客户端主动发起的实时媒体点播断开流程图

流程描述如下

步骤1 流媒体接收者向SIP服务器发送BYE消息，断开同客户端的Invite会话;

步骤2 SIP服务器收到BYE消息后回复200 OK响应，会话断开;

步骤4 媒体服务器回复200 OK响应，会话断开;

步骤5 SIP服务器向流媒体发送者发送BYE消息，断开同流媒体发送者的Invite会话;

步骤6 流媒体发送者收到BYE消息后回复200 OK响应，会话断开.

5 结束语

本文提出了基于SIP的卡口视频监控联网系统架构，设计了SIP的信令流程，通过SIP协议与实时传输传输协议(RTP/RTCP)的配合使用，构建了完善的多媒体架构，解决了跨区域IP网络上设备之间的互联互通的问题，实现了基于SIP的卡口视频监控联网系统.该系统适用于大型的公共安全卡口视频监控联网系统的搭建.

［1］邢竞帆，李胜利.SIP 协议的研究［J］.计算机应用，2001，21(S1):10 －12.

［2］吕士钦，朱晓军，张刚.基于OMAP3530的SIP视频监控客户端设计与实现［J］.计算机工程与应用，2012，20:81－86.

［3］郎为民，郭东生.EPON/GPO从原理到实践［M］.北京:人民邮电出版社，2010.

［4］叶贾宁.SIP在视频监控系统互联互通中的应用研究［J］.舰船电子工程，2010(1):148－150.

［5］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化委员会.GB/T 28181—2011安全防范视频联网系统信息传输、交换、控制技术要求［S］.北京:中国标准出版社，2011.

［6］何青林，陈朝武，卢煜，等.基于SIP的视频监控联网系统的设计与实现［J］.电视技术，2009，33(5):116－118.

［7］李剑平.SIP服务器与视频会议服务器的设计和实现［D］.广州:华南理工大学，2012

［8］罗皓.RTMP媒体流嵌入SIP软交换网络的研究与实现［D］.广州:华南理工大学，2012

［9］TZVETKOV V，ZULEGER H.Service provider implementation of SIP regarding security:proceeding of Advanced Information Networking and Application Workshops，AINA 07，Niagara Falls，May 21 －23，2007［C］.［S.l.］:IEEE CS Press，2007.

［10］罗其朝，李太君，李延龙.基于Android的移动终端流媒体系统的研究［J］.海南大学学报:自然科学版，2013，31(1):37 －40，44.

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