基于SIP的卡口視頻監控聯網系統的設計與實現

肖 沙，李太君，劉雪亭

(海南大學信息科學技術學院，海南?？?70228)

近年來，由于我國經濟實力的不斷提升，機動車的增長速度也在不斷提升，公路建設的范圍逐步擴大，交通狀況也越來越復雜，由于交通問題引發的各種犯罪案件更是數不勝數，尤其是像肇事后駕車逃逸，搶劫并劫持機動車輛，車輛的違章駕駛等.因此，全國各地陸續建立了公交卡口系統，這些卡口系統成功運用于交通治安管理、刑事偵察等業務工作中，并取得了良好的效果.

現有的卡口系統并不是十分完善，部分卡口系統存在著一些問題，其主要問題是卡口信息無法共享，無法與其他公安業務的相關信息對接，為了滿足公安業務的工作需求，處于相對孤立狀態的卡口系統必須進行完善.為此，可通過共享平臺與已建的卡口系統進行對接，實現卡口數據的共享，然后通過公安信息網上的上級聯網平臺與共享平臺連接，達到卡口系統與公安信息網連接整合的目的.

SIP協議是一個基于文本的應用層控制協議［1］，用于創建、修改和釋放Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發等會話，因其具備簡單靈活、可擴展性和分布式控制等優點，因此在視頻監控這個多媒體領域有望得到廣泛的應用［2］.

1 卡口系統結構

本系統設計基于分布式系統的集中管理策略，采用分層結構設計，從邏輯關系上看主要分為3層:卡口系統、運營商網絡和卡口接入平臺.系統結構圖，如圖1所示.

1.1 卡口系統 負責完成車輛綜合信息的采集，包括車輛特征照片、車牌號碼和車牌顏色等;完成圖片信息識別、車輛速度檢測、超速判別、數據緩存以及壓縮上傳等功能;主要由高清抓拍攝像機、補光燈、車輛檢測器、控制主機、外場工業交換機、光纖收發器、開關電源、防雷器等設備組成.

1.2 運營商網絡 由運營商負責系統組網，完成數據、圖片的傳輸和交換.以自建路口局域網、專用接入網、中心視頻專網和現有公安光纖網絡資源為傳輸通道，構建網絡傳輸子系統，實現卡口前端子系統與后端管理子系統之間的互聯互通.

由于卡口系統的安全性需要，一般通過租用運營商光纖鏈路組建專網，一條裸光纖連接每個前端點位和中心，對于市區較密集的點位可通過EPON/GPON［3］方式組網，對于偏遠地區也可采用無線方式組網.

1.3 卡口接入平臺 負責實現對轄區內相關數據的匯聚、處理、存儲、應用、管理和共享，由中心管理平臺和存儲系統組成.中心管理平臺由搭載平臺軟件模塊的各類服務器組成，包括數據庫服務器、管理服務器、應用服務器、圖片服務器和Web服務器等.

圖1 卡口系統結構示意圖

2 系統總體架構

基于IP網絡的視頻監控系統［4］將成為視頻監控系統未來的發展趨勢.現今視頻監控系統的應用部署范圍窄、聯網程度低，尤其是規格不一的接入設備使監控平臺之間的連通難以實現.

根據海南省的公共安全視頻監控情況，本卡口視頻監控聯網系統由卡口系統、卡口接入平臺、共享平臺、安全接入平臺和聯網平臺組成.系統組成的結構如圖2所示.

圖2 基于SIP的卡口視頻監控聯網系統結構圖

共享平臺部署在公安視頻專網上，通過公安視頻專網直接與上級共享平臺進行級聯，主要用于匯接聚集通過卡口系統采集的社會圖像資源和公安視頻專網圖像資源的聯網.省廳應建設省級共享平臺，市縣公安局應建設市縣級共享平臺，并依托公安視頻專網縱向級聯.

安全接入平臺是為了確?？跀祿凸残畔⒕W的安全性.公安視頻專網內圖像信息接入公安信息網，必須經過邊界安全接入平臺.

聯網平臺應部署在公安信息網上，主要用于公安內部各個信息系統之間的圖像資源等信息的共享.

3 系統的聯網結構

基于SIP的卡口視頻監控聯網系統的聯網方式分為級聯和互聯［5］.無論是在互聯方式下還是級聯方式下，系統的連接關系都是分為信令和媒體2個層面，因此系統的聯網結構可以分為信令結構和媒體流結構［6］.

3.1 級聯 2個信令安全路由網關之間是上下級關系，即下級信令安全路由網關主動向上級信令安全路由網關發起，經上級信令安全路由網關鑒權認證后再交換所管轄的目錄及設備信息.

級聯方式的多級聯網結構示意圖如圖3和圖4所示，信令流都應逐級轉發.

圖3 信令級聯結構示意圖

圖4 媒體級聯結構示意圖

3.2 互聯 信令安全路由網關之間是平級關系，需要共享對方SIP監控域的監控資源時，才由信令安全路由網關向目的信令安全路由網關發起，經目的信令安全路由網關鑒權認證后交換需要共享的目錄及設備信息.

互聯方式的聯網結構示意圖如圖5和圖6所示.

4 系統關鍵技術及其實現

實時媒體點播［7］和前端設備的控制是視頻監控系統最典型的功能，經過的認證的合法設備在系統內注冊以后才能實現.

圖5 信令互聯結構示意圖

圖6 媒體互聯結構示意圖

4.1 設備注冊 設備注冊是一個合法認證的過程，沒有通過注冊的設備無法通過SIP服務器尋址到目標設備［8］.SIP客戶端、網關和SIP設備等用戶代理使用Register方法進行注，注冊時應對設備進行認證.注冊流程圖，如圖7所示.

注冊流程描述如下

步驟1 SIP代理(設備)向SIP服務器發送Register請求，請求中未包含Authorization字段;

步驟2 SIP服務器向SIP代理發送響應401，并在消息頭中給出適合設備的認證體制和參數;

步驟3 SIP代理重新向SIP服務器發送Register請求，在請求的Authorization字段給出信任書，包含認證信息;

步驟4 SIP服務器對請求進行驗證，若檢查出SIP代理身份合法，向SIP代理發送成功響應200 OK;若身份不合法則發送拒絕服務應答.

4.2 實時媒體流點播 實時媒體點播的SIP消息通過本域或其他域的SIP服務器進行路由、轉發，目標設備的實時媒體流首先通過本域內的媒體服務器進行轉發［9］.實時媒體點播的會話連接是通過SIP協議中的Invite方法來實現，而媒體流的傳輸［10］則是通過實時媒體傳輸協議RTP/RTCP來實現.

圖7 注冊流程示意圖

圖8 客戶端主動發起的實時媒體點播流程圖

實時媒體點播的信令流程分為由客戶端主動發起和第三方(SIP服務器)呼叫控制2種方式.本系統采用客戶端主動發起呼叫控制的方式，客戶端主動發起的實時媒體點播流程如圖9所示.

流程描述如下

步驟1 媒體流接收者發送Invite消息給SIP服務器，其中消息頭域中帶有Subject字段，包含點播的視頻的各項參數;

步驟2 SIP服務器向媒體服務器發送Invite消息，此消息不帶有SDP消息體;

步驟3 媒體服務器回復200 OK響應，此消息帶有SDP消息體;

步驟4 SIP服務器向媒體流發送者發送Invite請求，帶有步驟3中的200 OK響應消息體;

1.6.1 試驗用藥 復方丁香開胃貼（國藥準字B20020645），每貼（藥丸）1.2 g，產品批號：15A088。復方丁香開胃貼模擬劑，每帖（藥丸）1.2 g，產品批號：15A091。以上藥物均由湛江寸草制藥有限公司提供。

步驟5 媒體流發送者收到SIP服務器的Invite請求后，回復200 OK響應，此消息帶有SDP消息體;

步驟6 SIP服務器向媒體服務器發送ACK請求，帶有步驟5中的200 OK響應消息體，完成與媒體服務器的Invite會話建立過程;

步驟7 SIP服務器收到媒體流發送者返回的200 OK響應后，向媒體流發送者發送ACK請求，請求中不帶有消息體，完成與媒體流發送者的Invite會話建立過程.

4.3 實時媒體流點播的斷開 斷開實時媒體流點播與開始實時媒體流點播類似，同樣分為2種方式，第一種方式是客戶端主動發起，第二種方式是第三方(SIP服務器)發起［11］.2種方式的實現都是由BYE事物來處理的.本系統采用客戶端主動發起的點播斷開方式，客戶端主動發起的實時媒體點播斷開流程如圖9所示.

圖9 客戶端主動發起的實時媒體點播斷開流程圖

流程描述如下

步驟1 流媒體接收者向SIP服務器發送BYE消息，斷開同客戶端的Invite會話;

步驟2 SIP服務器收到BYE消息后回復200 OK響應，會話斷開;

步驟4 媒體服務器回復200 OK響應，會話斷開;

步驟5 SIP服務器向流媒體發送者發送BYE消息，斷開同流媒體發送者的Invite會話;

步驟6 流媒體發送者收到BYE消息后回復200 OK響應，會話斷開.

5 結束語

本文提出了基于SIP的卡口視頻監控聯網系統架構，設計了SIP的信令流程，通過SIP協議與實時傳輸傳輸協議(RTP/RTCP)的配合使用，構建了完善的多媒體架構，解決了跨區域IP網絡上設備之間的互聯互通的問題，實現了基于SIP的卡口視頻監控聯網系統.該系統適用于大型的公共安全卡口視頻監控聯網系統的搭建.

［1］邢競帆，李勝利.SIP 協議的研究［J］.計算機應用，2001，21(S1):10 －12.

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［6］何青林，陳朝武，盧煜，等.基于SIP的視頻監控聯網系統的設計與實現［J］.電視技術，2009，33(5):116－118.

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