基于SIP协议的网络视频监控系统分析

匡明

智能视频监控系统摒弃了以往专线设计概念，采用通用的SIP协议，完全满足了网络化时代对大规模电信级视频监控、远程访问、集中管理的需要。

概述

回顾视频监控市场，各监控平台系统由于采用的信令控制协议不统一，造成互联互通的技术门槛。这有点类似于80年代我国交换机市场“七国八制”的状况，这些原因阻碍网络化时代对大规模电信级视频监控、远程访问、集中管理的需要。为此，业界探讨出两种解决思路：

第一，从监控行业, 在现有平台集成SIP为业务通讯协议,来承载/管理前端；第二，从IMS/NGN通讯平台，IMS/NGN平台天生适合IP视频监控系统大规模联网、分布式部署、智能化监控的要求，是视频监控系统更有力解决方案。借肋SIP简单灵活在现有资源上很好的集成SIP Cam, 相当于将SIP Cam充当一路SIP终端，于后台添加监控业务。

整体而言, SIP简单灵活、分布式控制，故将SIP作为未来市场视频监控的主流协议已成为业界共识。中国电信集团也在其《中国电信家庭视频监控业务技术规范》中推荐将SIP协议作为首选控制协议来实现。基于SIP智能视频监控系统以宽带网为依托，是集远程监控、传输和管理于一体的智能视频监控系统，系统摒弃了以往专线设计概念，采用通用的SIP协议，完全满足了网络化时代对大规模电信级视频监控、远程访问、集中管理的需要。

SIP简介

会话初始化协议SIP（Session Initiation Protocol）是一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，它被用来创建、修改、终结一个或多个参加者参加的会话进程。会话可能是终端之间任何类型的通信，它可以是视频话路、即时消息处理话路和协作话路。任何情况下，该协议都不会定义或限制使用的业务。而且，传输、QoS、计费、安全性等问题都由基本核心网络和其他协议处理。

SIP信令的控制模式和分布式架构

SIP协议的通信方式是一个分布的、客户机／服务器（Client/Server，C／S）、水平的控制结构，采用多点控制单元（MCU）或全互连的方式代替组播发起多方呼叫，透明地支持名字映射和重定向服务，分为呼叫信令、注册信令和重定向信令等模块，通过其他相关或独立的协议体系提供其他相关或独立的功能和业务。其采用C／S结构的消息机制，对呼叫的控制是将控制信息封装到消息的头域中，通过消息的传递来实现。因此，SIP系统的终端比较智能化，不只提供数据，还提供呼叫控制信息，其他各种服务器则用来进行定位、转发或接收消息。这样，SIP将网络设备的复杂度推向了网络终端设备，因此更适于构建智能型的用户终端。

SIP是一个分层结构的协议，其行为根据一组平等独立的处理阶段来描述，每一阶段之间只是松耦合。协议分层描述是为了表达从而允许功能的描述可在一个部分跨越几个元素，某元素包含某层是指它顺从该层定义的规则集。

SIP通信步骤：1)注册登记，发起和定位用户；2)进行媒体协商，通常采用SDP方式来携带媒体参数；3)由被叫方来决定是否接纳该呼叫；4)呼叫媒体流建立并交互；5)呼叫更改或处理如呼叫转移；6)呼叫终止。

图1：SIP网络架构图

一个S I P基本网络架构，它应该包括几个基本逻辑单元UA，代理服务器（SIP PROXY），注册服务器（Registrar），重定向服务器（Redirect Server）和B2BUA。

由图1所示，SIP UA或终端构成对话的端点：它发送或接收SIP请求和响应。UA在逻辑上可分为：

UA Client：发起请求的主叫方应用；

UA Server：接收、重定向或拒绝请求，代表用户给到来的请求发送响应。

SIP中间服务器是SIP消息在到达其最终目的地前所经过的逻辑实体，这些中间服务器用于对请求路由和重定向。服务器包括代理服务器（Proxy Server），重定向服务器（Redirect Server），注册服务器（Registrar）和B2BUA。

SIP作为基于Internet环境的一种信令控制协议，突破了H.323协议集中、层次控制的传统设计思想，其核心思想是邀请新成员加入一个已经存在的会话或创建一个新的会话，各成员之间可以通过组播、单播或两者结合的方式进行交互，从而具有可扩展性、灵活性、互操作性、可重用性等多种优良特性。因此，SIP信令天生适合IP视频监控系统大规模联网、分布式部署、智能化监控的要求，是视频监控系统信令机制发展的必然趋势。

SIP协议特性

1、良好的可扩展性。满足大规模联网，系统升级扩容的需求；分布式架构，升级扩容时只需增加相应组件，无须改动原有系统

2、简单。满足大规模联网系统的可维护性需求；HTTP文本化，易用，易调试。

3、移动性好。满足监控无处不在的发展需求；支持用户移动，用户可以使用PC、IP电话或传统电话。

4、良好的新特性支持能力。满足越来越多的监控增值业务需求，支持快速创建新特性。

5、与现有的IETF协议集成。其他IETF协议能用来建立SIP应用，能与现有IETF协议工作。

SIP网络视频监控系统构成元素

基于SIP的网络视频监控系统采用域管理方式，支持大规模的视频监控业务。SIP视频监控系统由以下几个部分组成。

（1）监控前端

主要为网络摄像机和网络视频服务器。

监控前端可以将监控图像进行数字化处理，发送到客户端供用户观看。

（2）客户端

主要为SIP 视频话机。客户端是接收视频监控前端传输过来的视频编码数据，对编码数据进行解码显示。

（3）IMS/NGN系统

该系统是整个监控系统的核心部分，所有的控制及管理都有该部分完成。

如图2所示，监控前端采用REGISTER的方法进行注册和注销。按照安全的级别分类，分为符合标准的认证注册、基于口令的双向认证注册和基于数字证书的双向认证注册等。采用基于SIP的呼叫机制，并把一些自定义的消息格式也以文本形式封装在SIP消息体中，从而形成了控制消息格式的统一，也便于进一步的扩展。SIP协议的一个重要的功能就是用来创建多媒体会话，并且在相关的承载协议中规定了流传送的能力集交互方法，通过INVITE方法能很好的完成大型集中监控平台所需要的实时视频流监控。用户远程通过SIP视频电话即可随时对监控区域进行查看，并可通过SIP实现双向语音。控制流方面也可以用SIP的一些基本方法来实现，比如用 INVITE或者SUBSCRIBE，NOTIFY机制来实现报警发送，用INFO或者MESSAGE方法来实现PTZ控制和配置。在视频监控业务中，云台和镜头的远程实时控制和报警是非常重要的功能，由于SIP协议没有对监控功能进行定义，所以SIP协议不能完成监控的云镜控制和报警功能，这就需要对SIP协议进行扩展。对SIP进行扩展应该在SIP协议的扩展原则框架下进行。

图2：SIP视频监控系统结构图

图3：SIP视频监控系统功能形象图

系统优势

远程监控只需拨号

领先的整合了SIP协议网络视频产品，只需要一个简单的拨号即可从SIP视频话机上远程观看到监控区域的画面并可以和现场进行双向语音通话。而如果设置了报警输出到SIP视频电话，一旦监控区域发生报警事件，您可以马上从远端观看到现场所发生的情况，达到了视频监控和通信的完美结合。

灵活的远程控制

远程用户可以通过拨号进入系统的SIP视频监控终端，通过SIP视频话机上的数字键或者软电话来遥控观看角度；进行旋转、倾斜和变焦的操作。使用户自由地观看，并检查他们想要查看的地方，同时享受视频监控的乐趣和方便灵活的远程监控。

多样的安全性增强功能

SIP视频监控终端可以连接到多个外部安全设备，包括振动传感器，烟雾传感器，蜂鸣器或危险灯，以便轻松和灵活地创造一个智能安全系统。另外，SIP视频监控终端可控制通过调度策略的安全机制，以确保监控区域安全。

带宽节省

SIP视频监控终端基于国际先进的H.264算法，可轻松实现高清晰图像的低网络带宽传输。并可进行多种码流设置，使有限的Internet连接带宽采用适当的视频质量，从而得到一个舒适的用户体验。

结束语

监控系统作为通信系统的一种，采用相应的信令机制使系统内所有设备协同工作，使系统正常运行。信令系统是通信网的神经系统，是通信网必不可少的重要组成部分。信令是一种机制，通过这种机制，构成通信网的用户终端，各个业务节点可以相互交换各自的状态信息和提出对其他设备的接续要求，从而使网络作为一个整体运行。监控系统的发展趋势是大规模联网、分布式部署、智能化监控，SIP协议脱颖而出，成为厂商的宠儿，被广泛应用。