一、引言
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的浪潮中，視頻監(jiān)控作為重要的數(shù)據(jù)源，其接入和管理一直是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。GB/T 28181作為中國公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)，為我們提供了一套標(biāo)準(zhǔn)化的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)解決方案。本文將介紹國標(biāo)GB/T 28181視頻監(jiān)控設(shè)備的高效接入和管理。
二、背景
GB28181協(xié)議，全稱為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28181—2016《公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》，是視頻監(jiān)控領(lǐng)域的一項(xiàng)重要國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)架構(gòu)，包括傳輸、交換、控制的基本要求，以及系統(tǒng)的安全性標(biāo)準(zhǔn)。此外，它還涵蓋了控制和傳輸流程，以及協(xié)議接口等關(guān)鍵技術(shù)要求，為確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)行提供了規(guī)范和指導(dǎo)?！B28181協(xié)議在信令層面采用SIP(會(huì)話初始協(xié)議)進(jìn)行通信，而在流媒體傳輸層面則使用RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)。這意味著GB28181協(xié)議實(shí)際上是在國際通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了定制，以適應(yīng)視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在互聯(lián)傳輸方面的特定需求，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和私有化的結(jié)合。
三、協(xié)議流程
3.1 SIP協(xié)議
SIP是一種基于文本的協(xié)議，它的語法和消息非常類似于HTTP協(xié)議，不同之處在于SIP不僅可以用TCP,也可以用UDP封裝。SIP采用統(tǒng)一資源定位(URL,Uniform Resource Locators)來指示會(huì)話的發(fā)起方(From)當(dāng)前請求的目的地(RequestURL)和最終的接收方(To)。
SIP中一個(gè)比較重要的概念是用戶代理(User Agent)，指的是一個(gè)SIP邏輯網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)，用于創(chuàng)建、發(fā)送、接收SIP消息并管理一個(gè)SIP會(huì)話，SIP用戶代理又可分為用戶代理客戶端UAC(User Agent Client)和用戶代理服務(wù)端UAS(User Agent Server)。UAC創(chuàng)建并發(fā)送SIP請求，UAS接收處理SIP請求，發(fā)送SIP響應(yīng)。
SIP協(xié)議會(huì)與許多其它的協(xié)議協(xié)同工作，如SIP報(bào)文內(nèi)容發(fā)送會(huì)話描述協(xié)議(Session Description Protocol，SDP),SDP協(xié)議描述了會(huì)話所使用流媒體細(xì)節(jié)，如：使用哪個(gè)IP端口，采用哪種編解碼器等等。SIP(會(huì)話初始協(xié)議)負(fù)責(zé)建立和管理會(huì)話，而RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)才是實(shí)際承載語音或視頻數(shù)據(jù)的核心。在GB28181協(xié)議框架下，聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在進(jìn)行視音頻傳輸和控制時(shí)，需要建立兩個(gè)獨(dú)立的通道：會(huì)話通道和媒體流通道。
會(huì)話通道的作用是在設(shè)備之間建立會(huì)話，并傳輸系統(tǒng)級的控制命令，以協(xié)調(diào)和管理會(huì)話的生命周期。媒體流通道專門用于傳輸視音頻數(shù)據(jù)。經(jīng)過壓縮編碼的視音頻流通過流媒體協(xié)議RTP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)和RTCP(RTP控制協(xié)議)進(jìn)行傳輸，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性。通過這種雙通道的設(shè)計(jì)，可以有效地分離控制信號和媒體流，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。
3.2 注冊
注冊是指設(shè)備或系統(tǒng)在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，向SIP服務(wù)器(如FFmpeg這樣的SIP用戶代理服務(wù)器，UAS)進(jìn)行登記的過程。在這個(gè)流程中，設(shè)備會(huì)向FFmpeg發(fā)送一個(gè)注冊請求。一旦FFmpeg接收到這個(gè)請求，它會(huì)回復(fù)相應(yīng)的確認(rèn)消息，從而完成整個(gè)設(shè)備的注冊過程?；咀粤鞒倘缦滤荆?/p>
3.3 保活
當(dāng)用戶代理(UA)檢測到工作異常時(shí)，它應(yīng)立即向其所屬的SIP監(jiān)控域內(nèi)的SIP服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)更新。在系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下，UA也應(yīng)定期向同一SIP服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)報(bào)告。這些狀態(tài)報(bào)告遵循IETF RFC3427標(biāo)準(zhǔn)中定義的MESSAGE方法。通過這種周期性的狀態(tài)報(bào)告，可以建立注冊服務(wù)器與源設(shè)備之間的狀態(tài)監(jiān)測和心跳機(jī)制，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4 數(shù)據(jù)流
在GB28181協(xié)議中，視頻流可以是PS流、H.264流或MP4格式，國標(biāo)流媒體服務(wù)器的作用是將這些格式的視頻流轉(zhuǎn)封裝為ES流，然后通過RTSP、RTMP、FLV、HLS等協(xié)議進(jìn)行分發(fā)，以實(shí)現(xiàn)在不同終端上的播放。PS流(Program Stream)和ES流(Elementary Stream)是兩種不同的視頻流格式，它們在視頻數(shù)據(jù)的組織和封裝方式上有所區(qū)別：
ES流(Elementary Stream)，也稱為基本碼流，是直接從編碼器出來的數(shù)據(jù)流，可以是編碼過的視頻數(shù)據(jù)流(如H.264、MJPEG等)，音頻數(shù)據(jù)流(如AAC)，或其他編碼數(shù)據(jù)流的統(tǒng)稱。ES流由若干個(gè)存取單元(AU)組成，每個(gè)視頻AU或音頻AU都是由頭部和編碼數(shù)據(jù)兩部分組成。1個(gè)AU相當(dāng)于編碼的1幅視頻圖像或1個(gè)音頻幀。ES流不包含時(shí)間戳和音視頻同步信息，因此不適合直接用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。
PS流(Program Stream)，也稱為節(jié)目流，是由PS包組成，而一個(gè)PS包又由若干個(gè)PES包組成。PS流對ES流進(jìn)行了兩層的封裝，添加了同步信息與時(shí)鐘恢復(fù)信息，使得數(shù)據(jù)流更加適合存儲(chǔ)和傳輸。一個(gè)PS包最多可包含具有同一時(shí)鐘基準(zhǔn)的16個(gè)視頻PES包和32個(gè)音頻PES包。PS流的包結(jié)構(gòu)是可變長度的，適合于信道環(huán)境較好、傳輸誤碼較低的場合。常用于DVD視頻等存儲(chǔ)介質(zhì)中，也適用于一些網(wǎng)絡(luò)傳輸場景。
總結(jié)來說，ES流是原始的編碼數(shù)據(jù)流，而PS流是在ES流的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步封裝，加入了更多的控制信息，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
3.5 傳播方式
GBT28181協(xié)議規(guī)定碼流使用RTP包負(fù)載，推薦為PS流，也可以是ES流，對于媒體流的傳輸在原有UDP傳輸?shù)幕A(chǔ)中，增加了主動(dòng)tcp和被動(dòng)tcp的方式。
UDP被動(dòng)是普遍的傳輸方式。GB28181流媒體服務(wù)器監(jiān)聽單個(gè)UDP端口，然后發(fā)送一個(gè)SIP信令(INVITE)，其攜帶的SDP中包含了接收媒體的端口設(shè)備端收到信令后，解析該端口，然后設(shè)備主動(dòng)通過UDP向流媒體服務(wù)端監(jiān)聽的端口上發(fā)送視頻流。
TCP主動(dòng)是由設(shè)備端告知服務(wù)端自己的媒體流tcp端口，服務(wù)端主動(dòng)去連接設(shè)備端的該端口，獲取數(shù)據(jù)，這種場景應(yīng)用較少，可以忽略。
TCP被動(dòng)是由流媒體服務(wù)器監(jiān)聽單個(gè)TCP端口，然后通過SIP信令(INVITE)告訴設(shè)備端口，設(shè)備主動(dòng)向當(dāng)前流媒體服務(wù)端發(fā)送視頻流，基本等同于UDP流。
四、結(jié)語
GB/T 28181標(biāo)準(zhǔn)為中國的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，促進(jìn)了監(jiān)控資源的共享與利用，提高了公共安全和城市管理的效率。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的融合，GB/T 28181標(biāo)準(zhǔn)將繼續(xù)推動(dòng)視頻監(jiān)控技術(shù)向前發(fā)展。
