胡偉峰，孟利民

(浙江工業(yè)大學通信網(wǎng)應用技術研究重點實驗室，浙江杭州310023)

0 引言

目前國內(nèi)視頻監(jiān)控業(yè)務主要應用于各種人口密集的場所，比如十字路口、銀行、學校、大型超市、小區(qū)等。視頻監(jiān)控的發(fā)展正處于高清初期，許多地方原有的標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在漸漸地被高清取代?，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般都采用RTP進行視頻數(shù)據(jù)的傳輸，而信令控制方面比較常用的有H.323、RTSP和SIP等。其中SIP是由IETF提出來的一個應用控制(信令)協(xié)議，用于發(fā)起會話，它可用來創(chuàng)建、修改以及終結多個參與者參加的多媒體會話進程［1］。SIP采用文本的編碼方式，具有靈活簡單、擴展性強、實現(xiàn)成本低等特點。正是由于這些優(yōu)勢，使得SIP得到了飛速的發(fā)展，并廣泛地被應用在各種多媒體業(yè)務中。網(wǎng)絡上的各類語言版本的SIP庫使得開發(fā)周期進一步縮短，本文采用的是當前非常流行的一個開源SIP庫——PJSIP，詳細介紹了設備端通過SIP與服務器之間進行的通信。

1 系統(tǒng)設計

在本項目設計中，采用支持H.264編解碼的DM365開發(fā)板來進行二次開發(fā)。攝像頭捕獲的模擬視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到開發(fā)板，并由各芯片處理成H.264視頻數(shù)據(jù)，最后進行RTP封裝并發(fā)送給服務器，服務器將視頻數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，客戶端的播放器對其進行解碼播放。整個過程，設備端、服務器與客戶端之間的信令控制使用SIP實現(xiàn)。系統(tǒng)的設計如圖1所示:

圖1 系統(tǒng)設計圖

2 利用SIP進行信令控制

按照邏輯功能區(qū)分，SIP系統(tǒng)由四種功能實體組成:用戶代理、代理服務器、注冊服務器和重定向服務器［2］。SIP 定義了 6 類請求方法:INVITE、ACK、BYE、CANCEL、REGISTER、OPTIONS［3］。本文采用PJSIP協(xié)議棧來實現(xiàn)系統(tǒng)中的SIP通信。

2.1 PJSIP 簡介

PJSIP是一個C語言編寫的基于SIP、SDP、RTP等協(xié)議的開源多媒體通信庫。C語言良好的可移植性和高性能保證了PJSIP這個庫具備很強的跨平臺性以及優(yōu)秀的性能，它的內(nèi)存占用率也非常低。由于PJSUA-LIB庫為開發(fā)者提供了簡單的函數(shù)接口用于SIP消息的收發(fā)，使普通的開發(fā)人員不必過多地考慮PJSIP庫的內(nèi)部框架。

整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理者ENDPOINT是整個協(xié)議棧的核心，負責實現(xiàn)pool、time heap、傳輸層控制、事件調(diào)度執(zhí)行、module管理、接收派發(fā)消息等［4］。模塊管理使PJSIP具有很強的擴展性，協(xié)議棧中的所有功能都以模塊的形式進行設計，每個模塊在初始化過程中都要在ENDPOINT中進行注冊。收到SIP消息后，先調(diào)用PARSER模塊進行解析，然后按照優(yōu)先級將解析后的消息依次傳遞給所有注冊的模塊，若有模塊對消息進行處理則立即停止消息的傳遞。對于要發(fā)送的消息，ENDPOINT會將消息發(fā)送給所有的模塊并且允許各個模塊對消息進行修改［5］。SIP消息在PJSIP各模塊之間的來回傳遞如圖2所示。

圖2 PJSIP各模塊協(xié)作表

2.2 新模塊的添加

PJSUA-LIB庫中SIP消息的默認使用SDP協(xié)議來描述消息體，而本文中的系統(tǒng)由于實際情況需要采用XML協(xié)議。故參考PJSUA-LIB庫中的即時消息的處理模塊，自行設計一個模塊實現(xiàn)對XML消息體的SIP消息的處理。

新模塊在初始化過程中必須要先向ENDPOINT進行注冊，注冊完成后ENDPOINT在收到SIP消息后才會將消息交給新模塊處理。結合本系統(tǒng)的實際情況，新模塊設計時只需要實現(xiàn)其中的兩個回調(diào)函數(shù)on_rx_request()與on_rx_response()來對收到的SIP消息進行處理。當ENDPOINT收到SIP請求消息時將調(diào)用on_rx_request()函數(shù)進行處理，收到SIP應答消息時將調(diào)用on_rx_response()函數(shù)進行處理。ENDPOINT對SIP消息的傳遞是根據(jù)模塊的優(yōu)先級高低來依次傳遞的，所以新定義的消息解析模塊的優(yōu)先級應該盡量比其他同級模塊要高，這樣才可以對SIP消息進行優(yōu)先處理。

同樣，在新模塊中實現(xiàn)了對SIP消息的接收后，也要完成SIP消息的發(fā)送函數(shù)部分。SIP消息發(fā)送函數(shù)主要參考了PJSIP中即時消息的發(fā)送流程，另外在發(fā)送函數(shù)的參數(shù)中添加用于表示SIP請求方法的參數(shù)，XML消息體內(nèi)容以字符串的形式進行傳遞。具體的SIP消息發(fā)送流程如圖3所示。

圖3 SIP消息發(fā)送流程圖

2.3 設備端SIP應用流程

本系統(tǒng)選擇UDP對SIP消息進行發(fā)送。設備端的SIP應用程序主要需要實現(xiàn)設備注冊、視頻請求兩大功能。

注冊具體過程:設備開啟之后向注冊服務器發(fā)送請求方法為REGISTER并且不攜帶消息體的SIP消息;注冊服務器接收到上述消息回復狀態(tài)碼為200的應答消息，同時攜帶一個隨機碼作為消息體;設備接收到應答消息后獲得隨機碼，并將其與密碼組合進行MD5加密，然后將加密結果再次以REGISTER請求方法的SIP消息發(fā)送給注冊服務器;注冊服務器接收到消息中的密碼后對此進行解析，并在數(shù)據(jù)庫中查詢確認該設備是否為合法用戶，若是回復狀態(tài)碼為200的應答消息，并保留設備的位置信息，否則恢復狀態(tài)碼為4XX的應答消息，同時在應答消息的起始行的文本信息中添加錯誤原因;終端注冊成功后，每隔一定的時間給注冊服務器發(fā)送請求方法為REGISTER的SIP消息并攜帶特定的消息體以告知服務器當前設備仍在線，此SIP消息稱為心跳保護包。

視頻請求具體過程:當收到客戶端發(fā)來請求方法為INVITE的SIP消息后，服務器負責記錄客戶端的通信地址并將視頻請求消息轉(zhuǎn)發(fā)給設備，同時回復狀態(tài)碼為1XX的應答消息通知客戶端進行等待;設備接收到此消息后讀取其中的媒體參數(shù)并判斷是否有能力參與會話，若可以則發(fā)送狀態(tài)碼200的應答消息給服務器，記錄視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務器的通信地址;服務器轉(zhuǎn)發(fā)應答消息給客戶端，客戶端發(fā)送ACK消息確認會話的建立，設備接收到經(jīng)服務器轉(zhuǎn)發(fā)的ACK消息后，完成多媒體會話的建立。SIP應用的具體流程圖如圖4所示。

圖4 SIP通信邏輯流程圖

3 測試結果

DM365開發(fā)板運行SIP應用程序，從程序啟動到注冊成功只需5－8s，成功注冊登錄服務器時串口信息如圖5所示:

圖5 設備注冊成功時串口的部分輸出信息

4 結束語

本文設計的SIP通信系統(tǒng)可以實際應用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)與服務器、客戶端之間良好的即時通信。SIP系統(tǒng)的重發(fā)機制很好地解決了UDP傳輸?shù)娜秉c，PJSIP模塊化的功能管理機制使系統(tǒng)具有較強的擴展性。該系統(tǒng)具有較高的實用價值，可以廣泛應用到網(wǎng)絡視頻會話中。

［1］ 劉瑞祥，許立群，劉寶妹.基于SIP即時消息系統(tǒng)的客戶端設計［J］.計算機科學，2010，37(9):104－106.

［2］ 陳銀星，周利清.SIP協(xié)議在VOIP終端的設計和實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電信科技，2006，(10):11－13.

［3］ 張智江，張云勇，劉韻潔.SIP協(xié)議及其應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005:14－15.

［4］ Benny Prijono.PJSIP Developer's Guide［EB/OL］.http://www.Pjsip.org，2006 －03 －07.

［5］ 雷正雄，朱曉民，廖建新.SIP協(xié)議棧的設計與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電信科技，2004，(3):17－20.