基于视频监控系统的RTP与SIP协议分析.pdf
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1、北京邮电大学硕士学位论文基于视频监控系统的RTP与SIP协议分析姓名:龚猷龙申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:刘勇20080210北京邮电大学硕上研究生学位论文基于视频监控系统的R T P 与SlP 协议分析摘要随着网络技术的进步,视频监控系统朝着数字化、网络化、智能化方向不断发展。现代视频监控系统主要是基于I P 网络运营,采用了相关的网络协议,并引进了先进的视频压缩编码技术。在视频监控系统中,传输的码流包括视频流和控制信息流,这里的控制信息流是指视频监控系统中各服务器之间的信令流。为节省网络带宽,必须将采集的初始视频流进行压缩编码;同时,为满足用户的实时需求,采用R T P
2、协议对压缩视频流进行打包传输。以前采用的视频标准主要是M P E G 2,而H 2 6 4 编码标准具有高压缩比、网络适应性强的特点,现在逐渐把H 2 6 4 标准引入视频监控系统,于是碰到了H 2 6 4 视频流的R T P 封装问题。控制信息流为视频监控系统提供了“智能化”工作的可能,本文中视频监控系统采用S I P 协议传输控制信息流,由于各运营商之间采用的S I P 信令格式不匹配,需要对S I P 协议解析,在开源代码O S I P 中给出了S I P 协议的解析方法,然而,考虑到实现的复杂性,需要自行实现。本文作者在研究生期间主要参与了北京智安邦科技有限公司的视频监控系统的研发工作
3、,作者主要完成了以下工作:1 在H 2 6 4 编码知识的基础上,认真研读了M P E G 4 的码流格式及R F C l 8 8 9 文档,采用代码实现了M P E G 4 的码流分析。2 在项目负责人的带领下,学习R T P 的相关知识,采用R T P 对M P E G 一4 码流进行打包封装,完成相关的工作。同时,自行设计完成了H 2 6 4 码流的R T P 封装方法,供参考使用。3 采用C 代码实现S I P 信令测试中P U 端的程序,并完成了与C M U 端的S I P 信令测试;同时,为了实现电信和网通之间的S I P 信令匹配,完成了S I P 信令解析。作者在完成上述的研发
4、工作之前,在北京邮电大学通信网络综合技术研究所多媒体实验室学习了H 2 6 4 编解码原理,编码理论基础扎实,并进行了X 2 6 4 代码的研究。由于作者理论水平和实践经验的限制,论文中的不当之处在所难北京邮电大学硕士研究生学位论文免,恳请各位老师和专家批评指正。关键词:视频监控压缩实时传输协议会话发起协议I I北京邮电大学硕士研究生学位论文I U PA N DS I PP R o T o C o L SA N A L Y S I SB A S E DO NS U R V E I L L A N C ES Y S T E MA B S T R A C TA l o n gw i t hd e
5、v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y,v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mi se v o l u t i o nw i t hd i g i t a l、c y b e r i z a t i o n、i n t e l l i g e n t i z e M o d e mv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mi Sm a i n l yb a s e do nI Pa n da d o p t sn e t w o r kp
6、 r o t o c o la n da d v a n c e dv i d e oc o m p r e s s i o nc o d e ct e c h n o l o g y I nt h ev i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m,t r a n s m i tb i ts t r e a mi sc o n s i s t so fv i d e os t r e a ma n dc o n t r o ls t r e a m T h ec o n t r o ls t r e a mi ss i g n a ls t r e a
7、ma m o n gs e r v e r si nv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m C o m p r e s st h ev i d e os t r e a mt os a v et h eb a n d w i d t ho fn e t w o r k A tt h es a m et i m e,A d o p t i n gR T Pt op a c k e t i n ga n dt r a n s m i t t i n gt h ev i d e os t r e a mt of u l f i l l st h en
8、e e do fr e a lt i m ef o ru s e r M P E G 2s t a n d a r dw a sa d o p t e db e f o r e M o r e o v e rt h eH 2 6 4C O D E Cs t a n d a r dp o s s e s s e sh i g hc o m p r e s sr a t ea n ds t r o n gn e t w o r ka d a p t a b i l i t y,n o ww h i c hi sa d o p t e di ns u r v e i l l a n c es y s
9、 t e m T h e r e f o r e,t h eR T Pp a y l o a df o r m a tf o rH 2 6 4b e c o m e sa ni m p o r t a n tp r o b l e m C o n t r o ls t r e a mp r o v i d e sp o s s i b l ef o rs u r v e i l l a n c es y s t e mw i t hi n t e l l i g e n t i z ew o r k I ns u r v e i l l a n c es y s t e mo ft h ep
10、a p e r,S I Pi sa d o p t e dt ot r a n s m i tc o n t r o ls t r e a m P a r s i n gS I Pi sn e c e s s a r yf o rt h en o tm a t c ha m o n go p e r a t ea g e n c i e s B e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo fi m p l e m e n t,n oo p e n i n gc o d eO S I Pb u ti m p l e m e n tc o d ei sa d o
11、 p t e d I nt h ep e r i o do fg r a d u a t es t u d e n t,a u t h o rt a k e sp a r ti nt h eR&Dt a s ko fs u r v e i l l a n c ei nt h eB e i j i n gZ A N Bt e c h n o l o g yC o,L T D T h em a i nt a s ki sf o l l o w i n g:1 B a s e do nt h eH 2 6 4C O D E C,r e a d i n gt h es t r e a mf o r m
12、 a to fM P E G-4a n dR F C18 8 9,a n di m p l e m e n t i n gt h ep a r s i n gM P E G 一4s t r e a mb yCc o d e 2 U n d e rt h eg u i d eo ft e a ml e a d e Ls t u d y i n gR T Pa n da d o p t i n gR T Pt op a c k e tM P E G 一4s t r e a m M e a n w h i l e,i m p l e m e n tR T Pe n c a p s u l a t i
13、 o nI I I北京邮电人学硕士研究生学位论文f o r m a tf o rH 2 6 4f o rr e f e r e n c e 3 I m p l e m e n t i n gP Ui nt h ep r o c e s so fS I Ps i g n a lt e s tb yCc o d e,a n df i n i s h i n gt h es i g n a lt e s tb e t w e e nP Ua n dC M S I m p l e m e n tt h ep a r s i n go fS I Pf o rm a t c hb e t w e e nC
14、 h i n aT e l e c o ma n dC h i n aN e t c o m B e f o r ef i n i s h i n gt h ea b o v eR Dt a s k t h ea u t h o rs t u d i e dt h eH 2 6 4C O D E Ca tS c h o o lo fC o m m u n i c a t i o na n dN e t w o r kT e c h n o l o g y,B e i ji n gU n i v e r s i t yo fP o s t sa n dT e l e c o m m u n i
15、c a t i o n sa n dw i t hw e l lf o u n d a t i o no fc o d i n gt h e o r y R e s e a r c ht h eX 2 6 4c o d e I t Sh a r dt oa v o i dm i s t a k e sb e c a u s eo fm y1 i m i t a t i o n si nt h e o r i e sa n de x p e r i e n c e s,S O1w i l lb ev e r ya p p r e c i a t e di ft h e ya r ep o i n
16、 t e do u tb ye v e r ye x p e r t K E YW O R D S:v i d e os u r v e i l l a n c e,c o m p r e s s i o n,R T P,S I PI V北京邮电人学硕上研究生学位论文独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表
17、示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:日期:趟:墨:堑,关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。本人签名:导师签名:l 墩杀日期
18、:型:主:三兰日期:趟:主:型北京邮电人学硕上研究生学位论文1 1 课题背景第一章绪论视频监控是一种应用比较早的业务,而且应用面也越来越广。从业务角度而言,视频监控就是指在不需要人为干预的情况下,利用计算机视觉和视频分析的方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析,并判断它们的行为,从而做到在完成日常管理外还能对发生的异常状况做出相应的反应。系统能够向保卫人员准确及时的发出报警,从而避免犯罪的发生,同时也减少了雇用大批监视人员所需要的人力、物力和财力的投入。从技术角度而言,视频监控主要是基于运动视觉分析理论的应用,包括了运动目标的检测、目标分割提取、目标跟踪等几个部分,涉及到计算机视觉、模式识别和
19、人工智能领域的许多核心问题,是一个具有挑战性的课题,也是近年来备受关注的研究方向。由于视频监控系统采用了多种通信技术,包括计算机处理、视频压缩、网络传输技术和多媒体技术等,因此,随着这些相关技术的不断提出和完善,视频监控系统也会得到相应的发展,并进一步扩展了其应用范围。在视频监控系统的发展中,技术和业务需求往往是两个相互推动又相互制约的因素。新的业务需求推动了技术的革新,新技术的产生又带动业务的发展,这是一个良性的市场发展模式。同时在市场上也可以看到这样的情况,某些新技术的产生并没有得到广泛的应用,原因是,在这些新技术的发展中,忽视了市场背景和当前业务的需求,使得这些新技术只得到了理论上的发挥
20、,在实际业务操作中没有得到广泛的应用,例如,A T M 技术。因此,视频监控系统的发展也应当兼顾这两者。2 0 0 8 年北京奥运会给很多新技术提供了展示的舞台,从某种意义上讲,北京奥运会就是一次科技奥运。视频监控系统正是科技奥运的重要部分,目前所建的奥运视频监控系统是中国网通基于I P v 6 的下一代互联网C N G I(C h i n aN e x tG e n e r a t i o nI n t e m e t)关键技术研发的通信产品,能够满足各种组织和个人对视频监控业务的需求。奥运视频系统性能非常良好,而且也能及时满足奥组委对于安全的要求,在0 8 年的奥运会中必将有更大作为。本论
21、文课题来源于中国电信的一个视频监控系统项目一“全球眼”,目的是设计智能化网络视频监控系统。北京邮电大学硕十研究生学位论文1 2 工作内容及研究意义(1)工作内容:本文作者从事过视频监控系统的开发工作,参加了H 2 6 4 码流分析、R T P 传送以及与深圳中兴通讯股份有限公司进行S I P 信令联调等工作。在整个视频监控系统的设计中,包含了前端单元服务器、中心平台服务器和客户端服务器,另外还有界面的设计。本文的主要任务是研究视频监控中的关键技术及其应用,主要包括视频编解码标准H 2 6 4,实时传输协议R T P R T C P,还有信令协议S I P。着重研究H 2 6 4 的编解码技术,
22、包括H 2 6 4 编码器中各模块的关键技术,以及H 2 6 4 视频流的帧定位的研究,并将H 2 6 4 的编码码流进行R T P 封装,讲述整个封装过程。最后讨论S I P 协议在P U 和C M S 间的应用,其中包括S I P 协议的解析,并将解析的内容重新加载S I P 协议格式。本论文围绕这个过程展开的。(2)研究意义:视频监控在业界得到了广泛的应用,许多先进的技术被逐渐引入视频监控系统。正是由于这些技术的快速发展和成熟,使得视频监控系统的实现具有了更多的选择性,这些技术的选择性主要集中在视频压缩编码、网络传输以及服务的智能化。视频压缩编解码技术是视频监控系统的核心技术。视频压缩标
23、准主要有两个系列,一个是由I T U T 制定的H 2 6 x 系列,另一个是由I S O 制定的M P E G X 系列。目前比较看好的国际标准是H 2 6 4 和M P E G-4。H 2 6 4 具有压缩比高、网络亲和性好等特点,研究H 2 6 4 在视频监控中的应用有十分重要的意义。多媒体通信采用R T P 协议传输多媒体数据,提高网络的Q O S,视频监控也往往采用R T P 协议传输视频流。S I P 协议的出发点是以I n t e r n e t 为基础,协议简单且扩展性好,视频监控系统的发展方向是具于P 网络,为此视频监控技术将逐步采用S I P 协议进行给服务器间的信令交互。
24、本文基于视频监控系统的研究,对H 2 6 4、R T P 和S I P 协议进行探讨和应用。目前这些技术比较好的解决了视频监控系统在数字化、网络化和智能化进程中遇到的难题。本文对这些技术的研究具有重要的意义。1 3 论文结构第一章是课题研究背景,这部分首先讲述了视频监控系统在各领域中的主要应用,并介绍了视频监控系统的研究状况。后面给出了作者在研究生期间的主要工作内容和意义,以及论文结构;2北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章给出了P 网络视频监控系统的结构以及国内外研究状况,尤其是视频监控系统中的视频流及控制信息的数据流程。同时详细讲述了网络视频监控系统所采用的关键技术,包括视频压缩技术、视频
25、传输技术及终端信令控制协议;第三章描述了视频压缩编解码原理及发展进程,研究视频压缩的必要性及可行性,并重点介绍了H 2 6 4 编码器原理;第四章是视频流的R T P 封装原理,主要分两个阶段研究,首先介绍R T P R T C P协议,然后给出了视频流的R T P 封装过程,包括M P E G 4 码流以及H 2 6 4 码流的R T P封装过程;第五章详细讲述了S I P 信令协议,在网络视频监控系统中,控制信息采用S I P 信令进行交互,给出了S I P 信令测试过程,并加以分析,基于S I P 信令格式的一致性,给出了S I P 信令解析方法,以及主要函数。最后一部分是文章的结束语及
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