H.248協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的移植

孫金萍

（徐州工程學(xué)院 信電工程學(xué)院，江蘇 徐州221008）

0 引 言

目前基于C/S模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用私有協(xié)議在Internet網(wǎng) 絡(luò) 上 進(jìn) 行 控 制 和 視 頻 傳 輸［1－3］， 無 法 與H.248、H.323［4－5］、SIP（session initiation protocol）［6］、MGCP（media gateway control protocol）［7］等下一代電信公有協(xié)議的智能終端進(jìn)行互聯(lián)互通［8－9］。如何實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公有協(xié)議多媒體智能終端互通，擴(kuò)大系統(tǒng)在市場上的競爭力，吸收更多的終端業(yè)務(wù)，是必須考慮的問題。

H.248協(xié)議［10］是媒體網(wǎng)關(guān)控制器（media gateway controller，MGC）與媒體網(wǎng)關(guān)（media gateway，MG）之間的一種媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議［11］。它在協(xié)議功能、適用范圍、可擴(kuò)展性和互通性等幾個方面都具有一定優(yōu)勢，能夠支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，而且更便于對協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充。鑒于H.248協(xié)議的以上特點(diǎn)，選用H.248協(xié)議作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用層控制協(xié)議，來解決與公有協(xié)議NGN（next generation network）終端互聯(lián)互通的問題。

1 H.248協(xié)議分析

1.1 H.248協(xié)議中的命令

H.248協(xié)議中與監(jiān)控系統(tǒng)控制流程密切相關(guān)的4個命令分別是：

（1）Add命令［12］。使用Add命令可以向一個關(guān)聯(lián)中添加一個終結(jié)點(diǎn)。

（2）Subtract命令［13］。使用Subtract命令可以刪除一個終結(jié)點(diǎn)與它所在的關(guān)聯(lián)之間的聯(lián)系。

（3）Notify命令。MG使用Notify命令向 MGC報告MG中所發(fā)生的事件。

（4）ServiceChange命令。MG使用ServiceChange命令向MGC報告一個或者一組終結(jié)點(diǎn)將要退出服務(wù)或者剛剛進(jìn)入服務(wù)。MG也可以使用ServiceChange命令向MGC注冊［14］。

1.2 H.248協(xié)議的消息結(jié)構(gòu)

H.248協(xié)議發(fā)送或接收的信息單元稱為消息。一個消息包含一個或多個事務(wù)，消息內(nèi)的事務(wù)是相互獨(dú)立的。每個Transaction Request請求激發(fā)一個事務(wù)，一個事務(wù)包含一個到多個動作，每個動作包含一系列與同一個Context相關(guān)的一個到多個命令。其結(jié)構(gòu)如下［15］：

1.3 H.248協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的位置

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由媒體服務(wù)器、信令服務(wù)器、視頻服務(wù)器和客戶端組成。H.248協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中各個功能實(shí)體扮演如下角色：視頻服務(wù)器相當(dāng)于媒體網(wǎng)關(guān)（MG）；信令服務(wù)器相當(dāng)于媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）；客戶端相當(dāng)于媒體網(wǎng)關(guān)（MG）?；贖.248協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)連接

1.4 H.248協(xié)議應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可行性分析

監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的主要功能是服務(wù)器（MGC）向遠(yuǎn)程客戶端（MG）和視頻服務(wù)器（MG）發(fā)送控制命令，并根據(jù)控制命令完成監(jiān)控的開啟、關(guān)閉或參數(shù)調(diào)整等功能。具體描述如下：

監(jiān)控的開啟：在客戶端、視頻服務(wù)器與服務(wù)器之間建立視頻會話的過程。客戶端向服務(wù)器發(fā)出會話建立請求（使用Notify或ServiceChange命令），服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證并響應(yīng)請求，服務(wù)器命令客戶端創(chuàng)建關(guān)聯(lián)加入終結(jié)點(diǎn)（使用Add命令），服務(wù)器和客戶端之間成功建立RTP連接；服務(wù)器和視頻服務(wù)器之間RTP連接與上述流程基本一樣，只是以服務(wù)器發(fā)出會話建立請求開始，以視頻服務(wù)器響應(yīng)請求，發(fā)送視頻數(shù)據(jù)結(jié)束。

監(jiān)控的關(guān)閉：終止視頻會話的過程，拆除客戶端和服務(wù)器、服務(wù)器和視頻服務(wù)器之間的RTP連接（使用Subtract或ServiceChange命令）。

參數(shù)的調(diào)整：對視頻服務(wù)器的參數(shù)調(diào)整（使用ServiceChange命令）。

由上面的分析可知，遠(yuǎn)程控制實(shí)際上是對視頻會話的控制過程。監(jiān)控的開啟與關(guān)閉恰好對應(yīng)了H.248協(xié)議所提供的呼叫建立與呼叫處理兩大功能，使用H.248命令集中的 Notify、ServiceChange、Add、Subtract命令。由此確定，無需對H.248協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，將H.248協(xié)議應(yīng)用于視頻監(jiān)控控制是完全可行的。

2 系統(tǒng)控制流程

基本控制流程包括：客戶端的注冊和注銷流程以及視頻服務(wù)器的注冊和注銷流程，流程如圖2所示。

圖2 客戶端和視頻服務(wù)器的注冊/注銷流程

2.1 客戶端注冊流程

H.248客戶端要開通視頻業(yè)務(wù)必須注冊到服務(wù)器。在H.248協(xié)議中，客戶端主動向服務(wù)器注冊所用的命令是Notify或ServerChange。服務(wù)器接收到這兩個請求，便進(jìn)行身份驗(yàn)證，并返回驗(yàn)證結(jié)果，建立視頻會話，開啟視頻監(jiān)控。

（1）事件1：客戶端向服務(wù)器發(fā)送SVC＿CHG＿REQ消息進(jìn)行注冊。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

第一行：MEGACO協(xié)議，版本為1?？蛻舳说椒?wù)器，客戶端的IP地址和端口號為： ［192.168.142.144］：2944。第二行：事務(wù)ID為 “3”。第三行：此時關(guān)聯(lián)為空。第四行：ServiceChange命令。終端ID為ROOT，表示該命令作用于整個客戶端。第五行：ServiceChange命令封裝的ServiceChange描述符。第六行：ServiceChange描述符參數(shù)。表示ServiceChangeMethod為 Restart，ServiceChangeReason為熱啟動。

（2）事件2：服務(wù)器收到客戶端的注冊消息后，回送響應(yīng)給客戶端。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應(yīng)的文本描述：

第一行：服務(wù)器到客戶端，服務(wù)器的IP地址和端口號為：［192.168.0.116］：2944。 第 二 行： 關(guān) 聯(lián) 為 空。ServiceChange命令作用于整個客戶端。表示服務(wù)器已經(jīng)收到客戶端發(fā)過來的注冊事務(wù)，并且響應(yīng)注冊成功。

2.2 客戶端注銷流程

H.248客戶端退出服務(wù)，需要向服務(wù)器進(jìn)行注銷。

（1）事件1：客戶端向服務(wù)器發(fā)送SVC＿CHG＿REQ命令進(jìn)行注銷，該命令中的ServiceChangeMethod設(shè)置為Graceful或Force。下面是SVC＿CHG＿REQ命令的文本描述：

（2）事件2：服務(wù)器回送證實(shí)消息。下面是SVC＿CHG＿REPLY響應(yīng)的文本描述：

2.3 視頻服務(wù)器注冊/注銷流程

視頻服務(wù)器提供或退出視頻服務(wù)，需要向服務(wù)器進(jìn)行注冊/注銷，其命令的文本格式與客戶端注冊/注銷流程所用到的命令格式基本一樣，在此不再贅述。

2.4 遠(yuǎn)程控制的總體結(jié)構(gòu)

如圖3所示，整個遠(yuǎn)程控制部分由兩個層次構(gòu)成：A層是應(yīng)用邏輯層，負(fù)責(zé)客戶端和服務(wù)器控制事件的處理。B層是針對應(yīng)用設(shè)計(jì)的H.248協(xié)議層，負(fù)責(zé)處理與H.248協(xié)議相關(guān)的所有事務(wù)，兩個層次之間通過緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

圖3 遠(yuǎn)程控制的總體結(jié)構(gòu)

3 H.248協(xié)議控制模塊設(shè)計(jì)

將H.248協(xié)議棧分為3層，從下到上分別是傳輸層、報文處理層和H.248事件處理層。

3.1 H.248報文的解析與生成

H.248消息基于TCP協(xié)議傳輸，不論是發(fā)送還是接收都是以字串方式，對從網(wǎng)絡(luò)上收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，利用字符和數(shù)字匹配函數(shù)（函數(shù)主要有isdigit（）、isspace（）、isalpha（））找出協(xié)議各個字段的值，并將解析后的數(shù)據(jù)放入?yún)f(xié)議結(jié)構(gòu)體的相應(yīng)變量里。根據(jù)解析的結(jié)果，調(diào)用相關(guān)的呼叫處理函數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的操作。

每個H.248報文都有固定的結(jié)構(gòu)，按照H.248協(xié)議的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，定義如下的消息結(jié)構(gòu)：

以2.1客戶端注冊報文為例，解析后的結(jié)果如圖4所示。

對于報文的生成，過程剛好與解析相反，只需要按照協(xié)議的要求，將對應(yīng)的字段填到正確的位置。

圖4 H.248協(xié)議解析

3.2 H.248事件的處理

H.248事件處理是對客戶端、視頻服務(wù)器H.248事件和服務(wù)器H.248事件的處理。

3.2.1 客戶端、視頻服務(wù)器H.248事件的處理

客戶端 H.248事件是向服務(wù)器發(fā)出 Notify，Ser－viceChange和Subtract這3類請求。視頻服務(wù)器H.248事件是對服務(wù)器發(fā)出的Add呼叫請求做出響應(yīng)。

以客戶端的呼叫建立為例，狀態(tài)機(jī)如圖5所示。客戶端向服務(wù)器發(fā)送呼叫請求（notify），服務(wù)器回復(fù)已收到通知，服務(wù)器分析客戶端的請求，確定客戶端要求建立連接，于是就命令客戶端創(chuàng)建關(guān)聯(lián)（add），并攜帶自身的SDP信息?？蛻舳耸盏浇⑦B接的請求，并創(chuàng)建關(guān)聯(lián)，攜帶自身的SDP信息。雙方協(xié)商完成，如果匹配則呼叫建立，否則呼叫失敗。

圖5 客戶端呼叫建立的狀態(tài)機(jī)

3.2.2 服務(wù)器 H.248事件的處理

服務(wù)器H.248事件負(fù)責(zé)向視頻服務(wù)器發(fā)起H.248呼叫請求和處理客戶端發(fā)起的呼叫請求，并根據(jù)請求命令做出相應(yīng)的處理。以服務(wù)器向視頻服務(wù)器發(fā)起請求為例，狀態(tài)機(jī)如圖6所示。服務(wù)器向視頻服務(wù)器發(fā)送視頻請求（ServiceChange），視頻服務(wù)器收到后回送響應(yīng)（reply），并調(diào)用開始編碼功能，視頻服務(wù)器和服務(wù)器之間的視頻通道成功建立。

圖6 服務(wù)器和視頻服務(wù)器建立視頻通道的狀態(tài)機(jī)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 運(yùn)行結(jié)果分析

硬件環(huán)境主要由視頻服務(wù)器、云臺攝像機(jī)和普通的PC機(jī)構(gòu)成，視頻服務(wù)器和PC機(jī)通過交換機(jī)接入局域網(wǎng)；軟件環(huán)境主要是運(yùn)行在PC機(jī)上由VC＋＋開發(fā)的軟件系統(tǒng)。搭建的多服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)及容災(zāi)機(jī)制如圖7所示。該網(wǎng)絡(luò)層次使用二叉樹表示，并有一個頂級服務(wù)器（192.168.0.116），頂級服務(wù)器使用雙機(jī)備份的方式。

圖7 多服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)層次

客戶端運(yùn)行在192.168.142.144計(jì)算機(jī)上，登錄界面如圖8所示。在H.248協(xié)議和私有協(xié)議兩種登錄模式下，客戶端同服務(wù)器之間以及服務(wù)器同視頻服務(wù)器之間均能正常建立會話。登錄成功后的監(jiān)控界面如圖9所示。由圖9可知，ping命令顯示視頻服務(wù)器在線，視頻服務(wù)器通道參數(shù)正確獲取，監(jiān)控畫面實(shí)時傳遞，Windows操作系統(tǒng)運(yùn)行正常。

圖8 客戶端登錄界面

4.2 協(xié)議包分析

圖10是系統(tǒng)運(yùn)行期間捕獲到的數(shù)據(jù)包，可以看出在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中H.248協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是正常的。

其中第四、五行，是傳輸控制協(xié)議的內(nèi)容：第四行是RPC協(xié)議的請求端，源地址是192.168.142.144，目的地址是192.168.0.116；第五行是RPC協(xié)議的服務(wù)端，即該數(shù) 據(jù) 包 是 從 服 務(wù) 器 192.168.0.116 發(fā) 往 客 戶 端192.168.142.144；其中也承載了H.248協(xié)議內(nèi)容。其余幾行 都 是 由 服 務(wù) 器 192.168.0.116 發(fā) 給 客 戶 端192.168.142.144的視頻數(shù)據(jù)包，說明客戶端接收的是服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備視頻流。由圖10還可以看出，視頻流傳輸使用的是UDP協(xié)議。

5 結(jié)束語

為了解決基于私有協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公有協(xié)議的多媒體智能終端互聯(lián)互通問題，將H.248協(xié)議引入到Internet網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用于C/S模式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的客戶端、視頻服務(wù)器同服務(wù)器能夠嚴(yán)格按照H.248協(xié)議的呼叫流程建立音視頻通話，并在呼叫建立的基礎(chǔ)上進(jìn)行視頻監(jiān)控，視頻流通道和視頻服務(wù)器參數(shù)控制通道獨(dú)立正確運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)私有協(xié)議向公有H.248協(xié)議的移植，為監(jiān)控系統(tǒng)同其他公有協(xié)議多媒體智能終端互聯(lián)互通提供依據(jù)。

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