如何实现Android平台GB28181前端设备接入

技术背景

在实现Android平台GB28181前端设备接入之前,我们几年前就有了非常成熟的RTMP推送、RTSP推送和轻量级RTSP服务等模块,特别是RTMP推送,行业内应用非常广泛,好多开发者可能会问,既然有了以上模块,干嘛还要实现GB28181的前端接入呢?

首先,我们了解下GB/T28181:
国标GB/T28181协议全称《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》,是一个定义视频联网传输和设备控制标准的白皮书,由公安部科技信息化局提出,该标准规定了城市监控报警联网系统中信息传输、交换、控制的互联结构、通信协议结构,传输、交换、控制的基本要求和安全性要求,以及控制、传输流程和协议接口等技术要求。解决了视频间互联互通,数据共享,以及设备控制的问题,这个问题从顶层解决了视频信息各自为战的问题,打通了视频联网的信息孤岛。

技术特点

GB28181协议实现分两块,一块是信令部分,一块是流媒体数据传输。GB28181相对RTMP,支持TCP和UDP模式,信令流负责session交互,数据流负责数据传输,适合标准协议规范的平台级产品对接。

Android终端除支持常规的音视频数据接入外,还可以支持Subscribe订阅实时位置(MobilePosition)、实时目录查询、语音广播、语音对讲、远程重启等,支持标准28181服务对接。实现不具备国标音视频能力的 Android终端,通过平台注册接入到现有的GB/T28181—2016服务,可用于如智能监控、智慧零售、智慧教育、远程办公、生产运输、智慧交通、车载或执法记录仪等场景。

此外,产品设计这块,媒体流支持最新GB28181-2016的UDP和TCP被动模式,参数配置,支持注册有效期、心跳间隔、心跳间隔次数、TCP/UDP信令设置,支持RTP Sender IP地址类型、RTP Socket本地端口、SSRC、RTP socket 发送Buffer大小、RTP时间戳时钟频率设置,支持注册成功、注册超时、INVITE、ACK、BYE状态回调。

功能设计

Android端GB28181前端设备模块,支持常规的视频采集、编码设定,功能设计如下:

  • [视频格式]H.264/H.265(Android H.265硬编码);
  •  [音频格式]G.711 A律、AAC;
  •  [音量调节]Android平台采集端支持实时音量调节;
  •  [H.264硬编码]支持H.264特定机型硬编码;
  •  [H.265硬编码]支持H.265特定机型硬编码;
  •  [软硬编码参数配置]支持gop间隔、帧率、bit-rate设置;
  •  [软编码参数配置]支持软编码profile、软编码速度、可变码率设置;
  •  支持横屏、竖屏推流;
  •  Android平台支持后台service推送屏幕(推送屏幕需要5.0+版本);
  • 支持纯视频、音视频PS打包传输;
  • 支持RTP OVER UDP和RTP OVER TCP被动模式;
  • 支持信令通道网络传输协议TCP/UDP设置;
  • 支持注册、注销,支持注册刷新及注册有效期设置;
  • 支持设备目录查询应答;
  • 支持心跳机制,支持心跳间隔、心跳检测次数设置;
  • 支持移动设备位置(MobilePosition)订阅和通知;
  • 支持国标GB/T28181—2016平台接入;
  • 支持语音广播及语音对讲;
  •  [实时水印]支持动态文字水印、png水印;
  •  [镜像]Android平台支持前置摄像头实时镜像功能;
  •  [实时静音]支持实时静音/取消静音;
  •  [实时快照]支持实时快照;
  •  [降噪]支持环境音、手机干扰等引起的噪音降噪处理、自动增益、VAD检测;
  •  [外部编码前视频数据对接]支持YUV数据对接;
  •  [外部编码前音频数据对接]支持PCM对接;
  •  [外部编码后视频数据对接]支持外部H.264数据对接;
  •  [外部编码后音频数据对接]外部AAC数据对接;
  •  [扩展录像功能]支持和录像模块组合使用,支持录像相关功能。

接口设计

接口设计,我们分两块:RTP Sender接口和GB28181接口;

RTP Sender接口描述:

1. 创建RTP Sender实例,返回实例句柄:

	/*
	 * 创建RTP Sender实例
	 *
	 * @param reserve:保留参数传0
	 *
	 * @return RTP Sender 句柄,0表示失败
	 */
	public native long CreateRTPSender(int reserve);

2. 设置 RTP Sender传输协议,0:UDP, 1:TCP, 默认是UDP

	/**
	 *设置 RTP Sender传输协议
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param transport_protocol, 0:UDP, 1:TCP, 默认是UDP
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderTransportProtocol(long rtp_sender_handle, int transport_protocol);

3. 设置RTP Sender IP地址类型,如IPv4和IPv6,当前仅支持IPv4

	/**
	 *设置 RTP Sender IP地址类型
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param ip_address_type, 0:IPV4, 1:IPV6, 默认是IPV4, 当前仅支持IPV4
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderIPAddressType(long rtp_sender_handle, int ip_address_type);

4. 设置 RTP Sender RTP Socket本地端口,port, 必须是偶数,设置0的话SDK会自动分配, 默认值是0

	/**
	 *设置 RTP Sender RTP Socket本地端口
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param port, 必须是偶数,设置0的话SDK会自动分配, 默认值是0
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderLocalPort(long rtp_sender_handle, int port);

5. 设置 RTP Sender SSRC

	/**
	 *设置 RTP Sender SSRC
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param ssrc, 如果设置的话,这个字符串要能转换成uint32类型, 否则设置失败
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderSSRC(long rtp_sender_handle, String ssrc);

6. 设置 RTP Sender RTP socket 发送Buffer大小

	/**
	 *设置 RTP Sender RTP socket 发送Buffer大小
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param buffer_size, 必须大于0, 默认是512*1024, 当前仅对UDP socket有效, 根据视频码率考虑设置合适的值
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderSocketSendBuffer(long rtp_sender_handle, int buffer_size);

7. 设置 RTP Sender RTP时间戳时钟频率

	/**
	 *设置 RTP Sender RTP时间戳时钟频率
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param clock_rate, 必须大于0, 对于GB28181 PS规定是90kHz, 也就是90000
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderClockRate(long rtp_sender_handle, int clock_rate);

8. 设置 RTP Sender 目的IP地址, 注意当前用在GB2818推送上,只设置一个地址,将来扩展如果用在其他地方,可能要设置多个目的地址,到时候接口可能会调整

	/**
	 *设置 RTP Sender 目的IP地址, 注意当前用在GB2818推送上,只设置一个地址,将来扩展如果用在其他地方,可能要设置多个目的地址,到时候接口可能会调整
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param address, IP地址
	 * @param port, 端口
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetRTPSenderDestination(long rtp_sender_handle, String address, int port);

9. 初始化RTP Sender, 初始化之前先调用上面的接口配置相关参数

	/**
	 *初始化RTP Sender, 初始化之前先调用上面的接口配置相关参数
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int InitRTPSender(long rtp_sender_handle);

10. 获取RTP Sender RTP Socket本地端口

	/**
	 *获取RTP Sender RTP Socket本地端口
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 *
	 * @return 失败返回0, 成功的话返回响应的端口, 请在InitRTPSender返回成功之后调用
	 */
	public native int GetRTPSenderLocalPort(long rtp_sender_handle);

11. UnInit RTP Sender

	/**
	 * UnInit RTP Sender
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int UnInitRTPSender(long rtp_sender_handle);

12. 释放RTP Sender, 释放之后rtp_sender_handle就无效了,请不要再使用

	/**
	 * 释放RTP Sender, 释放之后rtp_sender_handle就无效了,请不要再使用
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int DestoryRTPSender(long rtp_sender_handle);

GB28181相关接口

1. 设置GB28181 RTP Sender

	/**
	 * 设置GB28181 RTP Sender
	 *
	 * @param rtp_sender_handle, CreateRTPSender返回值
	 * @param rtp_payload_type, 对于GB28181 PS, 协议定义是96, 具体以SDP为准
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int SetGB28181RTPSender(long handle, long rtp_sender_handle, int rtp_payload_type);

2. 启动 GB28181 媒体流

	/**
	 * 启动 GB28181 媒体流
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int StartGB28181MediaStream(long handle);

3. 停止 GB28181 媒体流

	/**
	 * 停止 GB28181 媒体流
	 *
	 * @return {0} if successful
	 */
	public native int StopGB28181MediaStream(long handle);

接口调用实例

1. 相关参数初始化

    /*** GB28181 相关参数,可以修改相关参数后测试 ***/
    GBSIPAgent     gb28181_agent_             = null;
    private int    gb28181_sip_local_port_    = 12070;
    private String gb28181_sip_server_id_     = "34020000002000000001";
    private String gb28181_sip_server_domain_ = "3402000000";
    private String gb28181_sip_server_addr_   = "192.168.0.105";
    private int    gb28181_sip_server_port_   = 15060;

    private String gb28181_sip_user_agent_filed_  = "NT GB28181 User Agent V1.0";
    private String gb28181_sip_username_   = "31011500991320000069";
    private String gb28181_sip_password_   = "12345678";

    private int gb28181_reg_expired_           = 3600; // 注册有效期时间最小3600秒
    private int gb28181_heartbeat_interval_    = 20; // 心跳间隔GB28181默认是60, 目前调整到20秒
    private int gb28181_heartbeat_count_       = 3; // 心跳间隔3次失败,表示和服务器断开了
    private int gb28181_sip_trans_protocol_    = 0; // 0表示信令用UDP传输, 1表示信令用TCP传输

    private long gb28181_rtp_sender_handle_ = 0;
    private int  gb28181_rtp_payload_type_  = 96;

    /*** GB28181 相关参数,可以修改相关参数后测试 ***/

2. 启动或停止GB28181操作

    class ButtonGB28181AgentListener implements OnClickListener {
        public void onClick(View v) {
            stopGB28181Stream();
            destoryRTPSender();

            if (null == gb28181_agent_ ) {
                if( !initGB28181Agent() )
                    return;
            }

            if (gb28181_agent_.isRunning()) {
                gb28181_agent_.terminateAllPlays(true);// 目前测试下来,发送BYE之后,有些服务器会立即发送INVITE,是否发送BYE根据实际情况看
                gb28181_agent_.stop();
                btnGB28181Agent.setText("启动GB28181");
            }
            else {
                if ( gb28181_agent_.start() ) {
                    btnGB28181Agent.setText("停止GB28181");
                }
            }
        }
    }

3. InitGB28181Agent实现

    private boolean initGB28181Agent()
    {
        if ( gb28181_agent_ != null )
            return  true;

        String local_ip_addr = IPAddrUtils.getIpAddress(myContext);
        Log.i(TAG, "initGB28181Agent local ip addr: " + local_ip_addr);

        if ( local_ip_addr == null || local_ip_addr.isEmpty() ) {
            Log.e(TAG, "initGB28181Agent local ip is empty");
            return  false;
        }

        gb28181_agent_ = GBSIPAgentFactory.getInstance().create();
        if ( gb28181_agent_ == null ) {
            Log.e(TAG, "initGB28181Agent create agent failed");
            return false;
        }

        gb28181_agent_.addListener(this);

        // 必填信息
        gb28181_agent_.setLocalAddressInfo(local_ip_addr, gb28181_sip_local_port_);
        gb28181_agent_.setServerParameter(gb28181_sip_server_addr_, gb28181_sip_server_port_, gb28181_sip_server_id_, gb28181_sip_server_domain_);
        gb28181_agent_.setUserInfo(gb28181_sip_username_, gb28181_sip_password_);

        // 可选参数
        gb28181_agent_.setUserAgent(gb28181_sip_user_agent_filed_);
        gb28181_agent_.setTransportProtocol(gb28181_sip_trans_protocol_==0?"UDP":"TCP");

        // GB28181配置
        gb28181_agent_.config(gb28181_reg_expired_, gb28181_heartbeat_interval_, gb28181_heartbeat_count_);

        com.gb28181.ntsignalling.Device gb_device = new com.gb28181.ntsignalling.Device("34020000001380000001", "安卓测试设备", Build.MANUFACTURER, Build.MODEL,
                    "宇宙","火星1","火星", true);

        getLocation(this);
        gb_device.setLongitude(mLongitude);
        gb_device.setLatitude(mLatitude);
        gb28181_agent_.addDevice(gb_device);

        if (!gb28181_agent_.initialize()) {
            gb28181_agent_ = null;
            Log.e(TAG, "initGB28181Agent gb28181_agent_.initialize failed.");
            return  false;
        }

        return true;
    }

4. 注册成功后,返回注册时间

    @Override
    public void ntsRegisterOK(String dateString) {
        Log.i(TAG, "ntsRegisterOK Date: " + (dateString!= null? dateString : ""));
    }

5. 注册超时回调

    @Override
    public void ntsRegisterTimeout() {
        Log.e(TAG, "ntsRegisterTimeout");
    }

6. 注册transport异常回调

    @Override
    public void ntsRegisterTransportError(String errorInfo) {
        Log.e(TAG, "ntsRegisterTransportError error:" + (errorInfo != null?errorInfo :""));
    }

7. 心跳异常回调

   @Override
    public void ntsOnHeartBeatException(int exceptionCount,  String lastExceptionInfo) {
        Log.e(TAG, "ntsOnHeartBeatException heart beat timeout count reached, count:" + exceptionCount+
                ", exception info:" + (lastExceptionInfo!=null?lastExceptionInfo:""));

        // 10毫秒后,停止信令, 然后重启
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG, "gb28281_heart_beart_timeout");
                stopGB28181Stream();
                destoryRTPSender();

                if (gb28181_agent_ != null) {
                    Log.i(TAG, "gb28281_heart_beart_timeout sip stop");
                    gb28181_agent_.stop();

                    Log.i(TAG, "gb28281_heart_beart_timeout sip start");
                    gb28181_agent_.start();
                }
            }

        },10);
    }

8. Invite返回OK后,创建RTP Sender,根据返回的信息,设定相关参数

   @Override
    public void ntsOnInvitePlay(String deviceId, InvitePlaySessionDescription session_des) {
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG,"ntsInviteReceived, device_id:" +device_id_+", is_tcp:" + session_des_.isRTPOverTCP()
                        + " rtp_port:" + session_des_.getMediaPort() + " ssrc:" + session_des_.getSSRC()
                        + " address_type:" + session_des_.getAddressType() + " address:" + session_des_.getAddress());

                // 可以先给信令服务器发送临时振铃响应
                //sip_stack_android.respondPlayInvite(180, device_id_);

                long rtp_sender_handle = libPublisher.CreateRTPSender(0);
                if ( rtp_sender_handle == 0 ) {
                    gb28181_agent_.respondPlayInvite(488, device_id_);
                    Log.i(TAG, "ntsInviteReceived CreateRTPSender failed, response 488, device_id:" + device_id_);
                    return;
                }

                gb28181_rtp_payload_type_ = session_des_.getPSRtpMapAttribute().getPayloadType();

                libPublisher.SetRTPSenderTransportProtocol(rtp_sender_handle, session_des_.isRTPOverUDP()?0:1);
                libPublisher.SetRTPSenderIPAddressType(rtp_sender_handle, session_des_.isIPv4()?0:1);
                libPublisher.SetRTPSenderLocalPort(rtp_sender_handle, 0);
                libPublisher.SetRTPSenderSSRC(rtp_sender_handle, session_des_.getSSRC());
                libPublisher.SetRTPSenderSocketSendBuffer(rtp_sender_handle, 2*1024*1024); // 设置到2M
                libPublisher.SetRTPSenderClockRate(rtp_sender_handle, session_des_.getPSRtpMapAttribute().getClockRate());
                libPublisher.SetRTPSenderDestination(rtp_sender_handle, session_des_.getAddress(), session_des_.getMediaPort());

                if ( libPublisher.InitRTPSender(rtp_sender_handle) != 0 ) {
                    gb28181_agent_.respondPlayInvite(488, device_id_);
                    libPublisher.DestoryRTPSender(rtp_sender_handle);
                    return;
                }

                int local_port = libPublisher.GetRTPSenderLocalPort(rtp_sender_handle);
                if (local_port == 0) {
                    gb28181_agent_.respondPlayInvite(488, device_id_);
                    libPublisher.DestoryRTPSender(rtp_sender_handle);
                    return;
                }

                Log.i(TAG,"get local_port:" + local_port);

                String local_ip_addr = IPAddrUtils.getIpAddress(myContext);
                gb28181_agent_.respondPlayInviteOK(device_id_,local_ip_addr, local_port);

                gb28181_rtp_sender_handle_ = rtp_sender_handle;
            }

            private String device_id_;
            private InvitePlaySessionDescription session_des_;

            public Runnable set(String device_id, InvitePlaySessionDescription session_des) {
                this.device_id_ = device_id;
                this.session_des_ = session_des;
                return this;
            }
        }.set(deviceId, session_des),0);
    }

9. 取消播放

    @Override
    public void ntsOnCancelPlay(String deviceId) {
        // 这里取消Play会话
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG, "ntsOnCancelPlay, deviceId=" + device_id_);

                destoryRTPSender();
            }

            private String device_id_;

            public Runnable set(String device_id) {
                this.device_id_ = device_id;
                return this;
            }

        }.set(deviceId),0);
    }

10. Ack收到后,开始发送音视频数据

    @Override
    public void ntsOnAckPlay(String deviceId) {
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG,"ntsOnACKPlay, device_id:" +device_id_);

                if (!isRecording && !isRTSPPublisherRunning && !isPushingRtsp && !isPushingRtmp) {
                    InitAndSetConfig();
                }

                libPublisher.SetGB28181RTPSender(publisherHandle, gb28181_rtp_sender_handle_, gb28181_rtp_payload_type_);
                int startRet = libPublisher.StartGB28181MediaStream(publisherHandle);
                if (startRet != 0) {

                    if (!isRecording && !isRTSPPublisherRunning && !isPushingRtmp && !isPushingRtsp) {
                        if (publisherHandle != 0) {
                            libPublisher.SmartPublisherClose(publisherHandle);
                            publisherHandle = 0;
                        }
                    }

                    destoryRTPSender();

                    Log.e(TAG, "Failed to start GB28181 service..");
                    return;
                }

                if (!isRecording && !isRTSPPublisherRunning && !isPushingRtsp && !isPushingRtmp) {
                    if (pushType == 0 || pushType == 1) {
                        CheckInitAudioRecorder();    //enable pure video publisher..
                    }
                }

                isGB28181StreamRunning = true;
            }

            private String device_id_;

            public Runnable set(String device_id) {
                this.device_id_ = device_id;
                return this;
            }

        }.set(deviceId),0);
    }

11. Invite异常处理

    @Override
    public void ntsOnPlayInviteResponseException(String deviceId, int statusCode, String errorInfo) {
        // 这里要释放掉响应的资源
        Log.i(TAG, "ntsOnPlayInviteResponseException, deviceId=" + deviceId + " statusCode=" +statusCode
        + " errorInfo:" + errorInfo);

        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG, "ntsOnPlayInviteResponseException, deviceId=" + device_id_);

                destoryRTPSender();
            }

            private String device_id_;

            public Runnable set(String device_id) {
                this.device_id_ = device_id;
                return this;
            }

        }.set(deviceId),0);
    }

12. 收到Bye停止发送数据

   @Override
    public void ntsOnByePlay(String deviceId)
    {
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG, "ntsOnByePlay, stop GB28181 media stream, deviceId=" + device_id_);

                stopGB28181Stream();
                destoryRTPSender();
            }

            private String device_id_;

            public Runnable set(String device_id) {
                this.device_id_ = device_id;
                return this;
            }

        }.set(deviceId),0);
    }

13. Play Dialog终止处理

    @Override
    public void ntsOnPlayDialogTerminated(String deviceId) {
        /*
        Play会话对应的对话终止, 一般不会出发这个回调,目前只有在响应了200K, 但在64*T1时间后还没收到ACK,才可能会出发
        收到这个请做相关清理处理
        */
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.i(TAG, "ntsOnPlayDialogTerminated, deviceId=" + device_id_);

                stopGB28181Stream();
                destoryRTPSender();
            }

            private String device_id_;

            public Runnable set(String device_id) {
                this.device_id_ = device_id;
                return this;
            }

        }.set(deviceId),0);
    }

总结

GB28181设计,除了支持TCP和UDP传输外,支持信令和数据传输分离,可实现其他终端针对前端设备的按需播放和处理,无需单独的信令支撑。缺点是外部支持GB28181的服务器不多,开源如SRS服务器针对GB28181的支持暂不够商用级,期待后续版本升级。

 
  

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