GB/T28181流媒体相关协议详解

GB/T28181流媒体相关协议详解

本文主要主要针对28181协议中视频流的部分，来阐述视频流通过28181协议如何进行视频会话和视频传输的。本文主要介绍28181协议中引用的协议、视频封装格式、实时视频点播协议交互流程等内容。

1 GB/T28181协议中使用的应用层协议介绍

28181协议规范中涉及到SIP、SDP、RTP、RTCP、RTSP等应用层协议，其中SIP+XML主要用于消息交互，SIP+SDP主要用户视频会话，RTP/RTCP主要用于媒体流传输控制，RTSP主要用户录像回放。有关各种协议的详细介绍可参考如下文章，本文不做详细介绍：

• SIP协议:参照文章 sip协议介绍
• SDP协议：参照文章 h264和h265视频流SDP描述详解
• RTCP/RTCP:参照文章 RTP/RTCP协议详解
• RTSP:参照文章 RTSP协议详解

为方便以后查看，关注公众号：壹零仓，发送消息获取相关文章，比如：发送RTP，可获取RTP协议的介绍。

2 实时视频点播协议交互流程

本章节主要针对实时视频点播协议进行详细介绍，28181发起视频会话前，首先视频终端设备需要注册到国标平台，国标平台需要查询到设备的摄像头ID，根据摄像头ID发起视频会话，进行音视频传输。
本章节抓取的协议的实验环境如下：

• 视频终端设备：海康威视的IPC
• 国标平台：EasyGBS

有关国标平台EasyGBS的使用介绍，后面会单独出一篇文章进行介绍。
28181传输层支持TCP和UDP，视频申请支持主动模式和被动模式，本文主要以常用的UDP被动模式为例，说明交互流程，后续文章会详细介绍视频主被动模式以及基于TCP的传输。

2.1 设备注册

GB/T 28181协议介绍 的文章中已经介绍了设备注册流程，设备注册流程图如下：

1. REGISTER不携带鉴权信息消息实例如下：

REGISTER sip:34020000002000000001@3402000000 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport;branch=z9hG4bK873415819
From: ;tag=292191181
To: 
Call-ID: 924327262
CSeq: 1 REGISTER
Contact: 
Max-Forwards: 70
User-Agent: IP Camera
Expires: 3600
Content-Length: 0

协议详解：

• 第1行：SIP消息的方法是REGISTER，34020000002000000001是国标服务器的国标ID，也就是EasyGBS端国标ID，具体国标ID的编码方法可以参考GB/T 28181—2022中的附录D。3402000000指的是国标服务器的域国标ID，SIP/2.0指的是SIP协议版本。
• 第2行：为Via头，Via头中包含了发送请求方的相关信息，SIP/2.0/UDP表示使用的是2.0版本的SIP协议，使用的传输协议是UDP，也可以使用TCP协议；10.45.12.141:5060为请求发送方的IP、port；Via头包含branch参数，不能重复，branch是一个事务ID（Transaction ID），用于区分同一个UA所发起的不同Transaction，遵循IETF RFC3261规范的实现；rport字段表示使用rport机制路由响应，详情见IETF RFC35818，一般为了nat穿越，内网IPC向公网国标平台注册时，需要带有此字段，此时国标服务器会把从请求的UDP包中获取发送方外网对应的IP和端口，在响应中返回给发送方。
• 第3行：From头，From头中包含了请求发送方的逻辑标识，在GB28181协议中是发送请求的设备国标ID和域名。tag参数是为了身份认证的，值为随机数。
• 第4行：To头，To头在SIP协议中是为了标明请求接收方的逻辑标识的，在GB28181协议中填写的是发送请求的设备国标ID和域名。
• 第5行：Call-ID头，Call-ID头是全局唯一的，在同一个session中保持一致，在不同session中不同。
• 第6行：CSeq头，CSeq头用于标识命令顺序，序号部分为无符号整数，最大值为2^31。序号起始值是随机的，后续在同一个session中依次递增。ACK和CANCLE中的CSeq需与INVITE中的Cseq保持一致。
• 第7行：Contact头，Contact头包含源的URI信息，用来给响应消息直接和源建立连接用。在GB28181协议中为SIP设备编码@源IP地址：端口。
• 第8行：Max-Forwards头，Max-Forwards头用于设置包最大中转次数，默认是70。
• 第9行：User-Agent头，User-Agent头用于设置关于UA的信息，用户可以自定义。
• 第10：Expires头，Expires头表示超时时间。
• 第11行：Content-Length头，Content-Length头表示消息体长度，无消息体赋值0。

2. 认证失败响应消息实例如下：

SIP/2.0 401 Unauthorized
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport=5060;received=10.45.12.141;branch=z9hG4bK873415819
From: ;tag=292191181
To: ;tag=53631846
CSeq: 1 REGISTER
Call-ID: 924327262
User-Agent: EasyGBS v200511
Content-Length: 0
Contact: 
WWW-Authenticate: Digest realm="3402000000",nonce="29eb6d344c29a70a0997d173e937e693"

协议详解如下：

• 第1行：SIP/2.0 401 Unauthorized，表示认证失败。
• 第2行：Via头，因为请求带有rport，所以响应中带有rport和received，表示国标服务器通过udp包解析出来的发送端的PORT和IP分别赋值给rport和received。
• 第3行与第四行：与请求类似
• 第5行：CSeq头，与请求类似，表示服务端命令序列
• 第6行：Call-ID头，与请求一致
• 第7行：User-Agent头，与请求类似，表示服务端UA信息
• 第8行：Content-Length头，与请求类似，表示消息体长度
• 第9行：Contact头，与请求一致
• 第10行：WWW-Authenticate头，WWW-Authenticate头用于配置服务端支持的认证方式及认证参数，这里认证方式为digest。

3. REGISTER带有鉴权信息消息实例如下：

REGISTER sip:34020000002000000001@3402000000 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport;branch=z9hG4bK864745657
From: ;tag=292191181
To: 
Call-ID: 924327262
CSeq: 2 REGISTER
Contact: 
Authorization: Digest username="34020000001110000002", realm="3402000000", nonce="29eb6d344c29a70a0997d173e937e693", uri="sip:34020000002000000001@3402000000", response="42b636f290984b1d796907c882e4d5a8", algorithm=MD5
Max-Forwards: 70
User-Agent: IP Camera
Expires: 3600
Content-Length: 0

这里相比第一次发送的REGISTER消息，多了Authorization字段，其字段内容为digest认证信息。

4. 注册成功响应消息实例如下：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport=5060;received=10.45.12.141;branch=z9hG4bK864745657
From: ;tag=292191181
To: ;tag=424631862
CSeq: 2 REGISTER
Call-ID: 924327262
User-Agent: Easy SIP Server
Content-Length: 0
Date: 2022-11-07T17:22:22.710
Expires: 3600
Contact: 

头字段解析同上文，这里不做过多描述。

2.2 设备保活

28181协议中规定了保活的消息类型：Keepalive，主要用于设备端向国标平台定时汇报设备状态，进而实现服务器与设备之间的心跳检测机制，一般当国标平台在两个心跳周期未接收到心跳，则认为设备出下线，所以为了保证设备与国标平台之间的正常通信，设备端需要定时向国标平台发送保活协议，协议流程如下：

1. 保活消息实例如下：

MESSAGE sip:34020000002000000001@3402000000 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport;branch=z9hG4bK999920179
From: ;tag=1336295153
To: 
Call-ID: 1577903431
CSeq: 20 MESSAGE
Content-Type: Application/MANSCDP+xml
Max-Forwards: 70
User-Agent: IP Camera
Content-Length:   164



Keepalive
1822
34020000001110000002
OK

sip方法采用MESSAGE，sip头前文已经详细介绍了，这里针对消息体进行详解。
MESSAGE消息头中Content-type头为Content-type: Application/MANSCDP+xml，表示保活信息报送命令采用MANSCDP（监控报警联网系统控制描述协议，Monitoringand Alarming Network System Control Description Protocol）协议格式定义，消息体详细解释见GB/T28181-2022 A.2.5通知命令-状态信息报送部分，GB/T28181-2022可通过关注公众号：壹零仓，发送：协议规范，来获取。

• xml中Notify元素表示此消息是通知命令
• xml中CmdType表示命令类型，这里为Keepalive
• xml中的SN表示序列号
• xml中的DeviceID表示设备ID
• xml中的Status表示设备状态，这里为OK

2. 保活消息响应实例如下：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.141:5060;rport=5060;received=10.45.12.141;branch=z9hG4bK999920179
From: ;tag=1336295153
To: ;tag=698636847
CSeq: 20 MESSAGE
Call-ID: 1577903431
User-Agent: Easy SIP Server
Content-Length: 0

2.3 视频播放

前文已经介绍了视频播放的协议流程，如下图所示：

1. 视频播放请求INVITE实例如下：

INVITE sip:[email protected]:5060;transport=udp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.83:5061;rport=5061;branch=z9hG4bK735682946
From: ;tag=671682946
To: 
Call-ID: 787682407
CSeq: 3 INVITE
Max-Forwards: 70
User-Agent: Easy SIP Server
Content-Length: 218
Content-Type: application/sdp
Contact: 
Subject: 34020000001320000002:0200000002,34020000002000000001:0

v=0
o=34020000002000000001 0 0 IN IP4 10.45.12.83
s=Play
c=IN IP4 10.45.12.83
t=0 0
m=video 50000 RTP/AVP 96 98 97
a=recvonly
a=rtpmap:96 PS/90000
a=rtpmap:98 H264/90000
a=rtpmap:97 MPEG4/90000
y=0200000002

SIP方法为INVITE，消息体为SDP，这里对请求的SDP进行详细介绍：

• V表示协议版本，默认直接赋值0
• O表示会话所有者标识（originator and session identifier）,o=<用户名> <会话版本> <网络类型><地址类型> <地址>,国标协议中，用户名为国标ID，这里为服务器ID，session id为0，会话版本为0，网络类型为IN，地址类型为IPv4，地址为服务器IP地址。
• S表示会话名称，s= ,会话名称默认为Play，会话描述默认为空。
• C表示数据连接描述，c=
  ,
  网络类型为IN，地址类型为IPv4，地址为服务器IP地址。
• t表示会话活动时间，t= ，实时视频时都赋值为0。
• m表示媒体描述，描述媒体类型、接收媒体流端口、传输层协议、负载类型等，媒体类型采用video表示传输视频或音视频混合，采用audio表示纯音频；传输方式采用RTP/AVP表示采用RTP over UDP，采用TCP/RTP/AVP表示传输层协议采用RTP over TCP,本实例中表示申请的媒体类型为音视频/视频，接收媒体流的端口为50000，传输层协议为RTP over UDP，负载类型为96、98、97
• a表示媒体扩展属性，a=recvonly表示只接受媒体流，a=rtpmap表示rtp映射信息描述，这里a=rtpmap:96 PS/90000表示传输的PS流的payload为96，采样率为90000，a=rtpmap:98 H264/90000表示传输的H264流的payload为98，采样率为90000，a=rtpmap:97 MPEG4/90000表示传输的MPEG4流的payload为97，采样率为90000。
• y表示SSRC值，为十进制整数字符串，格式为：dddddddddd,第一位为0表示实时流，为1表示历史流，第2-6位为国标ID的4-8位，第7-10位作为流媒体同步信源表示。

28181中规定了SDP各字段的含义，具体可参照GB/T28181-2022 附录F。服务端发送INVITE携带的媒体信息，表示国标服务器支持的流媒体。

2. INVITE响应消息实例：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.83:5061;rport=5061;branch=z9hG4bK735682946
From: ;tag=671682946
To: ;tag=140553725
Call-ID: 787682407
CSeq: 3 INVITE
Contact: 
Content-Type: application/sdp
User-Agent: IP Camera
Content-Length:   199

v=0
o=34020000001110000002 261 261 IN IP4 10.45.12.141
s=Play
c=IN IP4 10.45.12.141
t=0 0
m=video 15060 RTP/AVP 96
a=setup:active
a=sendonly
a=rtpmap:96 PS/90000
a=filesize:0
y=0200000002

响应中的SDP描述的流媒体信息表示IPC支持的流媒体格式及传输方式，IPC响应的SDP中，包含了a=setup:active，这个字段只在TCP传输中起作用，UDP可以忽略，对于TCP传输，包含此字段表示IPC主动连接国标服务器，如果为a=setup:passive表示IPC端为被动模式，由国标服务器发起TCP连接。
通过SDP可以看出，IPC发送的是PS封装的实时流，payload为96，采用UDP的传输模式，发送流的源端端口为15060。国标协议支持最广泛的流媒体封装协议为PS，有关PS的详细介绍可关注公众号：壹零仓，发送：ps，获取相关文章。

3. ACK消息实例：

ACK sip:[email protected]:5060;transport=udp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.45.12.83:5061;rport=5061;branch=z9hG4bK672682961
From: ;tag=671682946
To: ;tag=140553725
Call-ID: 787682407
CSeq: 3 ACK
Max-Forwards: 70
User-Agent: Easy SIP Server
Content-Length: 0

SIP的ACK方法，通知IPC服务端已经准备好了，可以发送媒体流了。

4. RTP/RTCP媒体流传输

通过视频会话可知，接下来IPC应该主动向国标服务器发送RTP流，RTP协议带的媒体流封装格式为PS，传输层协议为UDP，RTP源端地址为15060，目的端地址为50000，SSRC=0200000002,抓包协议实例如下：

从RTP解析上看，与视频会话交互的信息一致。

总结

GB/T28181协议经过多个版本的迭代，应用在音视频传输中，已经非常完善了，最新的协议版本已经支持TCP模式进行信令交互和音视频传输，还支持主被动模式，在跨网上也有很好的适应性。

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