GB28181协议详解

第一部分：协议基础与设备注册

1.1 协议分层架构

层级	协议/规范	功能说明
信令控制层	SIP (RFC 3261) + GB扩展	设备注册、目录订阅、实时点播、云台控制等控制信令
媒体传输层	RTP/RTCP (RFC 3550) + PS封装	音视频数据封装传输，支持H.264/H.265/G.711/AAC等编码

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1.2 设备注册流程（含鉴权算法）

1.2.1 完整信令交互

[设备]                          [SIP服务器]
 |---- REGISTER (无鉴权) -------->|
 |<---- 401 Unauthorized --------|  WWW-Authenticate: Digest realm="3402000000", nonce="abcd1234"
 |---- REGISTER (带鉴权头) ------>|  Authorization: Digest username="34020000001320000001", response="xxxx"
 |<---- 200 OK ------------------|  Expires: 3600

1.2.2 鉴权算法实现

• 输入参数：

  • username：设备ID（如34020000001320000001）
  • realm：服务器返回的域（如3402000000）
  • password：设备预设密码（如123456）
  • nonce：服务器生成的随机数（如abcd1234）
  • method：请求方法（REGISTER）
  • uri：请求URI（如sip:[email protected]）

• 计算步骤：

  1. 计算 HA1 = MD5(username:realm:password)
  2. 计算 HA2 = MD5(method:uri)
  3. 最终 response = MD5(HA1:nonce:HA2)

• 代码示例（Python）：

  import hashlib
  
  def calculate_response(username, realm, password, nonce, method, uri):
      ha1 = hashlib.md5(f"{username}:{realm}:{password}".encode()).hexdigest()
      ha2 = hashlib.md5(f"{method}:{uri}".encode()).hexdigest()
      return hashlib.md5(f"{ha1}:{nonce}:{ha2}".encode()).hexdigest()

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第二部分：实时点播（2025年02月21日场景）

2.1 信令交互全流程

[Client]                                  [Device]
 |-------- INVITE (SDP Offer) ------------>|
 |<------- 100 Trying ---------------------|  # 临时响应
 |<------- 200 OK (SDP Answer) ------------|  # 携带设备媒体参数
 |-------- ACK --------------------------->|  # 确认建立会话
 |<------- RTP Stream (Port 6000) -------- |  # 媒体流开始传输
 |-------- BYE --------------------------->|  # 结束会话
 |<------- 200 OK -------------------------|

2.2 SDP详解（客户端Offer）

v=0
o=34020000002000000001 0 0 IN IP4 192.168.1.100  # 会话发起者标识
s=Play                                              # 会话名称（可自定义）
c=IN IP4 192.168.1.100                             # 客户端接收地址
t=0 0                                              # 时间范围（0表示实时）
m=video 6000 RTP/AVP 96                            # 媒体行：视频，端口6000，负载类型96
a=rtpmap:96 PS/90000                               # PS封装，时钟频率90kHz
a=sendonly                                         # 客户端仅接收（设备发送）
a=control:streamid=1                               # 流标识符（多码流时使用）
a=range:clock=20250221T000000-                     # 时间范围（"-"表示持续到结束）

SDP字段逐项解析

字段	说明
o=	格式：
s=	会话描述名称（如Play/Live/Playback）
c=	连接信息：IN表示Internet，IP4为IPv4地址，192.168.1.100为客户端接收IP
t=	时间范围： ，0 0表示永久会话
m=	媒体行： ，video表示视频，6000为端口，RTP/AVP为传输协议
a=rtpmap	负载映射： /，96对应动态类型，PS为封装格式
a=range	时间范围：clock=YYYYMMDDThhmmss-YYYYMMDDThhmmss，实时流可省略结束时间

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第三部分：录像回放与下载

3.1 录像查询（MESSAGE信令）

3.1.1 请求消息

<Query>
  <CmdType>RecordInfoCmdType>  
  <SN>16777216SN>             
  <DeviceID>34020000001320000001DeviceID>
  <StartTime>20250221T120000StartTime>  
  <EndTime>20250221T123000EndTime>      
  <Secrecy>0Secrecy>          
  <Type>timeType>             
Query>

3.1.2 响应消息

<Response>
  <CmdType>RecordInfoCmdType>
  <SN>16777216SN>
  <DeviceID>34020000001320000001DeviceID>
  <Name>Camera-01Name>
  <SumNum>1SumNum>            
  <RecordList>
    <Item>
      <DeviceID>34020000001320000001DeviceID>
      <Name>Channel-1Name>
      <StartTime>20250221T120000StartTime>
      <EndTime>20250221T123000EndTime>
      <FilePath>/videos/20250221_1200.mp4FilePath>  
    Item>
  RecordList>
Response>

3.2 录像回放（INVITE信令）

3.2.1 SDP关键参数

a=range:clock=20250221T120000-20250221T123000  # 精确时间段
a=control:streamid=2                           # 区分实时流与回放流

3.2.2 回放控制（MESSAGE信令）

<Control>
  <CmdType>DeviceControlCmdType>
  <SN>789SN>
  <DeviceID>34020000001320000001DeviceID>
  <Scale>4.0Scale>       
  <Range>20250221T121500-20250221T122000Range>  
Control>

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第四部分：音视频RTP打包规范

4.1 视频封装（H.264/H.265）

4.1.1 PS封装结构

PS Header (0x000001BA) 
  → System Header (0x000001BB) 
    → PES Header (视频流) 
      → H.264/H.265 NALU 
    → PES Header (音频流) 
      → G.711/AAC数据

4.1.2 RTP分片规则

帧类型	分片策略
I帧	强制分片，每包≤1400字节，FU-A模式（分片头：0x1C + 0x80→首包，0x1C + 0x00→中间包）
P/B帧	单包发送（若NALU≤1400字节）或分片发送

H.264分片头示例：

RTP Header | FU Indicator (0x1C) | FU Header (0x80) | NALU分片数据  # 首包
RTP Header | FU Indicator (0x1C) | FU Header (0x00) | NALU分片数据  # 中间包
RTP Header | FU Indicator (0x1C) | FU Header (0x40) | NALU分片数据  # 末包（Mark=1）

4.2 音频封装

4.2.1 PS封装音频

• PES结构：

  PES Header (Stream ID=0xC0) | PCM数据（G.711）  # 音频PES包

• 时间戳同步：音频PTS与视频PTS基于同一90kHz时钟对齐

4.2.2 独立RTP流封装

RTP Header | PCM数据（G.711）  # 直接封装，无分片

SDP声明示例：

m=audio 6002 RTP/AVP 8       # G.711U负载类型8
a=rtpmap:8 PCMA/8000/1       # 编码格式与采样率

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第五部分：开发注意事项

5.1 时间同步

• NTP同步：设备与服务器时间误差需<1秒，否则回放请求可能失败
• RTP时间戳：视频基于90kHz时钟，音频基于采样率（如G.711=8kHz）

5.2 网络适应性

传输模式	适用场景	优化建议
UDP	低延迟、允许少量丢包	增加Jitter Buffer（≥500ms）
TCP	高可靠性、弱网络环境	启用RTP over RTSP（需SDP中声明a=rtcp-mux）

5.3 错误处理

• 注册失败：检查Digest算法实现及设备ID格式（20位数字）
• 媒体流中断：监控RTCP RR包的丢包率，动态调整码率
• 时间戳溢出：每26小时重置RTP时间戳（90kHz时钟溢出周期）

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附录：关键协议头字段速查

SIP头字段

字段	示例值	说明
Call-ID	[email protected]	会话唯一标识（需全局唯一）
CSeq	1 INVITE	命令序列号（递增）
Contact		设备实际通信地址

SDP属性字段

属性	示例值	说明
rtpmap	96 PS/90000	定义负载类型与编码格式
fmtp	96 profile-level-id=42E0	H.264编码参数（可选）
control	streamid=1	流标识符（多码流切换）

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第六部分：信令表

GB28181 信令全表

信令类型	SIP方法	关键字段/消息体	典型场景	响应码
设备注册	REGISTER	Expires（有效期）、Authorization（鉴权头）、Contact（设备地址）	设备上线	200 OK / 401 Unauthorized
心跳保活	MESSAGE	Keepalive、OK	维持在线状态	200 OK
实时点播请求	INVITE	SDP中的m=video、a=rtpmap:96 PS/90000、a=range（时间范围）	发起实时视频流	200 OK + SDP
录像回放请求	INVITE	SDP中的a=range:clock=起始时间-结束时间、a=control:streamid=N	请求历史录像流	200 OK + SDP
目录查询	MESSAGE	Catalog、、（通道数）	获取设备通道列表	200 OK + 通道列表
报警通知	NOTIFY	Alarm、（报警类型）、	移动侦测/遮挡事件上报	200 OK
云台控制	MESSAGE	DeviceControl、（十六进制指令）	摄像头转动/变焦	200 OK
录像查询	MESSAGE	RecordInfo、、、	检索设备存储的录像片段	200 OK + 录像列表
回放控制	MESSAGE	DeviceControl、（倍速）、（跳转时间）	快进/快退/拖动进度条	200 OK
语音对讲	INVITE	SDP中的m=audio、a=rtpmap:8 PCMA/8000（音频编码）	双向语音通信	200 OK + SDP
设备信息查询	MESSAGE	DeviceInfo、	获取设备型号/版本信息	200 OK + 设备信息
订阅事件通知	SUBSCRIBE	Event: catalog（目录订阅）、Expires（订阅有效期）	实时接收设备状态变化	200 OK + NOTIFY消息
停止媒体流	BYE	Call-ID（对应会话ID）、CSeq（递增序列号）	结束实时预览或回放	200 OK
文件下载请求	MESSAGE	Download、（文件路径）、	下载指定录像文件	200 OK + 文件流
网络配置修改	MESSAGE	ConfigDownload、、	远程修改设备网络参数	200 OK

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关键说明

1. SDP字段扩展：

   • a=control:streamid=N：用于区分多码流（主码流=1，子码流=2）。
   • a=range:clock=YYYYMMDDThhmmss-YYYYMMDDThhmmss：时间格式必须精确到秒。
   • a=rtpmap:96 PS/90000：强制要求视频流使用PS封装，时钟频率90kHz。

2. XML消息体规范：

   • 公共字段：（序列号）、（20位设备ID）必须唯一且递增。
   • 错误码：（如200成功，400参数错误，404无录像文件）。

3. 特殊场景处理：

   • 分页查询：当录像片段过多时，通过和分页参数分批获取。
   • 鉴权失败：服务器返回401 Unauthorized时，设备需重发带正确Authorization头的请求。

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信令交互示例图

[设备注册]
Device -> Server: REGISTER
Server -> Device: 401 Unauthorized
Device -> Server: REGISTER (带鉴权)
Server -> Device: 200 OK

[实时点播]
Client -> Device: INVITE (SDP Offer)
Device -> Client: 200 OK (SDP Answer)
Client -> Device: ACK
Device -> Client: RTP流传输

[录像回放控制]
Client -> Device: MESSAGE (Scale=2.0)
Device -> Client: 200 OK + 媒体流加速

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附：常用CmdType值

CmdType	用途	关联信令
Keepalive	心跳保活	MESSAGE
Catalog	目录查询	MESSAGE
DeviceControl	云台/回放控制	MESSAGE
RecordInfo	录像查询	MESSAGE
Alarm	报警通知	NOTIFY
DeviceInfo	设备信息查询	MESSAGE
Download	文件下载	MESSAGE

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