基于OVNIF规范的数字视频监控系统开发

摘要：基于OVNIF规范的视频监控系统开发，对OVNIF规范的组成、开发技术进行了研究，与传统数字视频监控系统的比较分析，讨论了功能实现中的关键部分设计。
主题词：数字视频监控系统，OVNIF规范，开发

随着数字技术的发展，安防监控系统也不断向数字化发展和结合。在监控系统不断向数字化演变的过程中，各个厂家的数字化监控产品，并不像传统监控设备传输的信号，拥有共同的标准（如：NTSC/PAL）。由于标准不统一，不同产品之间难以兼容，造成客户在使用上的困难。
网络监控市场不断增长的商机，要求建立兼容性强的开放式标准。厂商们逐渐意识到：要想拓展IP视频监控市场，使其成熟发展，就必须推出网络摄像机的相关标准。
2008年5月，由安讯士(AXIS)联合博世(BOSCH)及索尼(SONY)公司三方宣布将携手共同成立一个国际开放型网络视频产品标准网络接口开发论坛，取名为ONVIF（Open Network Video Interface Forum），并以公开、开放的原则共同制定开放性行业标准。2008年11月，论坛正式发布了ONVIF第一版规范。2010年11月，论坛发布了ONVIF第二版规范。

1、OVNIF概述

ONVIF规范描述了网络视频的模型、接口、数据类型以及数据交互的模式。并复用了一些现有的标准，如WS系列标准等。
ONVIF规范中设备管理和控制部分所定义的接口均以Web Services的形式提供。ONVIF规范涵盖了完全的XML及WSDL的定义。每一个支持ONVIF规范的终端设备均须提供与功能相应的Web Service。服务端与客户端的数据交互采用SOAP协议。
其所涵盖的内容包含本地及远程设备在线探测（local and remote device discovery）、设备管理（device management）、图像管理（imaging configuration）、媒体组态（media configuration）、实时媒体流（real-time streaming of audio and video）、事件管理（event handling）、影像分析（video analytics）、PTZ（Pan、Tilt、Zoom）控制与安全管理等。
ONVIF中的其他部分比如音视频流则通过RTP/RTSP进行。

2、OVNIF的实现机制

2.1 Web Service简介

Web Service是基于网络的、分布式的模块化组件，执行特定的任务。Web Service 主要利用 HTTP 和 SOAP 协议使数据在 Web 上传输。Web 用户能够使用 SOAP 和 HTTP通过 Web 调用的方法来调用远程对象。

图1 Web Service based development principles
客户端根据 WSDL 描述文档，会生成一个 SOAP 请求消息，该请求会被嵌入在一个HTTP POST请求中，发送到 Web Services 所在的Web 服务器。Web Services 请求处理器解析收到的 SOAP 请求，调用相应的 Web Services。然后再生成相应的 SOAP 应答。Web 服务器得到 SOAP 应答后，会再通过 HTTP应答的方式把信息送回到客户端。

2.2 WSDL

WSDL是Web services 描述语言（Web Service Description Language）的缩写。是一个用来描述Web服务和说明如何与Web服务通信的XML语言，为用户提供详细的接口说明书。
SOAP是Simple Object Access Protocol的缩写。是基于XML的一种协议。一条 SOAP 消息就是一个普通的 XML 文档，包含下列元素：

必需的 Envelope 元素，可把此 XML 文档标识为一条 SOAP 消息
可选的 Header 元素，包含头部信息
必需的 Body 元素，包含所有的调用和响应信息
可选的 Fault 元素，提供有关在处理此消息所发生错误的信息

在向Web Service发送的SOAP请求中，Body元素中的字段需与WSDL中数据类型的相符合。在构建SOAP的过程中，必须从WSDL文件中获取并映射这一种对应关系。然而这样一个对应过程将是充满了重复性和机械性的，为了避免不必要的人工差错以及节约开发时间，一个名为gSOAP的编译工具应运而生。
gSOAP利用编译器技术提供了一组透明化的SOAP API，并将与开发无关的SOAP实现细节相关的内容对用户隐藏起来。通过将WSDL文件解析序列化为C/C++文件，最小化了Web Service的开发过程。

2.3 Web Service与视频监控

ONVIF规范向视频监控引入了Web Service的概念。设备的实际功能均被抽象为了Web Service的服务，视频监控系统的控制单元以客户端的身份出现，通过Web请求的形式完成控制操作。
视频监控系统采用Web Service技术带来的优点：

设备的无关性，任何一个设备接入系统，不会对其他系统造成影响。
设备的独立性，每一个设备只负责对接收到的请求做出反馈，甚至不需要知晓控制端的存在。
管理的集中性，所有的控制由客户端来发起。

采用ONVIF规范的视频监控系统的优点：

抽象了功能的接口。统一了对设备的配置以及操作的方式。
控制端关心的不是设备的型号，而是设备所提供的Web Service
规范了视频系统中Web Service范围之外的行为。
ONVIF提供了各个模块的WSDL，拥有效率非常高的开发方式。

2.4 场景比较分析：

下图为传统视频监控系统的一个局域网应用场景
1. PU设备上线后，向CMU注册，建立连接。
2. CMU与PU进行信令交互，请求能力集，获取配置
3. CU上线，向CMU注册，建立连接。
4. CMU与CU进行信令交互，传输设备列表
5. CU向PU请求码流

图2 传统视频监控系统的一个局域网应用场景
下图为应用ONVIF规范的对应场景：
1. PU设备上线后，向CMU发送HELLO消息。
2. CMU需要搜寻设备时，向PU发送PROBE消息。
3. CMU与PU进行信令交互，请求能力集，获取配置
4. CU上线，向CMU注册，建立连接。
5. CMU与CU进行信令交互，传输设备列表
6.在CMU的协调下， CU同PU建立连接传输码流

图3 应用ONVIF规范的对应场景
比较结果：
PU与CMU的交互方式发生了改变。
CMU不再与PU保持长连接。
遵循ONVIF规范，信令以及消息内容有了统一的标准

3、结论

基于OVNIF规范的视频监控系统具有以下优点：
协同性：不同厂商所提供的产品，均可以通过一个统一的“语言”来进行交流。方便了系统的集成。
灵活性：终端用户和集成用户不需要被某些设备的固有解决方案所束缚。大大降低了开发成本。
由于采用WSDL+XML模式，使ONVIF规范的后续扩展不会遇到太多的麻烦。XML极强的扩展性与SOAP协议开发的便捷性将吸引到更多的人来关注和使用ONVIF规范。
在安防、监控系统急速发展的今天，效率和质量的领先所带来的价值不言而喻。ONVIF协议提供了这样的潜质。

参考文献：

[1]Open Network Video Interface Forum Core Specification Version 1.01,July,2009
[2]OVNIF Core Specification Version 2.0 Release Notes ,Nov,2010
[3]ONVIF website, http://www.onvif.org/