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。
