全網首創/純Qt/C++實現國標GB28181服務/實時視頻/云臺控制/預置位/錄像回放和下載/事件訂閱/語音對講

一、前言說明

用純Qt來實現這個GB28181的想法很久了，具體可以追溯到2014年，一晃十年都過去了，總算是整體的框架和邏輯都打通了，總歸還是雜七雜八的事情多，無法靜下心來研究具體的協議，最開始初步了解協議后發現比onvif要復雜不少，索性先擱置一旁，所以先把onvif協議打通了，onvif協議好是好，但是一般在局域網內使用，外網訪問幾乎沒有辦法，而GB28181就是為了解決很多痛點定義的一套視頻監控規范，畢竟現在滿大街都是監控，各個部門機構都要外網遠程取流，這就必須上國標，這其實是網絡通信的弊端，服務端在沒有收到過客戶端的消息的時候，是無法得知客戶端的具體通信地址，也就無法通信，需要先客戶端主動給服務器發過消息才行。

關于sip協議的第三方庫已經很多了，最終還是決定采用Qt底層的udp通信協議來解析，一方面可以大大加深協議的理解，提供友好的使用接口，不用大費周章的去編譯各種第三方庫，一方面考慮到后期的拓展，必須從底層手擼，一定要把兼容性易用性擺在第一位，這個最重要的點，也只有解決了客戶的痛點，才能更好的賣錢。

1.1 個人理解

  1. gb2818協議是基于sip協議的一套協議框架，而sip是和http協議類似的一套基于udp/tcp載體的協議，最終底層通過udp/tcp收發數據。sip是一套多媒體通信框架，而gb28181就是在這套框架上，定義了具體的通信內容，也就是收發數據填充的內容。
  2. sip協議收發通常用的第三方開源庫有osip/exosip，exosip依賴osip，是對osip的二次封裝，帶了具體傳輸層，osip相當于用來構建要收發的數據，本身沒有收發功能。還有個更強大開源庫pjsip，帶了rtp解析。具體可參考 https://blog.csdn.net/weixin_43147845/article/details/144219082
  3. sip協議說復雜也復雜，說簡單也簡單，復雜就是涉及到的具體協議規約特別龐大，和http協議是并列的一種機制。簡單就是如果只是少量的通信，可以直接用udp/tcp通信收發解析，要發送的數據每一行都回車換行，最后一起發出去即可。就是發送和解析不大方便，需要去尋找和取出關鍵字再處理，而開源庫會給你處理好對應的數據結構，比如解析后有枚舉字段直接判斷。
  4. onvif是國際標準協議，gb28181是國家標準協議，各有優缺點，onvif通常是通過搜索到設備再去和設備通信，而gb28181剛好相反，是讓設備主動連服務器，帶上校驗等參數，連上后，服務器再去和設備通信。這樣相當于可以跨網了，而onvif通常只能局域網。gb28181還有個優勢就是組網，可以層層級聯，非常適合國內各種大監控系統的建設。
  5. onvif客戶端是先udp組播獲取到設備，然后再發送http請求到不同的地址來交互，請求中可以獲取到視頻流rtsp地址，然后自己用ffmpeg等框架打開這個地址播放就行。而gb28181服務端是先udp/tcp監聽端口，對連上的設備進行sip協議格式的數據內容的交互，發送請求播放指令后，開啟發送rtp數據包，再用ffmpeg等框架解析這個數據包就行。
  6. gb28181注冊的時候Expires為有效期時間，一般是3600秒，如果是0則表示注銷。

1.2 要點總結

  1. gb28181協議一般會選擇udp通信，默認也是udp，早期國標設備都是只支持udp。
  2. 服務端開啟端口監聽，設備端填寫好對應參數后，會嘗試往對應端口發數據進行連接。
  3. 設備端間隔（心跳間隔默認是60s）發送REGISTER信令，服務端收到后，分析數據中是否帶了鑒權信息（也就是用戶認證相關信息），沒有帶的話則應答Unauthorized，帶了的話，可以取出認證的信息，和要求的參數對比，比如國標服務端編號、認證密碼、域編碼信息，不一致則應答信息錯誤，叫客戶端重新發。都沒問題則表示認證通過。
  4. 認證后服務端發送MESSAGE信令，帶上xml數據，獲取設備信息，收到設備信息后，再去查閱目錄也就是獲取通道列表。
  5. 設備端在注冊成功后，每隔一段時間發送一次心跳信息。方便服務端判斷是否離線。
  6. 設備端一旦注冊成功，在有效期（一般是3600s）內，不會再去注冊，默認就是認為已經注冊成功。所以有時候服務端這邊開啟服務后，未必先收到REGISTER注冊指令，而是可能先收到的心跳指令，所以服務端這邊要做個特殊處理，收到心跳后，先判斷該設備在系統中是否已經存在，不存在則先獲取設備信息，再去獲取通信列表。
  7. 服務端支持多個設備注冊，通過設備編號區分，嚴格要求同一個系統中設備編號不能重復，否則容易錯亂。
  8. 每個設備都可以有多個視頻通道，一般攝像頭IPC只有1個通道，錄像機NVR有多個通道。如果是國標級聯，相當于把服務端當做一臺NVR設備，每個設備的通道都轉換成唯一標識的通道。
  9. 點播視頻和云臺控制等，都有個前提是要先獲取到對應的通道列表，因為下發的數據中就要指定是哪個通道。
  10. 點播視頻是服務端向設備端通過發送INVITE信令，帶上sdp數據（具體sdp格式規范在gb28181-2016文檔的第100頁），sdp數據中包含了通道編號、音視頻格式、音視頻數據如何交互等信息。
  11. 服務端點播視頻前，先要打開一個空閑的端口，這個端口號在sdp數據中帶上，設備端收到點播指令后，會將音視頻數據發給這個指定的端口，收到這些數據后再去用ffmpeg解碼播放即可。sip這邊只負責信令交互，并不負責音視頻數據的通信。
  12. 關閉視頻很關鍵，因為可能開了多個點播窗口，所以需要在點播視頻后應答的ACK指令數據中，記住當時信令中的from/to/callid數據，在關閉視頻的時候用播放時對應的這幾個數據發給設備端，才能真正停止。
  13. 一個設備可能有多個通道，一個通道可能存在多個點播流，每個流都對應唯一的端口，所以需要有個隊列記住這些點播流對應的ssrc/from/to/callid數據，可以指定關閉某一路流。
  14. 點播流需要對應端口接收流，一般這個端口需要動態分配，也可以不同流公用一個端口，公用端口不用擔心數據會沖突，里面都是rtp的數據包，通過ssrc區分是哪一個流的數據包，這個ssrc是由點播發起者下發的，在sip指令中附加在subject屬性上，sdp中有個y屬性專門放這個ssrc字符串。在端口數量允許的情況下，一般建議每一路流都不同的端口，方便區分管理。
  15. 點播流的過程，一般第一步是先打開監聽端口成功后，然后才將這個端口通過sip指令發給設備，因為端口有可能被占用，所以只有當打開監聽端口成功的時候，再去點播流，這樣才是通的，不然也是白搭。
  16. 語音對講和點播視頻流程不一樣，是反著來的，先服務端發送語音廣播指令Broadcast到設備，設備返回是否支持語音對講，如果支持，會主動發送INVITE信令，帶上sdp數據，服務端搜到這個sdp數據后解析，然后服務端主動往設備對應的端口發送帶了語音數據的RTP數據包，設備端的聲音會通過之前的音視頻流傳輸過來。
  17. 云臺控制和預置位相關處理就簡單一些，因為都是單向操作。通過MESSAGE信令帶上xml數據，數據中包含了要執行的通道編號和動作，這個動作的數據，是一個標準的固定長度8字節，16進制字符串數據格式，比如A5 0F 01 00 00 00 00 00，將要執行的動作替換對應的數據位即可，停止云臺也是一個單獨的動作。
  18. ffmpeg中并不能直接解碼RTP數據包，需要解包后才是PS流才可以正確的解碼，一般會用第三方開源庫jrtp去實現解包，當然他也支持封包，發送語音數據的時候也要用到，jrtp直接就是帶了網絡通信，比如監聽UDP端口收數據。
  19. 在信令交互過程中，可以多一些無關的數據，但是不能少一些必要的字段數據，比如invite信令必須帶有Subject，缺少的話無法正常解析導致失敗。

二、效果圖

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

三、相關代碼

#include "frmconfig.h"
#include "frmserver.h"
#include "ui_frmserver.h"
#include "qthelper.h"
#include "gb28181server.h"
#include "gb28181helper.h"frmServer::frmServer(QWidget *parent) : QWidget(parent), ui(new Ui::frmServer)
{ui->setupUi(this);this->initForm();this->initConfig();
}frmServer::~frmServer()
{delete ui;
}void frmServer::closeEvent(QCloseEvent *)
{if (server) {server->stop();}qApp->quit();
}bool frmServer::eventFilter(QObject *watched, QEvent *event)
{if (watched == ui->txtData->viewport() && event->type() == QEvent::MouseButtonDblClick) {this->appendMsg(0, "", true);}return QWidget::eventFilter(watched, event);
}void frmServer::initForm()
{QtHelper::replaceCRLF = false;ui->widgetControl->setEnabled(false);ui->widget->setFixedWidth(AppData::RightWidth);ui->txtData->viewport()->installEventFilter(this);ui->treeWidget->setAnimated(false);ui->treeWidget->setIndentation(15);ui->treeWidget->setExpandsOnDoubleClick(false);connect(ui->tabPreview, SIGNAL(selectVideo(QString, QString)), this, SLOT(selectVideo(QString, QString)));//立即啟動服務server = NULL;if (AppConfig::ServerStart) {on_btnStart_clicked();}
}void frmServer::initConfig()
{ui->tabWidget->setCurrentIndex(AppConfig::TabIndex);connect(ui->tabWidget, SIGNAL(currentChanged(int)), this, SLOT(saveConfig()));ui->cboxDevice->addItem("0.0.0.0");ui->cboxDevice->lineEdit()->setText(AppConfig::FilterHost);connect(ui->cboxDevice->lineEdit(), SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));
}void frmServer::saveConfig()
{AppConfig::TabIndex = ui->tabWidget->currentIndex();AppConfig::FilterHost = ui->cboxDevice->lineEdit()->text();AppConfig::writeConfig();
}void frmServer::appendMsg(int type, const QString &data, bool clear, bool pause)
{//最大行數和當前行數static int maxCount = 200;static int currentCount = 0;QtHelper::appendMsg(ui->txtData, type, data, maxCount, currentCount, clear, pause);
}void frmServer::sendData(const QString &host, int port, const QString &data)
{if (AppConfig::FilterHost != "0.0.0.0" && AppConfig::FilterHost != host) {return;}this->appendMsg(0, data);
}void frmServer::receiveData(const QString &host, int port, const QString &data)
{if (AppConfig::FilterHost != "0.0.0.0" && AppConfig::FilterHost != host) {return;}this->appendMsg(1, data);
}void frmServer::receiveInfo(const QString &host, int port, const QString &info)
{if (AppConfig::FilterHost != "0.0.0.0" && AppConfig::FilterHost != host) {return;}this->appendMsg(2, info);ui->txtData->append("\n");
}void frmServer::deviceChanged(const QString &deviceId, bool online)
{QList<GB28181Device> devices = server->getDevices();GB28181Device device = GB28181Helper::getDevice(deviceId, devices);QString text = deviceId + " [" + device.deviceName + "]";int count = ui->treeWidget->topLevelItemCount();for (int i = 0; i < count; ++i) {QTreeWidgetItem *item = ui->treeWidget->topLevelItem(i);if (item->data(0, Qt::UserRole).toString() == deviceId) {item->setText(0, text);item->setDisabled(!online);return;}}//不存在則添加頂層節點QTreeWidgetItem *item = new QTreeWidgetItem;item->setText(0, text);item->setData(0, Qt::UserRole, deviceId);ui->treeWidget->insertTopLevelItem(0, item);//添加到下拉框QString ip = device.deviceIp;if (ui->cboxDevice->findText(ip) < 0) {ui->cboxDevice->addItem(ip);}
}void frmServer::channelChanged(const QString &deviceId)
{//每次都清空通道再重新添加QList<GB28181Device> devices = server->getDevices();int count = ui->treeWidget->topLevelItemCount();for (int i = 0; i < count; ++i) {QTreeWidgetItem *item = ui->treeWidget->topLevelItem(i);if (item->data(0, Qt::UserRole).toString() != deviceId) {continue;}qDeleteAll(item->takeChildren());QStringList ids, names;GB28181Helper::getChannelInfo(deviceId, devices, ids, names);for (int j = 0; j < ids.count(); ++j) {QTreeWidgetItem *child = new QTreeWidgetItem(item);child->setText(0, ids.at(j) + " [" + names.at(j) + "]");child->setData(0, Qt::UserRole, ids.at(j));}break;}//展開所有節點ui->treeWidget->expandAll();//自動調整列寬ui->treeWidget->resizeColumnToContents(0);
}void frmServer::on_btnStart_clicked()
{this->appendMsg(0, "", true);if (ui->btnStart->text() == "啟動服務") {server = new GB28181Server;connect(server, SIGNAL(sendData(QString, int, QString)), this, SLOT(sendData(QString, int, QString)));connect(server, SIGNAL(receiveData(QString, int, QString)), this, SLOT(receiveData(QString, int, QString)));connect(server, SIGNAL(receiveInfo(QString, int, QString)), this, SLOT(receiveInfo(QString, int, QString)));connect(server, SIGNAL(deviceChanged(QString, bool)), this, SLOT(deviceChanged(QString, bool)));connect(server, SIGNAL(channelChanged(QString)), this, SLOT(channelChanged(QString)));GB28181ServerPara para;para.serverId = AppConfig::ServerId;para.serverArea = AppConfig::ServerArea;para.serverHost = AppConfig::ServerHost;para.serverIp = AppConfig::ServerIp;para.serverPort = AppConfig::ServerPort;para.serverPwd = AppConfig::ServerPwd;server->setServerPara(para);ui->btnStart->setText("停止服務");ui->tabPreview->setServer(server);ui->widgetControl->setEnabled(true);ui->widgetControl->setServer(server);} else {server->stop();server->deleteLater();server = NULL;ui->treeWidget->clear();ui->treeWidget->resizeColumnToContents(0);ui->btnStart->setText("啟動服務");ui->widgetControl->setEnabled(false);ui->widgetControl->setId("", "");GB28181Server::port = 6900;}AppConfig::ServerStart = (ui->btnStart->text() == "停止服務");AppConfig::writeConfig();
}void frmServer::on_btnConfig_clicked()
{static frmConfig *config = new frmConfig;config->show();config->activateWindow();
}void frmServer::selectVideo(const QString &deviceId, const QString &channelId)
{//先取消所有選中QTreeWidgetItemIterator it(ui->treeWidget);while (*it) {(*it)->setSelected(false);++it;}//視頻通道按下自動選中設備數通道節點int count = ui->treeWidget->topLevelItemCount();for (int i = 0; i < count; ++i) {QTreeWidgetItem *item = ui->treeWidget->topLevelItem(i);if (item->data(0, Qt::UserRole).toString() != deviceId) {continue;}for (int j = 0; j < item->childCount(); ++j) {QTreeWidgetItem *itemChild = item->child(j);if (itemChild->data(0, Qt::UserRole).toString() == channelId) {itemChild->setSelected(true);on_treeWidget_itemClicked(itemChild, 0);break;}}}
}void frmServer::getId(QTreeWidgetItem *item, QString &deviceId, QString &channelId)
{if (item->parent()) {deviceId = item->parent()->data(0, Qt::UserRole).toString();channelId = item->data(0, Qt::UserRole).toString();} else {deviceId = item->data(0, Qt::UserRole).toString();//自動取第一個子節點if (item->childCount() > 0) {channelId = item->child(0)->data(0, Qt::UserRole).toString();}}
}void frmServer::on_treeWidget_itemClicked(QTreeWidgetItem *item, int)
{QString deviceId, channelId;this->getId(item, deviceId, channelId);ui->widgetControl->setId(deviceId, channelId);
}void frmServer::on_treeWidget_itemDoubleClicked(QTreeWidgetItem *item, int)
{QString deviceId, channelId;this->getId(item, deviceId, channelId);ui->widgetControl->setId(deviceId, channelId);ui->tabPreview->openVideo(deviceId, channelId);
}

四、相關地址

  1. 國內站點：https://gitee.com/feiyangqingyun
  2. 國際站點：https://github.com/feiyangqingyun
  3. 個人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
  4. 文件地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取碼：01jf 文件名：bin_video_gb28181。

五、功能特點

  1. 支持設備注冊、注銷、用戶認證、獲取設備狀態和信息等。
  2. 視頻點播，可以分別點播主碼流和子碼流，內置rtp解包線程，解包后發給視頻播放組件解碼播放。
  3. 每個設備每個通道支持點播多個視頻，通過ssrc區分，支持公用端口和不同端口。
  4. 云臺控制，各個方位移動，鏡頭放大縮小，光圈放大縮小，鏡頭聚焦放焦。
  5. 純Qt底層代碼實現，udp通信交互，原創代碼解析，不依賴任何第三方。
  6. 代碼量少，gb28181交互部分共幾千行代碼，注釋詳細，接口友好，使用極其簡單，提供非常詳細的使用示例。
  7. 支持所有Qt版本和編譯器以及操作系統，包括但不限于win、linux、mac、android、嵌入式linux、國產os等。

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