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

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:34020000002000000001@192.168.1.100）

• 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()

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

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

<?xml version="1.0"?>
<Query>
  <CmdType>RecordInfo</CmdType>  <!-- 固定指令类型 -->
  <SN>16777216</SN>             <!-- 序列号（递增） -->
  <DeviceID>34020000001320000001</DeviceID>
  <StartTime>20250221T120000</StartTime>  <!-- 起始时间 -->
  <EndTime>20250221T123000</EndTime>      <!-- 结束时间 -->
  <Secrecy>0</Secrecy>          <!-- 保密级别（0-普通，1-机密） -->
  <Type>time</Type>             <!-- 录像类型：time/alarm/manual -->
</Query>

3.1.2 响应消息

<?xml version="1.0"?>
<Response>
  <CmdType>RecordInfo</CmdType>
  <SN>16777216</SN>
  <DeviceID>34020000001320000001</DeviceID>
  <Name>Camera-01</Name>
  <SumNum>1</SumNum>            <!-- 录像片段总数 -->
  <RecordList>
    <Item>
      <DeviceID>34020000001320000001</DeviceID>
      <Name>Channel-1</Name>
      <StartTime>20250221T120000</StartTime>
      <EndTime>20250221T123000</EndTime>
      <FilePath>/videos/20250221_1200.mp4</FilePath>  <!-- 可选字段 -->
    </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）

<?xml version="1.0"?>
<Control>
  <CmdType>DeviceControl</CmdType>
  <SN>789</SN>
  <DeviceID>34020000001320000001</DeviceID>
  <Scale>4.0</Scale>       <!-- 回放速率（1.0=正常，2.0=2倍速） -->
  <Range>20250221T121500-20250221T122000</Range>  <!-- 拖动到指定位置 -->
</Control>

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

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

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

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）

附录：关键协议头字段速查

SIP头字段

SDP属性字段

第六部分：信令表

GB28181 信令全表

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：<SN>（序列号）、<DeviceID>（20位设备ID）必须唯一且递增。
   • 错误码：<StatusCode>（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<SumNum>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。

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

附：常用CmdType值