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

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 hashlibdef 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

字段	说明
`o=`	格式：`<username> <sess-id> <sess-version> <nettype> <addrtype> <unicast-address>`
`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：`<start-time> <stop-time>`，`0 0`表示永久会话
`m=`	媒体行：`<media> <port> <proto> <fmt>`，`video`表示视频，`6000`为端口，`RTP/AVP`为传输协议
`a=rtpmap`	负载映射：`<payload_type> <encoding>/<clock_rate>`，`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

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

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

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）

附录：关键协议头字段速查

SIP头字段

字段	示例值	说明
Call-ID	123456789@192.168.1.100	会话唯一标识（需全局唯一）
CSeq	1 INVITE	命令序列号（递增）
Contact	<sip:34020000001320000001@192.168.1.200>	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）

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	`<CmdType>Keepalive</CmdType>`、`<Status>OK</Status>`	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	`<CmdType>Catalog</CmdType>`、`<DeviceID>`、`<SumNum>`（通道数）	获取设备通道列表	200 OK + 通道列表
报警通知	NOTIFY	`<CmdType>Alarm</CmdType>`、`<AlarmType>`（报警类型）、`<AlarmTime>`	移动侦测/遮挡事件上报	200 OK
云台控制	MESSAGE	`<CmdType>DeviceControl</CmdType>`、`<PTZCmd>`（十六进制指令）	摄像头转动/变焦	200 OK
录像查询	MESSAGE	`<CmdType>RecordInfo</CmdType>`、`<StartTime>`、`<EndTime>`、`<RecordList>`	检索设备存储的录像片段	200 OK + 录像列表
回放控制	MESSAGE	`<CmdType>DeviceControl</CmdType>`、`<Scale>`（倍速）、`<Range>`（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	`<CmdType>DeviceInfo</CmdType>`、`<DeviceID>`	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	`<CmdType>Download</CmdType>`、`<FilePath>`（文件路径）、`<StartTime>`	下载指定录像文件	200 OK + 文件流
网络配置修改	MESSAGE	`<CmdType>ConfigDownload</CmdType>`、`<IPAddress>`、`<GateWay>`	远程修改设备网络参数	200 OK

关键说明

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。
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）。
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

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

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

1.2.2 鉴权算法实现

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

2.2 SDP详解（客户端Offer）

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

3.1.2 响应消息

3.2 录像回放（INVITE信令）

3.2.1 SDP关键参数

3.2.2 回放控制（MESSAGE信令）

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

4.1.2 RTP分片规则

4.2 音频封装

4.2.1 PS封装音频

4.2.2 独立RTP流封装

第五部分：开发注意事项

5.1 时间同步

5.2 网络适应性

5.3 错误处理

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

信令交互示例图

附：常用CmdType值

相关文章