技术领域

本发明涉及网络媒体发送技术， 更具体地说， 是一种视频监控系统及媒 体穿越网络地址转换（ NAT , Network Address Translation )设备的方法。

背景技术

网络监控系统通过内部互联网 （Intranet )和国际互联网 （Internet ) 实现 媒体的传输从而进行远程的视频监控。 用户无论身在何处， 都可利用电脑或 者电视登录互联网接通远端的监控系统， 实现实时图像和声音传输。 视频监 控以其直观、 方便、 信息内容丰富而广泛应用于许多场合， 例如公安局， 银 行， 学校， 医院， 公路等。 近年来， 随着计算机、 网络以及图像处理、 传输 技术的飞速发展， 视频监控技术也有长足的发展。

Internet的迅速发展以及 IPv4地址数量的限制使得 NAT设备得到广泛应 用。 NAT设备允许处于同一 NAT后的多台主机共享一个公网（一般处于 NAT 前的网络称为公网） IP地址。 一个私网（一般处于 NAT后的网络称为私网或 内网） IP地址通过 NAT设备与公网的其他主机通信。 由私网内主机主动发 起连接，数据包经过 NAT地址转换后送给公网上的服务器， 连接建立以后可 双向传送数据， NAT设备允许私网内主机主动向公网内主机发送 数据,但却禁 止反方向的主动传递， 在视频监控系统中， 需要不同私网内的主机进行互联， 穿越 NAT的问题必须解决。

随着网络的发展， 许多建筑物已经具备局域网和广域网， 利用现有的公 网和私网承载视频监控的系统可以让用户使用 更为方便， 成本也更低廉， 从 而媒体数据如何穿越公网和私网成为需要解决 的问题。

现有的专利文献包括：专利申请号为 CN200710195416.3的中国专利申请

"基于视频监控的前端录像点播穿越 NAT 的方法" 、 专利号为 CN200610021989 的中国专利申请 "基于 UDP的流媒体穿越 NAT设备的方 法"及专利号为 CN200810216944.7的中国专利申请 "一种视频监控系统实现 媒体穿越 NAT的方法和系统" 。

第 CN200710195416.3号中国专利申请利用了流媒体服� �器进行转发，第 CN200810216944.7 的中国专利申请介绍的方法是从客户端到监控 前端直连 的方式， 扩展了 RTSP 信令从而实现媒体信令和媒体的穿越。 第 CN200610021989号中国专利同样也是媒体通过流媒� ��服务器的中转。

国外专利第 WO2008003214号， "METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR MEDIA FLOW TRAVERSING NAT" ,该专利介绍了一种媒体穿越 NAT 的系统和方法。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是， 如何解决监控前端到客户端之间各种情 况下的媒体穿越 NAT的问题， 故提供一种视频监控系统及媒体穿越 NAT设 备的方法。

为了解决上述问题， 本发明公开了一种媒体穿越网络地址转换（NAT ) 设备的方法， 包括：

在视频监控系统中建立会话的过程中， 会话双方分别向对方发起携带有 自身网络地址和端口信息的 NAT穿越请求包， 收到所述 NAT穿越请求包的 一方解析该 NAT穿越请求包， 从中获取 NAT请求设备的源网络地址和端口 信息， 通过 NAT穿越响应包将所获取的 NAT请求设备的源网络地址和端口 信息反馈给 NAT穿越请求包发起方， 当所述 NAT穿越请求包发起方根据所 述 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地 址 和端口信息的比较结果， 确定自身处于私网中， 则周期性向对方发送 NAT穿 越包。

较佳地， 上述方法中， 所述 NAT穿越请求包发起方根据所述 NAT穿越 响应包中的网络地址和端口与自身网络地址和 端口信息的比较结果， 确定自 身处于私网的过程如下：

所述 NAT穿越请求包发起方将所述 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备 的源网络地址与自身网络地址比较， 将所述 NAT穿越响应包中的 NAT请求 设备的端口与自身端口比较， 至少一个比较结果为不同时， 确定自身处于私 网中。

较佳地， 上述方法中， 所述 NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均 为相同时， 停止发送 NAT穿越包。

较佳地， 上述方法中， 当所述 NAT穿越请求包发起方连接发送 NAT穿 越请求包的次数达到设定值， 且均未收到所述 NAT穿越响应包时， 停止发送 所述 NAT穿越请求包。

较佳地， 上述方法中， 所述 NAT穿越请求包发起方还在所述 NAT穿越 请求包中携带所述会话的标识信息，收到该 NAT穿越请求包的一方在所反馈 的 NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

本发明还公开了一种视频监控系统， 包括：

NAT穿越请求包发起方，设置为：在视频监控系 统中建立会话的过程中， 向该会话的对方发起携带有自身网络地址和端 口信息的 NAT穿越请求包，并 根据收到的 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的源网络地址和端口与自身 网络地址和端口信息的比较结果， 确定自身处于私网时， 周期性向该会话的 对方发送 NAT穿越包；

NAT穿越请求包接收方， 设置为： 解析该会话的对方发送的 NAT穿越 请求包， 从中获取 NAT请求设备的源网络地址和端口信息， 通过 NAT穿越 响应包将所获取的 NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给 NAT穿越 请求包发起方。

较佳地， 上述系统中， 所述 NAT穿越请求包发起方是设置为： 根据所述 NAT 穿越响应包中的网络地址和端口与自身网络地 址和端口信息的比较结 果， 确定自身处于私网的过程如下：

所述 NAT穿越请求包发起方将所述 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备 的源网络地址与自身网络地址比较， 将所述 NAT穿越响应包中的 NAT请求 设备的端口与自身端口比较， 至少一个比较结果为不同时， 确定自身处于私 网中。

较佳地， 上述系统中， 所述 NAT穿越请求包发起方确定两个比较结果均 为相同时， 停止发送 NAT穿越包。

较佳地， 上述系统中， 所述 NAT穿越请求包发起方还设置为： 当连接发 送 NAT穿越请求包的次数达到设定值，且均未收到 所述 NAT穿越响应包时， 停止发送所述 NAT穿越请求包。

较佳地， 上述系统中， 所述 NAT 穿越请求包发起方还设置为： 在所述

NAT穿越请求包中携带所述会话的标识信息；

所述 NAT穿越请求包接收方还设置为： 在向所述 NAT穿越请求包发起 方反馈的 NAT穿越响应包中携带该会话的标识信息。

与现有技术相比较， 本发明技术方案在视频监控系统中， 利用系统已有 的设备以及业务平台， 借助 SIP及自定义 NAT穿越包， 实现了 NAT的检测， 并有效地解决了监控前端到客户端之间各种情 况下的媒体穿越 NAT的问题。 附图概述

图 1是本实施例 1中媒体穿越 NAT的流程示意图；

图 2是 CU在私网 PU在公网时， 釆用本发明技术方案穿越的流程图； 图 3是 CU在公网 PU在私网时， 釆用本发明技术方案穿越的流程图； 图 4是 CU、 PU在不同私网时， 釆用本发明技术方案穿越的流程图。 本发明的较佳实施方式

为了使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下文将结合附图 对本发明技术方案作进一步详细说明。 需要说明的是， 在不冲突的前提下， 本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相 互组合， 均在本发明的保护范 围之内。 另外， 在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计 算机可执行指 令的计算机系统中执行， 并且， 虽然在流程图中示出了逻辑顺序， 但是在某 些情况下， 可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的 步骤。 本案申请人发现， 现有媒体穿越 NAT的技术方案中， 需要对客户端和监 控前端进行配置， 以确定各设备的位置， 即各设备是处于公网还是私网， 这 样， 在媒体穿越 NAT时， 才可根据设备的位置， 选择相应的穿越方式。 但这 样的操作不仅繁瑣， 且系统发生更新 （如增加或删除设备） 时， 需要再次进 行配置。 基于此发现， 本案申请人考虑取消配置操作， 而在建立会话的过程 中，会话双方分别向对端发起包括有自身网络 地址和端口信息的穿越请求包， 而对于接收方而言，其收到的穿越请求包中的 网络地址和端口信息为 NAT请 求设备的源网络地址和端口，只需将该 NAT请求设备的源网络地址和端口反 馈给发起方。发起方比较该 NAT请求设备的源网络地址和端口和自身网络地 址和端口，根据比较结果即可知该穿越请求包 是否经过 NAT设备转换， 从而 确定自身的位置 （即确定自身是否处于私网中） ， 以进行后续的 NAT穿越。 这样， 就准确地实现了 NAT的检测， 从而解决监控前端到客户端之间各种情 况下的媒体穿越 NAT的问题。

实施例 1

基于上述思想， 本实施例提供一种媒体穿越 NAT设备的方法， 该方法包 括：

在视频监控系统中建立会话的过程中， 会话双方分别向对方发起携带有 自身网络地址和端口信息的 NAT穿越请求包， 收到 NAT穿越请求包的一方 解析该 NAT穿越请求包，从中获取 NAT请求设备的源网络地址和端口信息， 通过 NAT穿越响应包将所获取的 NAT请求设备的源网络地址和端口信息反 馈给 NAT穿越请求包发起方，当 NAT穿越请求包发起方根据 NAT穿越响应 包中的 NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地 址和端口信息的比 较结果， 确定自身处于私网中， 则周期性向对方发送 NAT穿越包。

其中， NAT穿越请求包发起方根据 NAT穿越响应包中的网络地址和端 口与自身网络地址和端口信息的比较结果， 确定自身处于私网的过程如下：

NAT穿越请求包发起方将 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的源网络 地址与自身网络地址比较， 将 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的端口与 自身端口比较；

当上述两个比较结果中， 至少一个比较结果为不同时， NAT穿越请求包 发起方确定自身处于私网中， 进而周期性向对方发送 NAT穿越包；

当这两个比较结果均为相同时， NAT穿越请求包发起方认为双方可能位 于同一网络中， 无需进行 NAT穿越， 故停止发送 NAT穿越包， 以节省带宽； 而当 NAT穿越请求包发起方未收到 NAT穿越响应包时， NAT穿越请求 包发起方认为自身可能处于公网中， 而对方位于私网中， 故停止发送 NAT穿 越请求包。 优选的方案中， NAT穿越请求包发起方连接发送 NAT穿越请求 包， 若连接发送的次数达到设定值， 且均未收到 NAT穿越响应包， 才停止发 送 NAT穿越请求包。

其中， 上述会话双方为监控前端 （Pre Unit, PU )和客户端 （Client Unit, cu ) 。

下面， 以具体流程来描述上述媒体穿越 NAT设备的过程， 该过程如图 1 所示， 包括如下步骤：

步骤 A、 客户端与监控前端都注册到业务平台。

步骤 B. 在直连播放前， 客户端从业务平台获取监控前端的被叫地址， 信令端口号。

步骤 C.客户端与监控前端通过信令协议，如 RTSP ( Real Time Streaming Protocol, 实时流传输协议）以及 SIP ( Session Initiation Protocol, 会话初始协 议 ) , 完成 SDP ( Session Description Protocol, 会话描述协议 ) 的协商， 得 到对方的 IP和 RTP( Real-time Transport Protocol,实时传送协议）/RTCP( RTP Control Protocol, RTP控制协议）端口以及会话 ID、穿越包的 URL( Uniform / Universal Resource Locator, 统一资源定位符) 。

步骤 D. 双方根据步骤 C中得到的 IP和端口发送 NAT穿越请求包。 如果 CU在 NAT设备之后， PU在公网设备上， 此时只能由 CU主动发 送 NAT穿越包； 而 PU发送的 NAT穿越包肯定无响应， 在连续三次无响应 之后， 停止发送 NAT穿越包。

如果 PU在 NAT设备之后， CU在公网设备上，此时只能由 PU主动发送 NAT穿越包；而 CU发送的 NAT穿越包肯定无响应，在连续三次无响应之后 ， 停止发送 NAT穿越包。 如果 CU和 PU在同一个网络下， CU和 PU都可能发送 NAT穿越包， CU和 PU收到响应之后 , 判断请求和响应消息中的 NAT穿越包中的 IP地址 和端口号一致， 则停止发送 NAT穿越包。 如果 CU和 PU处于不同的私网下，可以通过中转播放的方� ��解决视频监 控的问题。 CU和 PU分别与 SS进行 NAT穿越。

步骤 E. 双方根据穿越的结果判断自己是否在私网内， 如果是则周期性 发送 NAT穿越包，以保持 NAT通道的通畅，执行步骤 F;否则停止发送 NAT 穿越包， 以节省带宽。

本实施例中， NAT穿越包可完全釆用文本格式， 釆用类 RTSP的 PLAY 和 RECORD格式， 其中 PLAY用于客户端发送 NAT穿越包， 具体格式定义

^口下。

表 1为客户端的 NAT穿越请求包的内容

PLAY rtsp://210.6.10.101:554/puid.sdp RTSP/1.0

CSeq: 1

Range: npt=0- Session: 189175229

x-NAT-Info： type=RTP;local_addr= 10.6.10.102; local_port= 10000 表 2为客户端的 NAT穿越响应包的内容

RTSP/1.0 200 OK

CSeq: 1

Session: 189175229

x-NAT-Info: type=RTP; local— addr=210.6.10.101; local_port=20000; src_addr=210.6.10.102; src_port= 10000; 表 3为监控前端的 NAT穿越请求包的内容 RECORD rtsp://210.6.10.101/puid.sdp RTSP/1.0

CSeq: 1

Range: npt=now- Session: 123456789

Content-length: 0

x-NAT-Info： type=RTP;local_addr= 10.6.10.102; local_port= 10000 表 4为监控前端的 NAT穿越响应包的内容

RTSP/1.0 200 OK

CSeq: 1

Session: 123456789

x-NAT-Info： type=RTP; local— addr=210.6.10.101; local_port=20000;

src_addr=210.6.10.102; src_port= 10000;

在上述表格中：

NAT穿越请求包和 NAT穿越响应包之间通过 Session和 CSeq进行配对， 即 NAT穿越请求包和其对应的 NAT穿越响应包的 Session与 CSeq都是相同 的。

其中， 在客户端的 NAT 穿越请求包中 local— addr=10.6.10.102; local_port=10000是指发送 NAT请求包的本地 IP地址和端口号；

在客户端的 NAT穿越响应包中 src— addr=210.6.10.102; src_port= 10000是 对端检测到的 NAT请求设备的源 IP地址和端口号 （也就是 NAT之后的 IP 地址和端口号） , local— addr=210.6.10.101; local_port=20000是本地接收 RTP 包的 IP地址和端口号；

而 RTCP的 NAT穿越包和上面的类似， 只是 CSeq、 type和 port内容的 值不同。

从上述表格即可看出， NAT 穿越请求包发送方检测到 local— addr等于 src addr并且 local_port等于 src_port时， 可停止发送 NAT穿越包， 否则定时 发送 NAT穿越包。

NAT包中的 URL和 Session统一釆用 SDP协商中指定的 URL和 Session

ID。

步骤 F. PU向 CU发送 RTP/RTCP包， CU展示视频画面、 播放声音并 向 PU回复 RR ( Receiver Report RTCP Packet, RTCP包接^：响应） 。

如果需要停止播放时， 可继续下面的流程：

步骤 G. 客户端向监控前端发送停止监控请求。

步骤 H. 监控前端向客户端发送停止监控响应。

步骤 I. 监控前端停止向客户端发送媒体码流。

具体地， 结合不同的应用场景分别说明上述媒体穿越 NAT设备的过程。 在图 2所示的应用场景中， 客户端位于私网， 监控前端和平台位于公网。 此时，按照上述方法进行媒体穿越 NAT设备的过程是： 客户端通过平台与监 控前端完成 SIP信令的交互， 得到对方的 IP和 RTP/RTCP端口以及会话 ID、 穿越包的 URL等。 客户端向监控前端发送类 RTSP的 PLAY穿越请求包， 在 其中填上自己的私网地址和端口， 请求包经过 NAT设备之后到达监控前端， 监控前端解析该请求包从网络层得到客户端 NAT之后的公网地址和端口，监 控前端把该地址和端口填在响应包里发向 NAT设备， NAT设备将其转发给 客户端， 客户端解析该响应包， 判断两个地址是否相同以及两个端口是否相 同。 只要其中之一不同就说明客户端在私网， 需要定期发送穿越请求包； 否 则不需继续发送。 同时监控前端向客户端发送类 RTSP的 RECORD穿越请求 包， 由于客户端是私网地址无法在公网上路由， 该请求包无法到达客户端从 而得到响应， 三次无响应监控前端停止发送穿越请求包。 NAT穿越完成后， PU向 NAT设备发送 RTP/RTCP包， NAT设备将其转发给 CU,CU回复 RR 包。 后续流程为一般的挂断流程， 不再赘述。

在图 3所示的应用场景中， 监控前端位于私网， 客户端和平台位于公网。 其流程和图 2类似， 不再赘述。

在图 4所示的应用场景中， ， 监控前端和客户端位于不同私网， 这时可 以通过中转播放解决视频监控的问题。 CU 和 PU 分别与流媒体服务器 ( Streaming Server, SS )进行 NAT穿越， 其流程与 CU和 PU之间的穿越类 似， 不再赘述。

如果 CU和 PU在同一个网络 (私网或公网）下， CU和 PU都可能发送 NAT 穿越包， CU和 PU收到响应之后， 判断请求和响应消息中的 NAT穿越包中 的 IP地址和端口号一致， 则停止发送 NAT穿越包。

实施例 2

本实施例介绍一种视频监控系统， 可实现实施例 1和 2中所提出的媒体 穿越 NAT设备的过程。 该系统至少包括：

NAT穿越请求包发起方， 在视频监控系统中建立会话的过程中， 向该会 话的对方发起携带有自身网络地址和端口信息 的 NAT穿越请求包，并根据收 到的 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的源网络地址和端口与自身网络地 址和端口信息的比较结果， 确定自身处于私网时， 周期性向该会话的对方发 送 NAT穿越包。其中，会话双方为监控前端（ Pre Unit, PU )和客户端（ Client Unit, CU )。 监控前端， 连接有摄像头， 对摄像头输入的视频数据编码， 发送 至网络。 客户端， 接收媒体码流， 解码， 显示图像， 可以为终端设备， 也可 以为运行在电脑上的客户端程序。

具体地， 本实施例中， NAT穿越请求包发起方将 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的源网络地址与自身网络地址比较 ， 将 NAT穿越响应包中的 NAT请求设备的端口与自身端口比较， 至少一个比较结果为不同时， 确定自 身处于私网中， 此时， 周期性向该会话的对方发送 NAT穿越包。 当两个比较 结果均为相同时， NAT穿越请求包发起方则停止向对方发送 NAT穿越包。

NAT穿越请求包接收方， 解析该会话的对方发送的 NAT穿越请求包， 从中获取 NAT请求设备的源网络地址和端口信息， 通过 NAT穿越响应包将 所获取的 NAT请求设备的源网络地址和端口信息反馈给 NAT穿越请求包发 起方。

上述， NAT穿越请求包发起方在所述 NAT穿越请求包中携带所述会话 的标识信息， 相应地， NAT穿越请求包接收方在 NAT穿越响应包中也携带 该会话的标识信息。 这样， 双方即可知道所收到的包即为该会话的对方发 送 的。

还有一些优选方案中， NAT穿越请求包发起方连接发送 NAT穿越请求 包的次数达到设定值，且均未收到所述 NAT穿越响应包时，也停止发送 NAT 穿越请求包， 以节省带宽。

其他具体细节，如 NAT穿越请求包以及 NAT穿越响应包的具体格式等， 可参见上述实施例 1中的内容， 在此不赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全 部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件完成， 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中， 如只读 存储器、 磁盘或光盘等。 可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用 一个或多个集成电路来实现。 相应地， 上述实施例中的各模块 /单元可以釆用 硬件的形式实现， 也可以釆用软件功能模块的形式实现。 本发明不限制于任 何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述， 仅为本发明的较佳实例而已， 并非用于限定本发明的保护范 围。 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

工业实用性

本发明技术方案在视频监控系统中，利用系统 已有的设备以及业务平台， 借助 SIP及自定义 NAT穿越包， 实现了 NAT的检测， 并有效地解决了监控 前端到客户端之间各种情况下的媒体穿越 NAT的问题。