基于A n d r o i d的家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蘇兵韋立梅

（1.廣州白云工商高級(jí)技工學(xué)校，廣東廣州510450；2.廣東白云學(xué)院，廣東廣州510450）

1.引言

隨著無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)、移動(dòng)終端技術(shù)的快速發(fā)展，普通的視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們?nèi)粘Ｉ疃嘣男枨蟆ｍn國(guó)和日本在智能家居領(lǐng)域領(lǐng)先于我國(guó)，他們的成功之處值得我們學(xué)習(xí)。國(guó)內(nèi)許多企業(yè)也紛紛涉足該領(lǐng)域，市場(chǎng)前景非常樂觀，將會(huì)帶動(dòng)許多產(chǎn)業(yè)，特別是軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文敘述了基于Android的家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。

2.基于Android的家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于Android技術(shù)對(duì)家居進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并與WIFI、3G或4G網(wǎng)絡(luò)相連，完成視頻的捕捉、壓縮和無線傳輸?shù)戎饕δ?。本系統(tǒng)總體上由視頻采集設(shè)備(攝像頭)、視頻服務(wù)器(家用PC機(jī))、Internet、視頻設(shè)置和顯示客戶端(Android系統(tǒng)移動(dòng)終端)四部分組成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的攝像頭內(nèi)置WIFI芯片，與服務(wù)器通過WIFI進(jìn)行通訊。攝像頭自帶充電電池或由市電轉(zhuǎn)換后供電，擺脫了布線的束縛，移動(dòng)性強(qiáng)。服務(wù)器的上網(wǎng)速度達(dá)到12MB/s?？蛻舳送ㄟ^WIFI、3G或4G網(wǎng)絡(luò)相連Internet。下面為該系統(tǒng)的工作流程：攝像頭捕獲視頻數(shù)據(jù)，通過WIFI回傳信息給服務(wù)器，服務(wù)器通過JMF完成視頻的采集捕獲，并進(jìn)行視頻圖像壓縮，最后實(shí)現(xiàn)Socket傳輸通信功能，客戶端收到所需信息。客戶端采用帶有Android系統(tǒng)的移動(dòng)終端，如智能手機(jī)、平板電腦等。

根據(jù)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)自身所具有的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信等特點(diǎn)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮下面三個(gè)方面：(1)清晰度：圖像的清晰度是檢驗(yàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榍逦扰c采集視頻的攝像頭、視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的選取以及傳輸壓縮后的數(shù)據(jù)都密切相關(guān)。(2)連續(xù)性：保持監(jiān)控終端和采集前端視頻圖像的連續(xù)性也是該視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要達(dá)到的目標(biāo)。(3)實(shí)時(shí)性：監(jiān)控系統(tǒng)必須對(duì)監(jiān)控場(chǎng)所做出實(shí)時(shí)的監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)處理。

3.基于Android的家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器端設(shè)計(jì)

大部分家庭都擁有臺(tái)式電腦或手提電腦，它們作為服務(wù)器端，操作系統(tǒng)平臺(tái)為Windows XP/7。服務(wù)器端的主要功能是：利用WIFI將攝像頭采集的視頻傳回給服務(wù)器端，通過JMF完成視頻的采集捕獲，并進(jìn)行視頻圖像壓縮，最后實(shí)現(xiàn)Socket傳輸通信功能。本系統(tǒng)的服務(wù)器端總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的服務(wù)器端總體結(jié)構(gòu)

服務(wù)器端的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)中最難的實(shí)現(xiàn)的部分，特別是對(duì)流媒體協(xié)議的應(yīng)用。流媒體協(xié)議模塊主要是將H.264編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行RTP/RTCP協(xié)議封裝，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流媒體傳輸。RTP定義在RFC1889中，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)，處理對(duì)時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)。使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用程序，一般都采用C/S模式(客戶端/服務(wù)器端模式)。要實(shí)現(xiàn)通信，客戶端和服務(wù)端都至少具有一個(gè)套接字，客戶端和服務(wù)端的套接字之間的連接過程可以分為三個(gè)歩驟：服務(wù)器端監(jiān)聽、客戶端請(qǐng)求、連接確認(rèn)。服務(wù)器端監(jiān)聽是指服務(wù)器在本地指定端口等待客戶端的連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)?？蛻舳苏?qǐng)求是指客戶端套接字請(qǐng)求連接服務(wù)器端套接字。為此，客戶端必須首先給出服務(wù)端監(jiān)聽的IP地址和端口，然后再向此地址和端口發(fā)送連接請(qǐng)求。連接確認(rèn)是指當(dāng)服務(wù)器在指定端口上監(jiān)聽到客戶端的連接請(qǐng)求時(shí)，如果不超過連接的最大數(shù)，服務(wù)器就可以響應(yīng)客戶端的連接請(qǐng)求，首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的套接字用于與客戶端的通信，然后把這個(gè)新創(chuàng)建的套接字信息發(fā)送給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)了此連接，連接即可建立?？蛻舳撕头?wù)端的通信流程如圖3所示：

圖3 Socket通信流程圖

4.基于Android的家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端APP設(shè)計(jì)

作為本系統(tǒng)的Android客戶端，其移動(dòng)性和預(yù)警性是本系統(tǒng)的最大特色。Android移動(dòng)終端應(yīng)用程序通過輸入的用戶名和密碼(該用戶已向服務(wù)器端注冊(cè))登錄終端，并用MD5對(duì)密碼加密后向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，用戶身份通過認(rèn)證后，在服務(wù)器配置頁配置服務(wù)器域名、IP地址和端口號(hào)，并將其配置保存到SQLite數(shù)據(jù)庫中，便于下次讀取配置。視頻服務(wù)器接收到客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，向Android移動(dòng)終端發(fā)送視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。Android移動(dòng)終端接收到數(shù)據(jù)后，調(diào)用FFmpeg庫進(jìn)行解碼及顯示播放，并能夠安全快捷地將用戶的手機(jī)長(zhǎng)途銜接到已設(shè)置好的電腦攝像頭進(jìn)行無線長(zhǎng)途實(shí)時(shí)視頻。一切信息和圖畫的傳送被超強(qiáng)加密并嚴(yán)厲約束在指定的手機(jī)和電腦之間(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸)。

客戶端的界面主要有登錄界面、播放界面、實(shí)時(shí)視頻流監(jiān)控界面和設(shè)置預(yù)警信息界面。登錄界面實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限的驗(yàn)證；播放界面實(shí)現(xiàn)多路視頻的播放，播放界面的菜單項(xiàng)可供用戶選擇播放視頻文件和實(shí)時(shí)視頻流；實(shí)時(shí)視頻流監(jiān)控界面可顯示當(dāng)前連接的客戶端的IP地址，可將感興趣的客戶端放入播放列表里，使其在播放界面進(jìn)行播放；設(shè)置預(yù)警信息界面為客戶端的設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本預(yù)警模塊分為3個(gè)級(jí)別：級(jí)別1：當(dāng)屏幕有10%變化時(shí)，變化區(qū)域?yàn)榧t色，錄像并給已綁定的移動(dòng)終端發(fā)警報(bào)短信；級(jí)別2：當(dāng)屏幕有20%變化時(shí)，變化區(qū)域?yàn)榧t色，錄像并給已綁定的移動(dòng)終端發(fā)警報(bào)短信；級(jí)別3：當(dāng)屏幕有30%變化時(shí)，變化區(qū)域?yàn)榧t色，錄像并給已綁定的移動(dòng)終端發(fā)警報(bào)短信。當(dāng)屏幕不變化，30秒后停止錄像。這樣使得視頻文件容量小，方便儲(chǔ)存、處理和傳輸。

5.結(jié)束語

視頻壓縮技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)已發(fā)展成熟，無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展觸發(fā)了智能家居的深度發(fā)展，本系統(tǒng)只是其中的應(yīng)用之一。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大特色有兩個(gè)：(1)該系統(tǒng)是基于Android操作系統(tǒng)的移動(dòng)客戶端；(2)客戶端的APP有預(yù)警設(shè)置。用戶只需花費(fèi)小量的資金，就能打造一個(gè)隨身攜帶的智能家居視頻監(jiān)控平臺(tái)。

[1]崔菱.基于A R M和Z IG B EE的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)[D].上海:東華大學(xué)，2013.

[2]潘朝，羅小巧，黃佳等.基于G SM短信的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2013.

[3]王曉曼.智能家居無線監(jiān)控與節(jié)能管理系統(tǒng)研究:[碩士學(xué)位論文],西安:西安建筑科技大學(xué)，2011.