基于Android平臺的視頻監(jiān)控客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)

盛平，韓偉

（江蘇大學 江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

無線網(wǎng)絡(luò)攝像機是wireless ip network camera的縮寫，是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)攝像機，主要組成結(jié)構(gòu)是攝像頭，視頻服務(wù)器和無線wifi模塊，使用linux操作系統(tǒng)，支持H264，MPEG4編碼，支持RTSP視頻流傳輸協(xié)議，可以通過PC客戶端或者Android/IOS終端進行實時視頻預(yù)覽和觀看錄像回放；網(wǎng)絡(luò)攝像機實際上是一臺視頻服務(wù)器和攝像鏡頭模塊的集成，擁有IP地址和DDNS動態(tài)域名，并可通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號。

Android是谷歌公司發(fā)布的一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，截止2014年第四季度，Android系統(tǒng)市場占有率為83.6%，遠遠高于蘋果的iOS系統(tǒng)、微軟WP系統(tǒng)和黑莓。中國移動已經(jīng)建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，擁有4G基站70萬個，用戶數(shù)量超過8 000萬，高速的移動網(wǎng)絡(luò)促使著移動應(yīng)用，尤其是對網(wǎng)絡(luò)帶寬依賴性非常強的流媒體應(yīng)用大量增長，基于以上原因本文提出了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)攝像機的Android客戶端，視頻流暢、穩(wěn)定、可靠性高、實時性好，具有很好的市場應(yīng)用前景。

1 Android開發(fā)平臺與開發(fā)環(huán)境

1.1 Android平臺開發(fā)簡介

Android是一個分層的環(huán)境，構(gòu)建在 Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上，它具有豐富的功能。Android應(yīng)用程序是用 Java編程語言編寫的，它們在一個虛擬機（Dalvik Virtual Machine）中運行[1]。這是一種開源技術(shù)。每個 Android應(yīng)用程序都在 Dalvik VM的一個實例中運行，這個實例駐留在一個由Linux內(nèi)核管理的進程中。

本次開發(fā)對應(yīng)的 Android 4.4.2（API level 19），相比與其他版本，Android4.4是一次重要的平臺發(fā)布版，為用戶和應(yīng)用程序開發(fā)者增加了大量新特性，例如：Android4.4增加了幾個新的API，使應(yīng)用程序能夠與照片，影片和音樂等媒體交互。Media Effects是一個新的媒體效果框架，為了最佳效果，其直接應(yīng)用了OpenGL的紋理。

1.2 Android開發(fā)環(huán)境簡介

Android Studio是Google開發(fā)的一款面向Android開發(fā)者的IDE，基于Java語言集成開發(fā)環(huán)境IntelliJ搭建而成[2]。相比與Eclipse+ADT，Android Studio提供了 IntelliJ IDEA的智能代碼編輯技術(shù)，可實現(xiàn)自動代碼完成、重構(gòu)、代碼分析等功能，Android studio還提供了一款英文名為Memory Monitor的性能分析工具，可顯示應(yīng)用內(nèi)存使用情況隨時間發(fā)生的變化，從而幫助開發(fā)者找出改進性能的辦法。而且，Android studio采用了一種基于自動化構(gòu)建工具Gradle的系統(tǒng)，支持在IDE之內(nèi)或之外進行開發(fā)編譯，有比較好的靈活性與擴展性。

2 客戶端模塊設(shè)計及程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 客戶端的模塊設(shè)計與流程

本客戶端的設(shè)計主要由Android UI（user interface）模塊，視頻流接收模塊，視頻播放模塊，APP檢測更新等模塊組成；

圖1 客戶端功能模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure chart of function module

Android SDK提供了Android平臺上使用Java進行應(yīng)用開發(fā)的 API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）和工具，VSTCCAM SDK是威視達康公司提供的供第三方開發(fā)者獲得威視達康前端設(shè)備視頻流的軟件開發(fā)工具包。本文主要使用這兩個SDK完成Android應(yīng)用的開發(fā)。

Android UI模塊的功能有：用戶注冊和登錄；從服務(wù)器上獲取用戶賬號下面所有無線網(wǎng)絡(luò)攝像機的UID，名稱等，并以listview的格式顯示給用戶；添加和刪除無線網(wǎng)絡(luò)攝像機；查看用戶之前截取的圖像和錄制的視頻等。

視頻流接收模塊接收無線網(wǎng)絡(luò)攝像機通過云服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)過來的視頻流，然后交給H264解碼模塊進行解碼，最后通過視頻播放模塊將實時監(jiān)控視頻呈現(xiàn)給用戶。

本客戶端的具體流程：如果用戶已有賬號，則直接登錄，如果沒有賬號，進入注冊頁面進行注冊。用戶登錄后，APP從服務(wù)器獲取用戶已經(jīng)添加的網(wǎng)絡(luò)攝像機列表，同時在另一個線程（Thread）中，APP向服務(wù)器發(fā)送檢測最新版本的請求，如果服務(wù)器上存在更新版本，則提示用戶是否升級。用戶通過添加/刪除攝像機模塊可以進行攝像機的添加和刪除動作，結(jié)果發(fā)送到服務(wù)器進行存儲，下次用戶從其他設(shè)備登錄可以獲得最新的攝像機列表。用戶選擇需要預(yù)覽的攝像機調(diào)用VSTCCAM SDK獲取監(jiān)控實時視頻流，然后通過Surface ViewHolder將監(jiān)控畫面呈現(xiàn)給用戶。如圖2所示。

圖2 客戶端設(shè)計流程圖Fig.2 Flow chart of client design

2.2 客戶端的主要程序設(shè)計與實現(xiàn)

2.2.1 Android UI設(shè)計

系統(tǒng)界面設(shè)計包括登錄注冊界面和功能區(qū)界面，功能區(qū)界面按功能劃分有獲取并顯示攝像機列表，添加或是刪除攝像機，實時視頻預(yù)覽，下載最新版本應(yīng)用4個部分，UI的設(shè)計遵循簡潔原則，使交互界面易于用戶理解和使用。應(yīng)用界面的呈現(xiàn)使用Android SDK[3]中的Fragment控件，當我們的應(yīng)用程序同時適用于平板電腦和手機時，可以利用fragment實現(xiàn)靈活的布局，改善用戶體驗。當應(yīng)用運行在手機上時設(shè)備列表和實時預(yù)覽顯示在不同的頁面，當應(yīng)用運行在平板上時設(shè)備列表和實時預(yù)覽這兩個fragment就可以嵌入在同一個activity中，從而更加充分的利用平板的屏幕空間。如圖：

圖3 平板電腦布局Fig.3 Layout in tablet

2.2.2 登陸功能、攝像機列表獲取等功能設(shè)計

Android客戶端通過Http請求方式[4]，從服務(wù)器調(diào)用登陸接口，獲取攝像機列表接口，實現(xiàn)登陸并獲取設(shè)備列表，查詢報警信息，添加和刪除攝像機等功能。

Android客戶端登陸成功驗證并獲取到攝像機列表后，使用Android SDK提供的ListView組件呈現(xiàn)，它以列表的形勢展現(xiàn)具體內(nèi)容，比較適合多個攝像機的展示。

2.2.3 獲取攝像機實時視頻流模塊設(shè)計

獲取實時視頻流功能的實現(xiàn)主要依靠攝像機廠商提供的SDK。首先將libavi_utils.so，libvstc2_jni.so導(dǎo)入到 Android工程中l(wèi)ibs/armeabi/目錄下。根據(jù)接口的描述，為了使用該接口，需要新建包”vstc2.nativecaller”。 接著在類 NativeCaller中加載庫libavi_utils.so，libvstc2_jni.so并對本地方法進行聲明。如下：

在 StartActivity類中調(diào)用 NativeCaller.PPPPInitial（）初始化服務(wù)器，之后使用onBind（）啟動類名為bridgeservice的服務(wù)，使用service之前需要在AndroidManifest.xml配置文件中添加Service，具體添加方法如下：

2.2.4 視頻實時預(yù)覽的程序設(shè)計

在整個移動安防監(jiān)控系統(tǒng)中，Android端視頻實時預(yù)覽的最后也最重要的一步，由于4G或WIFI等無線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性與帶寬限制，實時預(yù)覽時Android客戶端必須對接收到的RTSP數(shù)據(jù)流進行高效的解碼。

Android提供了一個專門的視圖控制器Android.widget.VideoView[5]，封裝了MediaPlay的創(chuàng)建和初始化過程，Video View可以用在布局管理器中，提供包括縮放和著色在內(nèi)的很多顯示選項。為了顯示實時預(yù)覽視頻，創(chuàng)建VideoView部件并將他設(shè)置為用戶界面的內(nèi)容，然后設(shè)置傳入的bitmap并觸發(fā)start（）方法。VideoView類可以從不同的來源（例如資源文件或內(nèi)容提供器）讀取圖像，本系統(tǒng)通過從威視達康SDK獲取的視頻流讀取畫面數(shù)據(jù)。

SurfaceView繼承于視圖（View），可以直接從內(nèi)存或者DMA等硬件接口取得圖像數(shù)據(jù)，是個非常重要的繪圖容器，這個視圖里內(nèi)嵌了一個專門用于繪制的Surface[6]。Surface View類中主要方法如表1所示。

表1 SurfaceView主要方法Tab.1 Method of surfaceview

SurfaceHolder是一個接口，用于管理SurfaceView。里面有兩個常用的內(nèi)部接口SurfaceHolder.Callback和Surface Holder.Callback2，Callback2 用來實現(xiàn) Callback。

通過SurfaceHolder來操作畫面對象，當SurfaceView初始 化 后 通 過 調(diào) 用 getHolder（） 獲 取 SurfaceHolder，把SurfaceHandler傳給另一線程并且用lockCanvas（）獲取canvas。 完成繪圖后，調(diào)用 unlockCanvasAndPost（）釋放 canvas鎖，并顯示視圖。

2.2.5 檢測新版本功能程序設(shè)計

Android客戶端進入到MainActivity主進程中，會另開一個線程，向服務(wù)發(fā)送一個post請求，Android客戶端解析出服務(wù)器返回的帶有最新的版本信息的數(shù)據(jù)后進行對比，如果版本號相同則不進行任何提示，如果本機版本號低于服務(wù)器提供的版本號則彈窗窗口提示用戶選擇是否升級。用戶確認升級后，調(diào)用Android SDK提供的DownloadManager接口，進行下載。

3 應(yīng)用平臺與客戶端測試

3.1 測試環(huán)境

本測試環(huán)境下使用的移動終端采用三星galaxy4，該機型采用的是Android4.4.2系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為中國移動4G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 攝像機選型

本次實驗使用的無線網(wǎng)絡(luò)攝像機是型號為C7837WIP，生產(chǎn)廠商為深圳威視達康。攝像機具體參數(shù)如表2所示。

表2 無線網(wǎng)絡(luò)攝像機參數(shù)Tab.2 Parameters of wireless ip camera

3.3 應(yīng)用平臺與功能測試

軟件安裝完成后對核心功能進行測試。輸入賬號密碼驗證成功后進入APP主界面，選擇相應(yīng)的攝像機進行實時預(yù)覽。登陸界面和設(shè)備列表界面如圖4所示。點擊需要預(yù)覽的攝像機進入實時預(yù)覽界面，在4G網(wǎng)絡(luò)下，視頻流暢，卡頓和掉幀率較低，穩(wěn)定性、實時性都比較好。實時監(jiān)控效果圖如圖5所示。

圖4 登陸界面和設(shè)備列表界面Fig.4 UI of log in and camera list

4 結(jié) 論

本文以Android為平臺，開發(fā)了一款針對無線網(wǎng)絡(luò)攝像機的客戶端。通過和服務(wù)器之間進行交互，實現(xiàn)用戶登陸，注冊，添加刪除攝像機等功能；利用攝像機廠商提供的網(wǎng)絡(luò)SDK獲得視頻流，再結(jié)合Android提供的SurfaceView接口實現(xiàn)了實時視頻預(yù)覽；程序設(shè)計時應(yīng)充分考慮到使用場景和用戶體驗，將大部分操作移動到后臺執(zhí)行，同時自動更新客戶端版本，同時用戶界面人性化，操作簡單。整個方案可以應(yīng)用到許多多媒體應(yīng)用中，如視頻數(shù)據(jù)采集，庭院看護，以及遠程交流，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠隨時隨地的實時視頻服務(wù)。

圖5 實時監(jiān)控效圖Fig.5 Picture of video surfaceillance

[1]Shane Conder，Lauren Darcey.Android wireless application development[M].Boston:Addison-Wesley，2010.

[2]Reto Meier.Professional Android 2 application development[M].Indianapolis：Wiley Pub，2009.

[3]James Steele，Nelson.To The Android developer's cookbook:building applications with the Android SDK[M].Boston：Addison-Wesley，2010.

[4]柯元旦，宋銳.Android程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[5]Jordan.Practical Android Projects[M].California-Berkeley，Apress，2011.

[6]丁偉.基于Android平臺的移動流媒體客戶端[D].廣州：中山大學，2010.