一種便攜式無線監(jiān)控的實現(xiàn)

陳名松+黃高見++邱曉金++許笑

摘 要： 為了實現(xiàn)一種價格低廉、便攜式無線監(jiān)控系統(tǒng)來滿足智能家居的應(yīng)用要求。采用一種無線路由作為終端，在手機上開發(fā)APK作為客戶端接收顯示視頻數(shù)據(jù)，在終端上編譯安裝SDK包，配置內(nèi)核USB攝像頭的驅(qū)動，并改寫內(nèi)核的USB攝像頭驅(qū)動程序使其支持?jǐn)z像頭的使用。實驗結(jié)果表明，可以在安卓系統(tǒng)手機上運行APK自動連接路由器發(fā)出的WiFi信號，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的清晰監(jiān)控。

關(guān)鍵詞： 智能家居； 便攜式無線監(jiān)控系統(tǒng)； APK； 嵌入式應(yīng)用； 安卓開發(fā)

在智能家居[1]快速發(fā)展的今天，對便捷、智能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求也越來越高。目前存在的視頻監(jiān)控設(shè)備雖多但是價格不低，本文開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)低于市場價格的200%～300%，而且設(shè)備體積小、安裝攜帶非常方便。隨著視頻監(jiān)控在家庭中應(yīng)用的范圍越來越廣，這個監(jiān)控系統(tǒng)很有意義。開發(fā)APK，對視頻數(shù)據(jù)進行實時地監(jiān)控以及拍照存儲，通過視頻服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行采集存儲與傳輸，并在Linux平臺下進行shell腳本的應(yīng)用開發(fā)，提高整個系統(tǒng)的智能化體驗。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖中路由器作為監(jiān)控系統(tǒng)終端，其采用MIPS架構(gòu)的RT5350作為控制系統(tǒng)的控制器。存儲模塊由8 MB SPI FLASH和32 MB SDRAM組成，通過USB 2.0與攝像頭連接，攝像頭直接生成JPEG格式數(shù)據(jù)。

2 終端的開發(fā)應(yīng)用

基于RT5350的硬件終端平臺，要為其安裝內(nèi)核以及文件系統(tǒng)。在虛擬機上搭載運行Ubunt 9.10并對版本號為2.6.21.x的Linux系統(tǒng)進行編譯安裝。其工作流程圖如圖2所示。

搭建好的平臺可以進行內(nèi)核的配置和編譯，配置內(nèi)核的USB驅(qū)動使其支持UVC攝像頭。

2.1 修改內(nèi)核中的USB攝像頭驅(qū)動

攝像頭中的DSP處理CMOS攝像頭傳來的原始視頻數(shù)據(jù)后通過USB接口傳給單板，USB接口基本符合UVC協(xié)議規(guī)范，但是還是有些差別，所以修改內(nèi)核中攝像頭的驅(qū)動程序[2]使其支持UVC攝像頭的使用。因為要修改影像資料，必須先宣告一個特別型態(tài)的指標(biāo)變數(shù)，才能正確存取記憶中的資料。把UVC_driver.c與uvc_video.c拷貝到內(nèi)核中并替換原有的代碼，然后進行編譯，生成新的UImage_new。

2.2 視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器軟件主要作用：一是控制攝像頭采集視頻信息；二是將攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過路由器的WiFi信號發(fā)布出去。定義buffer指針來存儲數(shù)據(jù)，創(chuàng)建pthread_cond_broadcast（）發(fā)出一個更新信號，通知發(fā)送通道來取數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)輸入組件input_uvc獲取圖像并壓縮編碼主要包括三個接口函數(shù)，圖像輸出組件output_hattp等待buffer中的數(shù)據(jù)更新，然后從buffer中取出數(shù)據(jù)。服務(wù)器的架構(gòu)如圖3、圖4所示。

在基于IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，選擇HTTP通信方式，創(chuàng)建線程服務(wù)打開TCP Socket等待客戶端的連接。

2.3 視頻服務(wù)器軟件開機自啟動

在實際的應(yīng)用中必須實現(xiàn)路由器開啟后相應(yīng)的視頻服務(wù)器軟件自動啟動，跟蹤路由系統(tǒng)的啟動步驟，在internet.sh添加編寫腳本[3]run.sh路徑來實現(xiàn)開機自啟動，run.sh的編程流程如圖5所示。

完成腳本后，將腳本run.sh拷貝到文件系統(tǒng)bin文件夾下，在腳本internet.sh中添加/bin/run.sh。

3 客戶端的開發(fā)

Android[4]客戶端的開發(fā)中使用Java[5]語言編寫APK進行視頻數(shù)據(jù)的接收與顯示。MJPG?Streamer的傳輸是使用Socket編程模擬HTTP協(xié)議進行數(shù)據(jù)的傳輸，則客戶端使用GET方法進行HTTP[6]的請求連接。構(gòu)造ConnectTask函數(shù)繼承異步類AsynTask避免HTTP連接阻塞UI的運行。其中WiFi熱點的連接可以是自動或者手動，并將熱點IP地址存入本模塊的SharedPreference。下面對客戶端的開發(fā)分三個部分來介紹：客戶端總體框架結(jié)構(gòu)、視頻的接收顯示和視頻的拍照存儲。

3.1 客戶端總體框架結(jié)構(gòu)

在開發(fā)中使用DefaultHttpClient類創(chuàng)建客戶端，使用HttpGet方法向服務(wù)器發(fā)請求，根據(jù)服務(wù)器端的要求，發(fā)送的請求是“GET /？action=stream＼n”，構(gòu)造MjpegInputStream類使其繼承DataInputStream，實現(xiàn)了Serializable接口，在這個類中根據(jù)數(shù)據(jù)幀的大小獲得類位圖，再構(gòu)造StreamerView類繼承SurfaceView實現(xiàn)SurfaceHolder.Callback接口，在StreamerView類中構(gòu)造方法根據(jù)類位圖繪制矩形，再繪制相應(yīng)的位圖。定義Generic類增強程序的擴展性和可讀性，在這個類中構(gòu)建showMsg，getNowTime，getSdCartFile，getConnectedIP以及getShrinkedPic方法來顯示時間、獲取當(dāng)前系統(tǒng)時間、獲取SD卡路徑、獲取連接到WiFi熱點的所有手機IP地址以及得到照片的縮略圖。

客戶端實現(xiàn)層次如圖6所示。

3.2 視頻的接收與顯示

視頻服務(wù)器輸出端輸出的是一幀數(shù)據(jù)，用UE打開發(fā)現(xiàn)每一個JPG格式的圖片開始2 B都是 0xFF，0xD8；整個數(shù)據(jù)流的形式是：HTTP頭信息，幀頭（0xFF 0xD8）；幀數(shù)據(jù)，幀尾（0xFF 0xD9）。首先通過0xFF，0xD8找到幀頭位置：幀頭位置前的數(shù)據(jù)就是HTTP頭，里面包含Content?Length，這個字段指示了整個幀數(shù)據(jù)的長度，幀頭后面的數(shù)據(jù)就是幀圖像的開始位置。創(chuàng)建MjpegInputStream類來實例化流。

構(gòu)造readMjpegFrame方法，利用BitmapFactory.decodeStream（）將輸入字節(jié)流轉(zhuǎn)換為類位圖。在surfaceView繼承類中將類位圖繪制出位圖，視頻數(shù)據(jù)接收顯示的流程圖如圖7所示。

surfaceview[7]的核心在于提供了兩個線程：UI線程和渲染線程，繪制位圖的整個過程的具體步驟是繼承SurfaceView并實現(xiàn)SurfaceHolder.Callback接口→SurfaceView.getHolder（）通過此方法獲得SurfaceHolder對象→SurfaceHolder.addCallback（callback）添加回調(diào)函數(shù)→SurfaceHolder.lockCanvas（）獲得Canvas對象并鎖定畫布→Canvas繪畫→SurfaceHolder.unlockCanvasAndPost（Canvas canvas）結(jié)束鎖定畫圖，并提交改變，將圖形顯示。

3.3 視頻的拍照存儲

創(chuàng)建MainActivity類繼承Activity實現(xiàn)OnCheckedChangeListener，監(jiān)聽RadioGroup，為RadioGroup設(shè)置4個RadioButton，當(dāng)RadioButton被按下或改變時觸發(fā)onCheckedChanged方法，在此方法中定義了不同控件的相對應(yīng)操作，實現(xiàn)流程圖如圖8所示。

在checkSdCard（）方法中獲得SD卡路徑，創(chuàng)建存放圖片的picturePath目錄。在SD卡中根據(jù)picturePath以當(dāng)前系統(tǒng)時間為前綴新建圖片文件，調(diào)用StreamerView的getbitmap方法獲得位圖，如果位圖不為空，根據(jù)圖片文件獲得緩沖輸出流，調(diào)用位圖的壓縮方法將圖片壓縮為JPEG格式，刷新緩存，關(guān)閉流。

通過Java進行安卓客戶端的開發(fā)，成功實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的接收顯示以及拍照存儲，其效果如圖9所示。

4 結(jié) 語

經(jīng)過測試本監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)55 m2的檢測距離，這在家庭的應(yīng)用中是足夠的。同時可以實現(xiàn)攝像頭的熱拔插以及服務(wù)器軟件的開機自啟動。在手機上安裝APK靈活地實現(xiàn)視頻的實時監(jiān)控以及拍照存儲。視頻延遲時間在2 s左右，延遲時間是后面要重點解決的問題。

參考文獻

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