基于民居的可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與分析

洪曉彬 張學(xué)林

摘要：民居是我國最基本的建筑類型，具有數(shù)量多、分布范圍廣等特點，難以實現(xiàn)對家居的視頻監(jiān)控管理，從而無法保障居民的居住和財產(chǎn)安全。隨著可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)和智能家居在人們生活中應(yīng)用的日益廣泛，人們已逐漸認(rèn)識和關(guān)注到針對智能家居設(shè)計的可利用移動設(shè)備操作家中的攝像頭來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)，其不僅能滿足居民對智能信息化的需求，同時還具有建設(shè)成本低、靈活性高、布線安裝簡便、可移動、安全性能良好等優(yōu)勢，因此，在現(xiàn)代民居建筑中，作為可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的移動設(shè)備操作家中攝像頭實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：民居；可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)；研究

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）20-0031-02

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多采用固定的攝像方式采集局部區(qū)域內(nèi)的視頻信息，其監(jiān)控的區(qū)域范圍具有較大的局限性。民居建筑的特點為數(shù)量多且分布廣，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)難以滿足實際監(jiān)測的需求，為了便于民居建筑區(qū)域內(nèi)的居民對其自身家庭的安全進(jìn)行監(jiān)測，需采用移動攝像遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式進(jìn)行視頻圖像釆集，進(jìn)而進(jìn)行有效的管理[1]。本文主要探究了基于民居的利用移動設(shè)備操控民居中的攝像頭來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

1 基于民居的可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1.1設(shè)備終端連接設(shè)計

在進(jìn)行移動監(jiān)控設(shè)備通信之前需連接視頻監(jiān)控設(shè)備與移動設(shè)備客戶端，利用AllJoyn智能家居框架進(jìn)行連接，先利用移動設(shè)備客戶端發(fā)布監(jiān)控服務(wù)，再由APP端搜尋設(shè)備和服務(wù)，并經(jīng)過Authentication安全驗證和建立session機制，才能保證后續(xù)的監(jiān)控操作進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

1.2視頻采集模塊設(shè)計

視頻采集模塊設(shè)計主要包含以下幾個部分：（1）數(shù)據(jù)采集，由原始USB攝像機通過調(diào)用cap Create Capture Window（）函數(shù)，并創(chuàng)建視頻捕獲窗口的高度、寬度、風(fēng)格、句柄以及標(biāo)識ID，H.264編碼采集完成后進(jìn)行優(yōu)化壓縮處理并將處理結(jié)果數(shù)據(jù)傳送至接收家居視頻設(shè)備命令控制操作和移動端，移動端再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)的格式需為視頻播放形式，并且在數(shù)據(jù)處理過程中，為了實現(xiàn)模塊與模塊之間低耦合的要求原始模塊不能再負(fù)責(zé)處理經(jīng)其處理過的視頻數(shù)據(jù)[2]。戶端傳來的命令由家居視頻設(shè)備命令端負(fù)責(zé)接收，為了實現(xiàn)對家居視頻設(shè)備的開關(guān)控制，家居視頻設(shè)備命令端還需合理判斷是何種操作來用中間層JNI 方法。

1.3視頻編碼模塊設(shè)計

對采集過后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重新壓縮編碼優(yōu)化需要依靠視頻設(shè)備服務(wù)端的視頻編碼模塊完成，因為H.264編碼算法中的多邊緣補償、預(yù)處理閾值等算法需要進(jìn)行多種匹配等的計算以及進(jìn)行模式劃分，然后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)編碼，才能使其通用性良好，并適應(yīng)于多種應(yīng)用場合，而例如家庭場景視頻監(jiān)控系統(tǒng)中視頻畫面相對平緩的特定應(yīng)用場景，其監(jiān)控的畫面一般不會出現(xiàn)經(jīng)常性的跳變，而多處于平穩(wěn)狀態(tài)，且其對畫面質(zhì)量的清晰度要求不高，為了改進(jìn)幀內(nèi)幀間預(yù)測算法和H.264編碼優(yōu)化算法，才能有效降低預(yù)測代價的計算量，進(jìn)而提高編碼器的計算性能，保證移動監(jiān)測效果更佳[3-4]。視頻設(shè)備端編碼模塊輸出的視頻數(shù)據(jù)格式多為用戶自定義好指定的編碼格式，首先監(jiān)控系統(tǒng)的攝像頭是從SDK中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，并去除其開發(fā)包中的API而獲取H.264編碼視頻，再利用X264方法將其轉(zhuǎn)換成YUV420格式數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)換過程中，設(shè)計人員還可以優(yōu)化視頻數(shù)據(jù)操作，以提高視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過后的分辨率，再對其進(jìn)行下一步的壓縮編碼處理，使編碼數(shù)據(jù)的碼率降低達(dá)到60%左右。

1.4移動終端模塊設(shè)計

移動終端模塊應(yīng)用程序的主要功能為接收視頻數(shù)據(jù)信息、發(fā)送家居視頻設(shè)備指令控制、解析數(shù)據(jù)包、用戶設(shè)置、視頻播放功能等[5]。首先，用戶登錄系統(tǒng)后，將用戶名和密碼等握手標(biāo)識發(fā)送給家居視頻設(shè)備服務(wù)，當(dāng)連接和成功登錄后，系統(tǒng)便會自動將生產(chǎn)者/消費者的經(jīng)典數(shù)據(jù)模型發(fā)送給移動端視頻，移動端接收數(shù)據(jù)后，先對其進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析，完成后會將其存儲在緩存池中，然后由線程解碼會從緩沖池對視頻流進(jìn)行讀取和解碼，解碼后的數(shù)據(jù)包便會以視頻的形式對用戶進(jìn)行播放，從而達(dá)到視頻監(jiān)控的目的。在移動終端，所有的交互數(shù)據(jù)均是采用FTP協(xié)議來完成設(shè)計和實現(xiàn)，在設(shè)計過程中為供數(shù)據(jù)指令和傳輸交互使用，需設(shè)置2個端口，這樣的設(shè)置方式是為了避免多個用戶同時操作時，視頻數(shù)據(jù)和控制指令產(chǎn)生混亂而影響控制家居視頻設(shè)備操作和視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。并且移動終端模塊是通過一個數(shù)據(jù)緩存區(qū)將解碼和接受存儲聯(lián)系起來的，當(dāng)視頻數(shù)據(jù)傳輸速率過慢時，便會導(dǎo)致大量的視頻數(shù)據(jù)停留在緩存池中，當(dāng)緩存池存儲不足時，接收模塊將不能繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，當(dāng)客戶端即將發(fā)生阻塞時，系統(tǒng)便會自動覆蓋存儲在緩沖池中最久的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到改善緩存池數(shù)據(jù)阻塞和降低監(jiān)控視頻畫面出現(xiàn)突然跳躍的情況[6]。

2 基于民居的可移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的測試與應(yīng)用效果

2.1系統(tǒng)運行環(huán)境測試

在民居家庭WiFi無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行測試，將帶有Android系統(tǒng)的開發(fā)板嵌入到家居視頻設(shè)備端，并連接到家居視頻設(shè)備里的電路，將Android系統(tǒng)開發(fā)的Smart Access APP軟件嵌入于移動終端運行，測試結(jié)果表明該智能移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)支持IOS 、Android等操作系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)功能測試

主要是對各設(shè)備之間的連接、移動端視頻監(jiān)控、家居視頻設(shè)備端控制等進(jìn)行功能測試，以確保其功能的完備性和適用性與實際需求一致。

2.2.1設(shè)備發(fā)現(xiàn)與連接測試

在智能移動監(jiān)控設(shè)備正式投入實踐運用之前，需進(jìn)行設(shè)備之間的連接與發(fā)現(xiàn)功能測試，該功能測試主要是基于AllJoyn框架下進(jìn)行，由于該種家居視頻設(shè)備端服務(wù)可采用移動端設(shè)備進(jìn)行搜索，因此可以在家庭局域網(wǎng)環(huán)境下，直接利用移動端設(shè)備通過AllJoyn通信模型進(jìn)行連接搜索，當(dāng)其成功搜索到家居視頻設(shè)備端設(shè)備時，便會與其進(jìn)行連接，并將連接結(jié)果通過Session會話機制保存至?xí)捔斜恚员阌脩暨M(jìn)行選擇連接使用，若會話未超時，當(dāng)用戶下次再連接時系統(tǒng)便會自動進(jìn)行連接，則需對設(shè)備搜索重新建立連接[7]。設(shè)備發(fā)現(xiàn)與連接測試完成后，用戶需在移動終端設(shè)備上和家居視頻設(shè)備端運行Android Monitor APP軟件，并確保網(wǎng)絡(luò)的連接均處于同一家庭無線路由器中，再在家居視頻設(shè)備端選擇并運行其中的服務(wù)方設(shè)備程序，具體方法為：當(dāng)用戶點擊APP軟件主界面左上方的搜索按鈕，并對當(dāng)前設(shè)備在同一網(wǎng)段內(nèi)的其他可連接的設(shè)備進(jìn)行搜索，搜索完成后將查找結(jié)果以list形式存儲在列表。若用點擊主界面中的發(fā)現(xiàn)設(shè)備，系統(tǒng)便會自動切換至連接驗證界面，此時用戶需輸入連接密碼才能連接成功（各設(shè)備的連接密碼在設(shè)置->密碼中具有顯示，用戶可自行查看），當(dāng)用戶驗證和連接成功后，界面上便會顯示出Toast的消息，并且受控端會將監(jiān)控視頻的實時畫面在視頻窗口進(jìn)行播放。若用戶驗證過程中出現(xiàn)密碼屬于措施或輸入非法字符，界面也會提示和顯示相應(yīng)的錯誤。

2.2.2移動設(shè)備視頻監(jiān)控

智能移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能便是移動視頻監(jiān)控，而其實現(xiàn)視頻監(jiān)控、查看以及播放的功能主要是通過攝像機和移動端程序的Camera來實現(xiàn)，因此該模塊的模塊功能的測試主要可分為視頻拍照、攝像、監(jiān)控以及視頻編碼4部分進(jìn)行，才能保證其檢測結(jié)果滿足用戶監(jiān)控的功能需求。在實際測試過程中為了保證監(jiān)控視頻平穩(wěn)和有效的播放，測試人員可采用智能移動設(shè)備對家居視頻設(shè)備監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解析播放測試，由于移動平臺端設(shè)備只能對視頻進(jìn)行接受和解析播放，因此系統(tǒng)需提前運行系統(tǒng)中的USB攝像頭監(jiān)控軟件，運行過程可按以下步驟進(jìn)行：先打開家居視頻設(shè)備端的APP程序，再從中開啟USB攝像頭視頻監(jiān)控服務(wù)端，在攝像頭監(jiān)控界面將USB攝像頭打開。然后再進(jìn)行移動設(shè)備端設(shè)置視頻分辨率的界面，根據(jù)用戶實際需求選擇合理的視頻分辨率。視頻分辨率設(shè)置完成后，進(jìn)行主界面中的視頻播放界面，家居視頻設(shè)備攝像頭所采集的視頻數(shù)據(jù)便會在播放界面的視頻控件中播放出來，最后用戶登錄系統(tǒng)成功后，可以選擇軟件主界面中的傳輸視頻按鈕，并做好上述的連接與發(fā)現(xiàn)操作，再進(jìn)行循環(huán)判斷，成功連接后，系統(tǒng)便會自動顯示RTP視頻數(shù)據(jù)流組幀，從而幫助用戶實現(xiàn)對其家庭的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控控制[8]。

2.2.3移動端設(shè)備家居視頻設(shè)備開關(guān)控制

控制家居視頻設(shè)備端的開關(guān)操作主要是利用移動端設(shè)備程序進(jìn)行實現(xiàn)，通過上述測試和操作控制開關(guān)的時間表分析可知AllJoyn框架智能移動遠(yuǎn)程視頻家居視頻設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可行性良好。

3 結(jié)語

基于民居建筑的特點和居民對移動視頻監(jiān)控技術(shù)的需求，本文提出了一種應(yīng)用于智能家居中的安全監(jiān)控操作的綜合控制系統(tǒng)—AllJoyn框架智能移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其不僅具有建設(shè)成本低、靈活性高、布線安裝簡便等良好建設(shè)優(yōu)勢，并且還具有監(jiān)控精準(zhǔn)、實時、安全、可移動化等多種優(yōu)勢，其極大地擴大了視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控范圍，對保障民居人們的生活安全具有重要的現(xiàn)實意義。

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