視頻監(jiān)控技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

陸懌

（上海金橋信息股份有限公司，上海200233）

隨著近代社會科技水平的穩(wěn)步提升和人民生活質(zhì)量的不斷提高，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的智能家居系統(tǒng)得到了越來越廣泛的關(guān)注和重視，憑借其高效的遠(yuǎn)程家居看護(hù)與管理有效提高了人們的生活滿意度。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在經(jīng)歷模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等主要發(fā)展步驟的基礎(chǔ)上，不斷提高視頻監(jiān)控技術(shù)的圖像質(zhì)量，進(jìn)一步擴(kuò)大實際監(jiān)控范圍，因此，對視頻監(jiān)控技術(shù)在智能家居中應(yīng)用的相關(guān)探討與研究有其必要性。

1 智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

在利用攝像機(jī)等相關(guān)設(shè)備采集到音頻數(shù)據(jù)和視頻信息后，借助家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將音頻信息和視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂铺幚韱卧?，借助智能家居系統(tǒng)視頻監(jiān)控主機(jī)對相關(guān)音頻與視頻數(shù)據(jù)的分析、整理、存儲和顯示，在發(fā)現(xiàn)家居環(huán)境異常時給出報警信號或是預(yù)警信息，進(jìn)一步將智能家居現(xiàn)場視頻信息和音頻信息，通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有者終端或小區(qū)控制中心，使其能利用遠(yuǎn)程手機(jī)、計算機(jī)或家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)遙控設(shè)備以及控制面板等相關(guān)設(shè)備發(fā)出指令，對智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)進(jìn)行上下左右前后動作的調(diào)節(jié)與控制，實現(xiàn)攝像機(jī)鏡頭的轉(zhuǎn)換與對焦，從而發(fā)揮住戶智能監(jiān)控的重要作用，圖1 即為智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一般工作原理圖。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作原理圖

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 整體架構(gòu)

通常情況下，智能家居中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控器服務(wù)器以及視頻采集設(shè)備、存儲設(shè)備共同工作，圖2 即為其整體架構(gòu)示意圖。視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)板作為系統(tǒng)運(yùn)行的總體數(shù)據(jù)信息處理中心，利用視頻采集機(jī)械設(shè)備實現(xiàn)對家居環(huán)境中圖像信息的采集，借助數(shù)據(jù)中心對圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮和處理，采用手機(jī)、iPad 等智能終端訪問視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器以實現(xiàn)遠(yuǎn)程查看智能家居情況的重要目的。視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可進(jìn)一步配合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對非法入侵圖者的圖像采集，并將其保存到存儲設(shè)備中，并將相對應(yīng)報警信息和預(yù)警信號發(fā)送至智能家居系統(tǒng)客戶終端。

圖2 整體架構(gòu)示意圖

2.2 視頻采集模塊的設(shè)計

在智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻采集模塊設(shè)計中，視頻采集設(shè)備必須符合V4L 標(biāo)準(zhǔn)，能將智能家居環(huán)境中的音頻設(shè)備作為設(shè)備文件形式予以訪問。同時，視頻采集模塊中的開發(fā)板可在插入USB 攝像頭后，對其家居環(huán)境中的視頻圖像進(jìn)行采集，保證對視頻設(shè)備文件的操作即為對攝像頭的操作。在此過程中，設(shè)計人員在打開視頻采集模塊攝像頭后，應(yīng)正確設(shè)置攝像頭亮度、格式和分辨率大小等基本參數(shù)，確保對家居環(huán)境中視頻圖像的順利采集。另外，在視頻圖像的單個截取過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須選擇V4L 中的read 讀取法，利用內(nèi)核緩沖區(qū)采集圖像數(shù)據(jù)信息以等待后續(xù)壓縮模塊處理。

2.3 視頻壓縮模塊的設(shè)計

一般而言，智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻壓縮模塊設(shè)計主要是選擇視頻壓縮方式，由于智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要嚴(yán)格達(dá)成實時遠(yuǎn)程在線監(jiān)督與控制的重要目的，必須盡可能地減少視頻傳輸過程中數(shù)據(jù)信息量的丟失，不斷提高遠(yuǎn)程視頻傳輸效率，確保智能家居監(jiān)控系統(tǒng)客戶能根據(jù)其傳遞數(shù)據(jù)量實時監(jiān)管家居環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式處理器性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通計算機(jī)處理器性能這一特質(zhì)，選擇算法較為簡單且對硬件處理能力要求不高的視頻壓縮方式，即JPEG 模式，利用該處理方式對圖像傳輸速率要求較低、精度要求不高的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行視頻壓縮處理。

2.4 視頻傳輸模塊的設(shè)計

為了將視頻圖像數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)傳輸方式上傳至用戶客戶端，需要對壓縮后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時傳輸，為了保證遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控功能的順利實現(xiàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采用流媒體技術(shù)，將視頻壓縮文件壓縮成更多個小型數(shù)據(jù)包，由視頻服務(wù)設(shè)備向用戶終端進(jìn)行實時的連續(xù)傳輸，達(dá)成智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)客戶對家居環(huán)境的遠(yuǎn)程實時監(jiān)管。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的流媒體庫為live 庫，作為開源性數(shù)據(jù)庫支持JPEG、MPEG 等視頻數(shù)據(jù)信息的傳輸。在流媒體庫完成視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，首先需創(chuàng)建相應(yīng)的傳輸層網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)依次建立會話系統(tǒng)和會話環(huán)境，以RTP 套接字、信宿等為中介建立數(shù)據(jù)源。另一方面，需完成傳輸數(shù)據(jù)源工作。在接入對應(yīng)的數(shù)據(jù)源系統(tǒng)后，必須創(chuàng)建FTP 包，并向網(wǎng)絡(luò)定向發(fā)送TCP 包，保證rRTP 包發(fā)送完成后進(jìn)行下一個RTP 包的創(chuàng)建與發(fā)送，從而循環(huán)往復(fù)，直到整個智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸完畢。

3 系統(tǒng)測試與實現(xiàn)

在智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計完成后，進(jìn)行系統(tǒng)功能實現(xiàn)組裝和聯(lián)網(wǎng)測試。進(jìn)一步將協(xié)調(diào)器以串口連接方式接入家庭計算機(jī)，利用SIM卡在4G 網(wǎng)絡(luò)模塊中的串口連接，將有線網(wǎng)絡(luò)和無線路由器相互連接，通過控制器保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)與家居環(huán)境中的各家電設(shè)備相互連接。在家居環(huán)境中的任一家電設(shè)備通電后運(yùn)行智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保證協(xié)調(diào)器、WiFi 設(shè)備及GSM 模塊等狀態(tài)轉(zhuǎn)化為連接，實現(xiàn)整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)無線組網(wǎng)、WiFi 組網(wǎng)和移動通信組網(wǎng)，確保智能家居用戶能通過手機(jī)、平板或計算機(jī)等終端設(shè)備遠(yuǎn)程對家電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。通過智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)測試可知，該系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器組網(wǎng)時間大約為1 秒，在房間內(nèi)無障礙物的情況下，其無線通訊距離高達(dá)100 米，在房間內(nèi)有通訊障礙的情況下，其通訊距離為35米左右，基本滿足了現(xiàn)代社會家居環(huán)境中家電設(shè)備的智能控制需要和遠(yuǎn)程監(jiān)管目的。

4 結(jié)論與展望

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為智能家居的重要組成部分，一直是智能家居系統(tǒng)甚至監(jiān)控領(lǐng)域的熱點(diǎn)探討內(nèi)容。該系統(tǒng)以傳遞直觀快捷、方便且豐富的信息資源獲得了智能家居用戶的廣泛認(rèn)同。通過安裝智能家居系統(tǒng)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可實現(xiàn)在線監(jiān)管家居環(huán)境，實現(xiàn)報警聯(lián)動，以郵件、手機(jī)短信、界面預(yù)警信息等方式，將警告數(shù)據(jù)快速傳送給智能家居客戶，對家居環(huán)境中的異常情況進(jìn)行錄像和抓拍，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的實時音頻、視頻信息獲取和數(shù)據(jù)信息保留，極大程度上提高了監(jiān)管效率和安全性，滿足了現(xiàn)階段家庭生活和社會發(fā)展需要?？傊?，智能家居視頻監(jiān)控系統(tǒng)憑借網(wǎng)絡(luò)這一重要傳輸媒介，綜合利用了視頻采集、視頻壓縮和視頻傳輸?shù)榷鄠€模塊功能，實現(xiàn)了語音、圖像甚至數(shù)據(jù)的一體化傳輸，提高了家居生活中的安全報警時效性。