基于Android智能手機遠程視頻監控系統的設計

李 琴，陳立定，任志剛

(華南理工大學自動化科學與工程學院，廣東 廣州 510640)

視頻監控具有悠久的歷史，目前廣泛應用于安防領域，對人身安全和家庭財產安全的保護起到了關鍵的作用［1］。傳統的視頻監控系統大部分采用PC作為監控終端，需要在指定的地點以及專用網絡設備支持的環境下才能對目標現場進行監控，極大地限制了監控系統的靈活性和應用范圍。而現代3G移動網絡的飛速發展，使視頻傳輸在智能手機上得以輕易實現［2］。為解決傳統監控系統不靈活的弊端，讓人們通過移動手機隨時對家人和住房等進行視頻安防檢測，本文提出了一種基于Android平臺智能手機的遠程視頻監控系統的設計方案。該系統主要采用Eclipse編程工具下的Android語言對其進行了設計與實現，只要在無線網絡覆蓋的范圍內，人們就可以通過Android手機畫面實現對目標現場的實時監控，極大方便了人們的生活。

1 Android操作系統

Android本義指“機器人”，同時也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統的名稱，它采用了軟件堆層(Software Stack，又名軟件疊層)的架構，主要分為底層Linux內核、中介軟件和應用軟件。

底層Linux內核只用來提供基本功能，用來提供系統的底層服務位于硬件和其他軟件層之間。主要是添加了一個名為Goldfish的虛擬CPU以及Android運行所需的特定驅動代碼，包括安全機制、內存管理、進程管理、網絡堆棧及一系列的驅動模塊［3］。

中介軟件是操作系統與應用程序的溝通橋梁，應用分為函數層(Library)和虛擬機(Virtual Machine)。Android的中間層多以Java實現，并且采用特殊的Dalvik虛擬機。虛擬機技術使得Android的Java應用更接近于底層系統，效率更高，同時也使得Android的應用在被監控的情況下運行，安全性更高。Android開放的平臺允許任何移動終端廠商加入到Android聯盟中來，從而不存在以往任何阻礙移動產業創新的專有權障礙。Android是一個對第三方軟件完全開放的平臺，代碼完全開源免費。

在Android平臺上提供了2D、3D的圖形支持、數據庫支持(SQLite)，集成了瀏覽器，可以開發出各式各樣的應用。在應用程序層，Android本身附帶了一些核心的應用程序，大大簡化了Android應用程序的開發［4］。Android的應用程序是用Java語言開發的，其編程語言完全開源免費。

2 系統總體設計

本系統主要是從網絡監控攝像頭直接讀取視頻流，然后通過網絡在手機上面進行實時播放和瀏覽，使用戶可以隨時隨地通過智能手機對家居環境進行遠程監視。監控系統采用C/S架構:客戶端為基于Android平臺的智能手機，支持3G和音頻視頻業務，具有聯網功能，作為掌上終端設備實時顯示遠程家居監視畫面;服務器端為1臺帶有監控攝像頭的PC，部署在用戶家中，負責連接、控制監控設備并與用戶的智能手機進行通信［5］。系統的總體設計如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

3 系統軟件設計

3.1 服務器端軟件設計

服務器端設計的主要功能是初始化攝像頭設備和主機IP以及網絡端口號，開啟視頻監控服務，實時捕捉現場圖像并等待客戶端的連接請求。在與遠程請求的手機客戶端成功建立連接后便開始向其發送視頻圖像信息。服務器端整體設計流程圖如圖2所示。

圖2 服務器端整體設計流程圖

負責現場監控的PC服務器端，由于需要對監控設備進行初始化控制，采用Visual Studio編程環境下的C++/MFC語言來實現。在進行網絡通信傳輸時，本系統采用穩定可靠的TCP套接字(Socket)傳輸協議來實現服務器端和客戶端之間的通信，以實現圖像穩定傳輸。

TCP流式套接字的編程步驟如圖3所示。

圖3 Socket客戶/服務器通信模型

Socket通信部分利用MFC中的CSocket類來實現，而攝像頭控制及圖像采集則通過服務廠商提供的SDK進行實現。在視頻捕獲中，設計了CCaptureVideo類，并將其實現，在打開視頻響應函數中通過該類的調用實現視頻的捕捉。在對捕獲的視頻圖像進行處理時，創建一個新的TCP線程TcpThread，將捕獲的視頻圖像轉換成連續的JPG/JPEG格式的圖像存儲在數據緩沖區中，該線程持續不斷地接受客戶端的連接請求，將圖像發送給客戶端。

3.2 手機客戶端軟件設計

本系統手機客戶端軟件是基于Android操作系統智能手機開發的，在客戶端軟件設計過程中，主要利用Android軟件平臺的功能模塊進行設計，在應用層利用Android提供的各種組件API接口進行設計實現。

手機客戶端首次打開運行后，需要用戶添加遠程監控主機IP和網絡端口號以實現與主機的網絡通信連接，用戶添加的注冊信息可以保存到手機端以方便用戶以后的操作。客戶端的登錄界面設計如圖4所示。

圖4 手機登錄界面(截圖)

手機客戶端的設計采用Eclipse工具下的Android插件進行開發，程序的設計主要基于Java語言對其進行實現，并調用了Android的部分API函數庫。Java語言編程特點是構建各個類來實現，為此構建了系統的主要類，分別為主程序入口類VideoMonitorClient，連接視頻類ConnectServer，通信處理類 SocketVide，圖像捕獲處理類VideoMonitorView，以及線程類MonitorThread。其中SocketVide主要完成套接字Socket服務，通過綁定服務器IP地址和端口號與遠程服務器進行通信連接。通信處理類SocketVide和圖像捕獲處理類VideoMonitorView被線程類MonitorThread調用，該類繼承函數庫類thread，進行視頻處理線程管理。

程序實現結構是:建立遠程視頻請求連接時，程序開始調用 ConnectServer，然后在 ConnectServer里面調用MonitorView，VideoMonitorView新建 1個 mvideo對象，mvideo對象調用其方法DownloadThread處理線程函數和MonitorThread類創建的對象 thread，對象thread調用SocketVide類對象，這個類對象建立TCP連接，建立連接后對象thread調用里面的視頻捕捉處理圖像函數，最后保存并不斷地將圖像顯示出來。客戶端的程序設計流程圖如圖5所示。

圖5 客戶端整體設計流程圖

3.3 測試結果

在無線網絡覆蓋區域內，對設計的整個系統進行了現場測試，服務器端為現場監控的帶有攝像頭的PC，客戶端為基于Android的智能手機，結果表明，整個系統運行穩定，連接圖像速度快，達到了預期設想的效果，服務器端和遠程客戶端監控畫面分別如圖6和圖7所示。

4 結論

本系統針對當今最流行的Android智能手機，利用VS和Android環境編程對系統進行了設計與實現。手機客戶端完全利用開源代碼實現，具有超強的跨平臺移植性和二次開發設計，緊扣目前主流技術，具有先進、可靠、經濟、便利等特點。實踐證明該系統具有較高的性能和可靠性。隨著3G，4G移動網絡傳輸速度和智能手機處理性能的大幅度提高，本手機遠程監控系統必將有廣闊的發展前景。

［1］王咸鋒，林華.手機遠程視頻實時監控系統的設計與實現［J］.微計算機信息，2007，23(34):111－112.

［2］吳建華，徐浩，丁月華.移動網絡手機實時監控系統的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2010，31(10):2196－2198.

［3］耿東久，索岳，陳渝，等.基于Android手機的遠程訪問和控制系統［J］.計算機應用，2011，31(2):560.

［4］農麗萍，王力虎，黃一平.Android在嵌入式車載導航系統的應用研究［J］.計算機工程與設計，2010，31(11):2473－2476.

［5］李裕，張玲華.手持無線視頻監控系統的設計與實現［J］.電視技術，2011，35(3):106－108.