試論基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：文章提出了試論基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并仔細(xì)分析了系統(tǒng)的總體框架，在分析之前對移動(dòng)終端的開發(fā)和流媒體服務(wù)器的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了仔細(xì)的研究。通過合理的設(shè)計(jì)方案，以及分析移動(dòng)開發(fā)終端和流媒體服務(wù)器后獲取的經(jīng)驗(yàn)，文章重點(diǎn)闡述了設(shè)計(jì)系用對PDA端視頻的處理，基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)得到了基本的保障。并且將理想化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在實(shí)際設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：視屏監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)；H.264編碼

1 引言

數(shù)字化、多功能化以及網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)今視頻監(jiān)控的發(fā)展趨向。在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控過程中，視頻傳輸大都運(yùn)用光纖和線纜進(jìn)行，也正是如此，過多的網(wǎng)線嚴(yán)重限制了監(jiān)控系統(tǒng)的布置速度。隨著不斷發(fā)展的無線網(wǎng)絡(luò)，加上逐漸普及到人們生活中的3G網(wǎng)絡(luò)，視頻監(jiān)控在設(shè)計(jì)過程中擁有更寬廣的設(shè)計(jì)空間。

但是現(xiàn)今3G網(wǎng)絡(luò)支持的帶寬仍然在移動(dòng)環(huán)境中受到限制，而視頻監(jiān)控則要求帶寬能夠保證視頻在傳輸過程中盡可能的流暢，因此需要將視頻壓縮后再進(jìn)行傳輸，要保證視頻在壓縮過程中不會失真。H.264能夠在降低碼流的同時(shí)，將壓縮比最大限度的提高，這種編碼具有精度高和模式多的特點(diǎn)，在現(xiàn)今監(jiān)控領(lǐng)域以及可視電話領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。

本文對Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中將PDA和H.264編碼技術(shù)結(jié)合在一起，并進(jìn)行了充分的利用。

2 Android系統(tǒng)的概述

以Linux為基礎(chǔ)對源碼進(jìn)行開發(fā)便是Android系統(tǒng)，一般各種便攜設(shè)備對Android系統(tǒng)的使用較為普遍。在Android系統(tǒng)中存在一個(gè)核心庫，核心庫中集成了大量的編程語言，在編程時(shí)候?yàn)榫幊踢^程提供所有編程語言。在運(yùn)用Dalvik虛擬機(jī)存在于每個(gè)運(yùn)用java編程軟件編好的應(yīng)用程序中。使多個(gè)虛擬系統(tǒng)能夠同時(shí)在設(shè)計(jì)好的Dalvik中運(yùn)行，以此收集在特殊環(huán)境中的運(yùn)行Android系統(tǒng)都能夠輕松滿足。要滿足Android開發(fā)平臺的搭建只需要將AndroidSDK插件安裝到Eclipse上即可，APK文件能夠在平臺中通過代碼自動(dòng)轉(zhuǎn)化而之后快速形成，而轉(zhuǎn)化后形成的APK軟件也能夠馬上用于軟件的實(shí)際應(yīng)用。

3 基于Android的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概述

系統(tǒng)將C/S作為系統(tǒng)最基本的架構(gòu)，編碼器在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用的技術(shù)是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的核心技術(shù)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中的科學(xué)與否都取決于編碼器的設(shè)計(jì)是否科學(xué)，系統(tǒng)中存在的數(shù)字信號都是通過轉(zhuǎn)化各種抓拍的信號所得到的，在對這些信號進(jìn)行壓縮的過程中，為了能夠保證壓縮力度，必然會使用到H.264編碼器進(jìn)行壓縮，后臺控制計(jì)算機(jī)還能夠向PDA直接發(fā)送相應(yīng)的指令，一般指令的發(fā)送都是通過3G網(wǎng)絡(luò)為媒介進(jìn)行的，如此云臺的控制以及其余的命令操作都得到了實(shí)現(xiàn)，而本文主要對PDA端設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹。如下圖1是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

4 PDA端視頻在系統(tǒng)中處理的實(shí)現(xiàn)過程

系統(tǒng)中的PDA端視頻處理是Android系統(tǒng)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)中最為重要任務(wù)。因?yàn)镻DA自身的內(nèi)存有限，因此在實(shí)現(xiàn)的過程中要將功耗盡可能降低、保證系統(tǒng)的性能，使軟件能夠盡可能的優(yōu)化。

DSP芯片自身的可編程性非常強(qiáng)，后期編碼在相互比較和優(yōu)化的過程中能夠更加方便。一般編碼器都選擇ADI公司出產(chǎn)的Blacdfin533。并且從結(jié)構(gòu)角度對C/C++進(jìn)行了優(yōu)化，且保證代碼在使用過程中能以高密度形式存在，H.264在編碼過程中的要求也能夠被輕松滿足。

（1）H.264在編碼過程中算法選擇的優(yōu)化

一種或者兩種不同宏塊的不同編碼模式是先前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，如H.263編碼。而在H.264編碼中增加到了7種編碼模式，H.264和先前的H.263編碼模式在相互比較后，H.264能夠節(jié)省一半的碼率。但在編碼過程中運(yùn)算量的消耗有顯著的增加。為了編碼能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行，首先應(yīng)該將模式算則以及算法選擇的根本問題解決好。遍歷在H.264/AVC宏塊編碼模式中應(yīng)用較為普遍。為了能夠?qū)o效遍歷降盡可能降低，首先應(yīng)該對遍歷進(jìn)行范圍上的限制，同時(shí)還要將及時(shí)制定出終止準(zhǔn)則。

其中當(dāng)前的編碼宏塊為Curr，其中四個(gè)方向中的相鄰宏塊則用A、B、C、D代替，其中A、B、C、D的編碼代價(jià)分別為A_cost、B_cost、C_cost、D_cost，在計(jì)算門限T的過程中一般會使用如下公式1：

Curr編碼過程中的編碼模式一般為相鄰4各宏塊和Curr自身的宏塊進(jìn)行，再將代碼值進(jìn)行相互的比對之后最優(yōu)編碼便能得到。宏塊A、B在優(yōu)化編碼過程中的具體流程如下圖2所示。在測試后通過相互之間的比較以及算法的優(yōu)化整理之后，在保證視頻不失真的情況下顯著降低了壓縮比，使算法的在運(yùn)算過程中的速度得到了明顯提高。

圖2 算法優(yōu)化的流程圖

（2）系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

Socket網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通訊模塊在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的過程中使用最為普遍的技術(shù)。在通訊之前的基本任務(wù)便是創(chuàng)建好Socket網(wǎng)絡(luò)，保證通訊能夠順利進(jìn)行，而后迅速綁定端口號，從而保證監(jiān)控在設(shè)置過程中能夠更加方便。在實(shí)時(shí)監(jiān)控開啟之后，主程序開始接收各種請求信號，對信號進(jìn)行循環(huán)監(jiān)聽，在此環(huán)節(jié)中要及時(shí)將新的客戶連接Socket創(chuàng)建好。

提取視頻數(shù)據(jù)和傳導(dǎo)視頻數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)模塊的主要任務(wù)。一般在監(jiān)控?cái)z像開始之后，對視頻的每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行截取。由應(yīng)用層對截取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，將繪制好的圖像傳輸?shù)紻SP后對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，而后將圖像傳輸給系統(tǒng)后臺實(shí)時(shí)進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)。下列代碼是在Android系統(tǒng)代碼應(yīng)用過程中最為常見的代碼：

Socket在創(chuàng)建過程中使用的代碼：p0=socket（AF_INET，SOCK_DGRAM，IPPROTO_UDP）；綁定IP和端口時(shí)使用最為普遍的代碼

public lmagaSurfaceView（Context context，AttributeSet attrs）{paint = new Paint（）；paint.setColor（Color.WHITE）；paint.setAntiAlias（true）；……setfocusable（true）；}初始化SurfaceView過程中會使用的代碼

public void surfaceCreated（SurfaceHolder holder）{……screenH = this.getHeight（）；screenW=this.getWidth（）；handler.post（imageRunnable）；}在對圖像進(jìn)行捕捉過程中使用的代碼

android.hardware.camera.PreviewCallback 對圖像data數(shù)據(jù)接口進(jìn)行調(diào)整的過程中使用到的代碼。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)測試運(yùn)行效果

在HTC G14型號手機(jī)中的實(shí)現(xiàn)結(jié)果為：將手機(jī)捕捉拍攝的視頻在接入計(jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)后臺對手機(jī)視野能夠全過程監(jiān)控，能夠通過計(jì)算機(jī)擴(kuò)大或者縮小手機(jī)視野，在此過程中沒有任何的距離限制。并且通過反復(fù)多次的測試，后臺和PDA段顯示的畫面延遲僅有3-5秒。

現(xiàn)今，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室測試Android視頻監(jiān)控系統(tǒng)，后臺計(jì)算機(jī)對PDA的實(shí)時(shí)監(jiān)控基本得到了實(shí)現(xiàn)。3G網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸速度給系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了很大程度的幫助，系統(tǒng)在開發(fā)過程中也更加便利，H.264編碼方法以及軟件的編程都得到了明顯的優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)今社會的發(fā)展速度日益加快，視頻監(jiān)控隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也必然會加快自身的發(fā)展腳步，因此移動(dòng)便攜設(shè)備視頻監(jiān)控會逐漸成為視頻監(jiān)控發(fā)展的新趨勢。

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作者簡介：余臘熒（1987-），女，漢族，助理工程師，2010年畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，信息工程專業(yè)，至今從事高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)通信工作。