基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中手機(jī)子系統(tǒng)端設(shè)計(jì)

楊軍

摘 要：隨著中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，基于移動(dòng)平臺(tái)的視頻監(jiān)控憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。移動(dòng)視頻監(jiān)控不僅具有傳統(tǒng)監(jiān)控的功能，而且具有移動(dòng)性和實(shí)時(shí)性，用戶(hù)可以通過(guò)移動(dòng)終端隨時(shí)隨地監(jiān)控，滿(mǎn)足用戶(hù)多元化的需求。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是目前視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的方向。文章視頻監(jiān)控Android端的一種有效解決方案。Android移動(dòng)設(shè)備端進(jìn)行視頻及地理信息采集，通過(guò)流媒體協(xié)議將經(jīng)過(guò)編碼的H.264實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端進(jìn)行存儲(chǔ)及解碼，監(jiān)控客戶(hù)端完成視頻播放、視頻管理及輔助控制。

關(guān)鍵詞：Android平臺(tái)；MediaRecorder；視頻監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TN943 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）20-0016-02

1 目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨的問(wèn)題及基于Android平

臺(tái)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但同時(shí)使用傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將面臨諸多問(wèn)題：

①給用戶(hù)增加額外的工程成本。

②同時(shí)面臨視頻采集終端固定和圖像采集角度確定這兩個(gè)問(wèn)題，不能全方位多角度地展示現(xiàn)場(chǎng)情況等缺陷。

③視頻數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題也限制了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的使用。

與傳統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①無(wú)布點(diǎn)限制，系統(tǒng)可移動(dòng)性好。

②可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的多人多角度視頻采集。

③實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源利用的最大化。

2 移動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

智能手機(jī)為移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了良好的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，而智能手機(jī)操作系統(tǒng)為監(jiān)控客戶(hù)端提供軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，智能操作系統(tǒng)的特性直接影響到人機(jī)交互的易用性和穩(wěn)定性。自上而下分為5層，下面簡(jiǎn)述各層的功能。

①硬件驅(qū)動(dòng)層：該層是最底層，由硬件部分和驅(qū)動(dòng)部分構(gòu)成，為操作系統(tǒng)層提供功能性支撐及抽象的概念。因此操作系統(tǒng)可以移植在各種不同的硬件設(shè)備上，具有靈活的移植性。

②操作系統(tǒng)層：該層的主要功能是為業(yè)務(wù)功能層的應(yīng)用程序提供編程接口及核心功能。它提供了良好的人機(jī)交互界面，可完成文件系統(tǒng)管理，多任務(wù)調(diào)度管理，內(nèi)存管理等。

③業(yè)務(wù)功能層：他介于應(yīng)用操作系統(tǒng)和軟件當(dāng)中，主要完成通信、通用功能。通信功能提供通話(huà)，無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧和IP協(xié)議等支持；通用功能提供多媒體子系統(tǒng)和安全子系統(tǒng)。

④用戶(hù)界面層：UI層是最后展示給用戶(hù)可視化操作的界面層，為用戶(hù)的操作提供方便。

⑤應(yīng)用層：應(yīng)用層是以業(yè)務(wù)功能層為基礎(chǔ)，為用戶(hù)提供功能繁多的應(yīng)用，如電子商務(wù)類(lèi)業(yè)務(wù)、消息類(lèi)業(yè)務(wù)、個(gè)人信息管理和GPS位置類(lèi)業(yè)務(wù)等。

3 Android移動(dòng)設(shè)備端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Android移動(dòng)設(shè)備端子系統(tǒng)主要包含視頻采集模塊，GPS信息采集模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，遠(yuǎn)程控制模塊等。

視頻數(shù)據(jù)采集模塊：在控制前端，用戶(hù)可以將攝像頭對(duì)準(zhǔn)某一監(jiān)控區(qū)域，使用手機(jī)攝像頭采集監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像。攝像頭可以根據(jù)用戶(hù)需要調(diào)整焦距，用戶(hù)同時(shí)根據(jù)服務(wù)器端提示進(jìn)行監(jiān)控角度調(diào)整。

GPS數(shù)據(jù)采集模塊：在整個(gè)視頻監(jiān)控過(guò)程中，該模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行GPS信息采集（采集經(jīng)度及緯度），如果監(jiān)控過(guò)程中用戶(hù)的位置改變，該模塊要給出最新的GPS信息。主要用于對(duì)視頻進(jìn)行標(biāo)記，便于服務(wù)器端對(duì)歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。

移動(dòng)設(shè)備基本信息采集模塊：在視頻數(shù)據(jù)傳輸前，服務(wù)器需要記錄移動(dòng)設(shè)備基本信息，這些基本信息是通過(guò)該模塊采集。主要包含：IMSI、手機(jī)號(hào)碼、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商名字信息。

控制模塊：該模塊主要是響應(yīng)服務(wù)器端控制信息，主要工作是根據(jù)服務(wù)器控制信息對(duì)攝像頭焦距進(jìn)行調(diào)整，對(duì)視頻質(zhì)量進(jìn)行控制，同時(shí)給出用戶(hù)最佳的監(jiān)控位置提示信息，便于服務(wù)器端獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。

通信模塊：該模塊將移動(dòng)設(shè)備采集到的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)及GPS信息根據(jù)傳輸協(xié)議打包實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)器，并對(duì)傳輸過(guò)程進(jìn)行控制。

4 視頻采集設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Android 多媒體框架的核心是Open Core，它也被稱(chēng)為PV（Packet Video）。他實(shí)現(xiàn)Android平臺(tái)的所有音視頻采集、播放的功能。程序開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)Open Core方便快速的開(kāi)發(fā)出符合需求的多媒體應(yīng)用程序，例如：視頻會(huì)議，音視頻的采集、回放，實(shí)時(shí)的流媒體播放等應(yīng)用。

4.1 錄制步驟

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中我們并不會(huì)過(guò)多的研究Open Core的實(shí)現(xiàn)，Android提供了上層的Media API給開(kāi)發(fā)人員使用，MediaPlayer和MediaRecorder。本系統(tǒng)將采用MediaRecorder進(jìn)行視頻采集。MediaRecorder錄制分為以下幾個(gè)步驟。

第一步：實(shí)例化MediaRecorder 類(lèi)對(duì)象。

MediaRecorder myMediaRecorder

=new android.media.MediaRecorder（）；

第二步：初始化myMediaRecorder 對(duì)象，對(duì)視頻采集參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)置順序及參數(shù)如下：

①設(shè)置視頻。

②設(shè)置輸出格式。

③設(shè)置幀頻率。

④設(shè)置視頻采集像素。

⑤設(shè)置視頻編碼方式為。

⑥設(shè)置手機(jī)（預(yù)覽）顯示面板。

⑦設(shè)置信息輸出流。

第三步：開(kāi)始錄制：

①讓MediaRecorder 對(duì)象處于就緒狀態(tài)。

②開(kāi)始錄音。

第四步：停止錄制并釋放資源：

①停止錄制。

②從新啟動(dòng)MediaRecorder對(duì)象讓它處于空閑狀態(tài)。

③釋放和MediaRecorder對(duì)向相關(guān)的所有資源。

通過(guò)以上幾個(gè)步驟，可以采集到相關(guān)視頻數(shù)據(jù)，并將視頻數(shù)據(jù)輸出到指定文件，通過(guò)播放器可以正常播放已經(jīng)錄制的視頻。

4.2 存在的問(wèn)題

但是以上功能并不能適合本系統(tǒng)需要，主要存在兩方面的問(wèn)題：

①數(shù)據(jù)輸出到本地文件中，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取每一幀數(shù)據(jù)，無(wú)法將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向服務(wù)器端發(fā)送；

②通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，H.264的Sequence Parameter Sets（SPS）和Picture Parameter Set（PPS）值在視頻錄制結(jié)束時(shí)才回寫(xiě)到輸出文件的頭部，而在視頻數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸時(shí)就需要這些參數(shù)，顯然目前的方法是無(wú)法在視頻錄制過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

4.3 改進(jìn)措施

為了解決上面遇到的問(wèn)題，本系統(tǒng)對(duì)視頻錄制過(guò)程進(jìn)行了如下改進(jìn)：

通過(guò)LocalServerSocket、LocalSocket對(duì)數(shù)據(jù)輸出流進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取；通過(guò)相同參數(shù)設(shè)置進(jìn)行二次視頻錄制，其中一次獲取SPS及PPS，另外一次進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)獲取。

①通過(guò)LocalServerSocket、LocalSocket對(duì)數(shù)據(jù)輸出流進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取。

MediaRecorder對(duì)象采集到視頻數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)輸出流設(shè)置到LocalServerSocket的輸出流中，LocalServerSocket對(duì)象和LocalSocket對(duì)象建立連接，在LocalSocket對(duì)象的輸入流中獲取實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，然后將視頻數(shù)據(jù)交給通信組件。

②通過(guò)相同參數(shù)設(shè)置進(jìn)行二次視頻錄制，其中一次獲取SPS及PPS、另外一次進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)獲取。

系統(tǒng)進(jìn)行一次視頻數(shù)據(jù)采集，將進(jìn)行兩次錄制，且兩次錄制參數(shù)相同，第一次錄制僅僅獲取SPS及PPS值，然后停止第一次錄制，開(kāi)始正常的第二次錄制。試驗(yàn)證明第一次錄制時(shí)間很短，大約為0.1 s，對(duì)用戶(hù)來(lái)講是基本上是連續(xù)的。

5 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的通信組件是采用多線(xiàn)程技術(shù)，它獨(dú)立于視頻采集組件，即數(shù)據(jù)采集是一個(gè)線(xiàn)程，通信是一個(gè)線(xiàn)程。通過(guò)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看出，系統(tǒng)通信一共分了三個(gè)部分，分別是：視頻數(shù)據(jù)傳輸前的基本參數(shù)通信、視頻數(shù)據(jù)通信、視頻采集完成后輔助數(shù)據(jù)通信。第一部分和第三部分通信是基于TCP協(xié)議的通信，信息載體為XML，服務(wù)器端負(fù)責(zé)建立連接的是監(jiān)聽(tīng)主線(xiàn)程；視頻數(shù)據(jù)通信是基于UDP協(xié)議的，采用RTP進(jìn)行封裝，通過(guò)RTCP進(jìn)行傳輸控制，通信目標(biāo)是服務(wù)器端為該客戶(hù)啟動(dòng)的新的監(jiān)聽(tīng)進(jìn)程。

5.1 視頻數(shù)據(jù)傳輸前的基本參數(shù)傳輸

Android移動(dòng)設(shè)備端程序啟動(dòng)后，用戶(hù)點(diǎn)擊通信按鈕，觸發(fā)通信組件后，系統(tǒng)開(kāi)始采集手機(jī)基本信息，將這些信息利用XML進(jìn)行封裝。在服務(wù)器端主監(jiān)聽(tīng)進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

5.2 視頻數(shù)據(jù)傳輸

RTP封裝模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)H.264視頻流進(jìn)行打包，封裝成RTP數(shù)據(jù)包，并且將包發(fā)送到緩沖區(qū)。函數(shù)原型設(shè)計(jì)：

void createRTP（char[] data，String[]args）。

參數(shù)data：需要打包的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址。

參數(shù)args：視頻打包是需要的參數(shù)，主要包含數(shù)據(jù)包大小等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，則應(yīng)產(chǎn)生并發(fā)送控制包中的SDES類(lèi)型的CNAME包，在發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候，要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)，包括包的數(shù)目，發(fā)送的字節(jié)等。函數(shù)原型設(shè)計(jì)：

void sendRTP（char[] RTPData，int len，String[] args）；

參數(shù)RTPData：需要發(fā)送的RTP數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)地址。

參數(shù)len：本次發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

參數(shù)args：根據(jù)RTCP反饋的控制信息組成參數(shù)信息。

5.3 視頻采集完成后輔助數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)視頻數(shù)據(jù)采集完畢并上傳完畢后，用戶(hù)可以給自己上傳的視頻增加描述，該部分功能主要通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，將該段視頻的唯一ID及視頻描述信息封裝成XML發(fā)送給服務(wù)器主監(jiān)聽(tīng)程序。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)視頻監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了了解，分析了基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究目的和進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的重要意義，提出了一種基于Android平臺(tái)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的手機(jī)端設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，驗(yàn)證本方案可行并運(yùn)行穩(wěn)定。

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