基于Android平臺(tái)的視頻監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盛平，韓偉

（江蘇大學(xué) 江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是wireless ip network camera的縮寫(xiě)，是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，主要組成結(jié)構(gòu)是攝像頭，視頻服務(wù)器和無(wú)線wifi模塊，使用linux操作系統(tǒng)，支持H264，MPEG4編碼，支持RTSP視頻流傳輸協(xié)議，可以通過(guò)PC客戶端或者Android/IOS終端進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽和觀看錄像回放；網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)視頻服務(wù)器和攝像鏡頭模塊的集成，擁有IP地址和DDNS動(dòng)態(tài)域名，并可通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號(hào)。

Android是谷歌公司發(fā)布的一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，截止2014年第四季度，Android系統(tǒng)市場(chǎng)占有率為83.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蘋(píng)果的iOS系統(tǒng)、微軟WP系統(tǒng)和黑莓。中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，擁有4G基站70萬(wàn)個(gè)，用戶數(shù)量超過(guò)8 000萬(wàn)，高速的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)促使著移動(dòng)應(yīng)用，尤其是對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬依賴(lài)性非常強(qiáng)的流媒體應(yīng)用大量增長(zhǎng)，基于以上原因本文提出了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的Android客戶端，視頻流暢、穩(wěn)定、可靠性高、實(shí)時(shí)性好，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)與開(kāi)發(fā)環(huán)境

1.1 Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介

Android是一個(gè)分層的環(huán)境，構(gòu)建在 Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上，它具有豐富的功能。Android應(yīng)用程序是用 Java編程語(yǔ)言編寫(xiě)的，它們?cè)谝粋€(gè)虛擬機(jī)（Dalvik Virtual Machine）中運(yùn)行[1]。這是一種開(kāi)源技術(shù)。每個(gè) Android應(yīng)用程序都在 Dalvik VM的一個(gè)實(shí)例中運(yùn)行，這個(gè)實(shí)例駐留在一個(gè)由Linux內(nèi)核管理的進(jìn)程中。

本次開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的 Android 4.4.2（API level 19），相比與其他版本，Android4.4是一次重要的平臺(tái)發(fā)布版，為用戶和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者增加了大量新特性，例如：Android4.4增加了幾個(gè)新的API，使應(yīng)用程序能夠與照片，影片和音樂(lè)等媒體交互。Media Effects是一個(gè)新的媒體效果框架，為了最佳效果，其直接應(yīng)用了OpenGL的紋理。

1.2 Android開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

Android Studio是Google開(kāi)發(fā)的一款面向Android開(kāi)發(fā)者的IDE，基于Java語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IntelliJ搭建而成[2]。相比與Eclipse+ADT，Android Studio提供了 IntelliJ IDEA的智能代碼編輯技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)代碼完成、重構(gòu)、代碼分析等功能，Android studio還提供了一款英文名為Memory Monitor的性能分析工具，可顯示應(yīng)用內(nèi)存使用情況隨時(shí)間發(fā)生的變化，從而幫助開(kāi)發(fā)者找出改進(jìn)性能的辦法。而且，Android studio采用了一種基于自動(dòng)化構(gòu)建工具Gradle的系統(tǒng)，支持在IDE之內(nèi)或之外進(jìn)行開(kāi)發(fā)編譯，有比較好的靈活性與擴(kuò)展性。

2 客戶端模塊設(shè)計(jì)及程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 客戶端的模塊設(shè)計(jì)與流程

本客戶端的設(shè)計(jì)主要由Android UI（user interface）模塊，視頻流接收模塊，視頻播放模塊，APP檢測(cè)更新等模塊組成；

圖1 客戶端功能模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure chart of function module

Android SDK提供了Android平臺(tái)上使用Java進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)的 API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）和工具，VSTCCAM SDK是威視達(dá)康公司提供的供第三方開(kāi)發(fā)者獲得威視達(dá)康前端設(shè)備視頻流的軟件開(kāi)發(fā)工具包。本文主要使用這兩個(gè)SDK完成Android應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

Android UI模塊的功能有：用戶注冊(cè)和登錄；從服務(wù)器上獲取用戶賬號(hào)下面所有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的UID，名稱(chēng)等，并以listview的格式顯示給用戶；添加和刪除無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；查看用戶之前截取的圖像和錄制的視頻等。

視頻流接收模塊接收無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)云服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的視頻流，然后交給H264解碼模塊進(jìn)行解碼，最后通過(guò)視頻播放模塊將實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻呈現(xiàn)給用戶。

本客戶端的具體流程：如果用戶已有賬號(hào)，則直接登錄，如果沒(méi)有賬號(hào)，進(jìn)入注冊(cè)頁(yè)面進(jìn)行注冊(cè)。用戶登錄后，APP從服務(wù)器獲取用戶已經(jīng)添加的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)列表，同時(shí)在另一個(gè)線程（Thread）中，APP向服務(wù)器發(fā)送檢測(cè)最新版本的請(qǐng)求，如果服務(wù)器上存在更新版本，則提示用戶是否升級(jí)。用戶通過(guò)添加/刪除攝像機(jī)模塊可以進(jìn)行攝像機(jī)的添加和刪除動(dòng)作，結(jié)果發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，下次用戶從其他設(shè)備登錄可以獲得最新的攝像機(jī)列表。用戶選擇需要預(yù)覽的攝像機(jī)調(diào)用VSTCCAM SDK獲取監(jiān)控實(shí)時(shí)視頻流，然后通過(guò)Surface ViewHolder將監(jiān)控畫(huà)面呈現(xiàn)給用戶。如圖2所示。

圖2 客戶端設(shè)計(jì)流程圖Fig.2 Flow chart of client design

2.2 客戶端的主要程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 Android UI設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)包括登錄注冊(cè)界面和功能區(qū)界面，功能區(qū)界面按功能劃分有獲取并顯示攝像機(jī)列表，添加或是刪除攝像機(jī)，實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽，下載最新版本應(yīng)用4個(gè)部分，UI的設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)潔原則，使交互界面易于用戶理解和使用。應(yīng)用界面的呈現(xiàn)使用Android SDK[3]中的Fragment控件，當(dāng)我們的應(yīng)用程序同時(shí)適用于平板電腦和手機(jī)時(shí)，可以利用fragment實(shí)現(xiàn)靈活的布局，改善用戶體驗(yàn)。當(dāng)應(yīng)用運(yùn)行在手機(jī)上時(shí)設(shè)備列表和實(shí)時(shí)預(yù)覽顯示在不同的頁(yè)面，當(dāng)應(yīng)用運(yùn)行在平板上時(shí)設(shè)備列表和實(shí)時(shí)預(yù)覽這兩個(gè)fragment就可以嵌入在同一個(gè)activity中，從而更加充分的利用平板的屏幕空間。如圖：

圖3 平板電腦布局Fig.3 Layout in tablet

2.2.2 登陸功能、攝像機(jī)列表獲取等功能設(shè)計(jì)

Android客戶端通過(guò)Http請(qǐng)求方式[4]，從服務(wù)器調(diào)用登陸接口，獲取攝像機(jī)列表接口，實(shí)現(xiàn)登陸并獲取設(shè)備列表，查詢報(bào)警信息，添加和刪除攝像機(jī)等功能。

Android客戶端登陸成功驗(yàn)證并獲取到攝像機(jī)列表后，使用Android SDK提供的ListView組件呈現(xiàn)，它以列表的形勢(shì)展現(xiàn)具體內(nèi)容，比較適合多個(gè)攝像機(jī)的展示。

2.2.3 獲取攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻流模塊設(shè)計(jì)

獲取實(shí)時(shí)視頻流功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠攝像機(jī)廠商提供的SDK。首先將libavi_utils.so，libvstc2_jni.so導(dǎo)入到 Android工程中l(wèi)ibs/armeabi/目錄下。根據(jù)接口的描述，為了使用該接口，需要新建包”vstc2.nativecaller”。 接著在類(lèi) NativeCaller中加載庫(kù)libavi_utils.so，libvstc2_jni.so并對(duì)本地方法進(jìn)行聲明。如下：

在 StartActivity類(lèi)中調(diào)用 NativeCaller.PPPPInitial（）初始化服務(wù)器，之后使用onBind（）啟動(dòng)類(lèi)名為bridgeservice的服務(wù)，使用service之前需要在AndroidManifest.xml配置文件中添加Service，具體添加方法如下：

2.2.4 視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽的程序設(shè)計(jì)

在整個(gè)移動(dòng)安防監(jiān)控系統(tǒng)中，Android端視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽的最后也最重要的一步，由于4G或WIFI等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性與帶寬限制，實(shí)時(shí)預(yù)覽時(shí)Android客戶端必須對(duì)接收到的RTSP數(shù)據(jù)流進(jìn)行高效的解碼。

Android提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的視圖控制器Android.widget.VideoView[5]，封裝了MediaPlay的創(chuàng)建和初始化過(guò)程，Video View可以用在布局管理器中，提供包括縮放和著色在內(nèi)的很多顯示選項(xiàng)。為了顯示實(shí)時(shí)預(yù)覽視頻，創(chuàng)建VideoView部件并將他設(shè)置為用戶界面的內(nèi)容，然后設(shè)置傳入的bitmap并觸發(fā)start（）方法。VideoView類(lèi)可以從不同的來(lái)源（例如資源文件或內(nèi)容提供器）讀取圖像，本系統(tǒng)通過(guò)從威視達(dá)康SDK獲取的視頻流讀取畫(huà)面數(shù)據(jù)。

SurfaceView繼承于視圖（View），可以直接從內(nèi)存或者DMA等硬件接口取得圖像數(shù)據(jù)，是個(gè)非常重要的繪圖容器，這個(gè)視圖里內(nèi)嵌了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于繪制的Surface[6]。Surface View類(lèi)中主要方法如表1所示。

表1 SurfaceView主要方法Tab.1 Method of surfaceview

SurfaceHolder是一個(gè)接口，用于管理SurfaceView。里面有兩個(gè)常用的內(nèi)部接口SurfaceHolder.Callback和Surface Holder.Callback2，Callback2 用來(lái)實(shí)現(xiàn) Callback。

通過(guò)SurfaceHolder來(lái)操作畫(huà)面對(duì)象，當(dāng)SurfaceView初始 化 后 通 過(guò) 調(diào) 用 getHolder（） 獲 取 SurfaceHolder，把SurfaceHandler傳給另一線程并且用lockCanvas（）獲取canvas。 完成繪圖后，調(diào)用 unlockCanvasAndPost（）釋放 canvas鎖，并顯示視圖。

2.2.5 檢測(cè)新版本功能程序設(shè)計(jì)

Android客戶端進(jìn)入到MainActivity主進(jìn)程中，會(huì)另開(kāi)一個(gè)線程，向服務(wù)發(fā)送一個(gè)post請(qǐng)求，Android客戶端解析出服務(wù)器返回的帶有最新的版本信息的數(shù)據(jù)后進(jìn)行對(duì)比，如果版本號(hào)相同則不進(jìn)行任何提示，如果本機(jī)版本號(hào)低于服務(wù)器提供的版本號(hào)則彈窗窗口提示用戶選擇是否升級(jí)。用戶確認(rèn)升級(jí)后，調(diào)用Android SDK提供的DownloadManager接口，進(jìn)行下載。

3 應(yīng)用平臺(tái)與客戶端測(cè)試

3.1 測(cè)試環(huán)境

本測(cè)試環(huán)境下使用的移動(dòng)終端采用三星galaxy4，該機(jī)型采用的是Android4.4.2系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為中國(guó)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 攝像機(jī)選型

本次實(shí)驗(yàn)使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是型號(hào)為C7837WIP，生產(chǎn)廠商為深圳威視達(dá)康。攝像機(jī)具體參數(shù)如表2所示。

表2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)參數(shù)Tab.2 Parameters of wireless ip camera

3.3 應(yīng)用平臺(tái)與功能測(cè)試

軟件安裝完成后對(duì)核心功能進(jìn)行測(cè)試。輸入賬號(hào)密碼驗(yàn)證成功后進(jìn)入APP主界面，選擇相應(yīng)的攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽。登陸界面和設(shè)備列表界面如圖4所示。點(diǎn)擊需要預(yù)覽的攝像機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)預(yù)覽界面，在4G網(wǎng)絡(luò)下，視頻流暢，卡頓和掉幀率較低，穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性都比較好。實(shí)時(shí)監(jiān)控效果圖如圖5所示。

圖4 登陸界面和設(shè)備列表界面Fig.4 UI of log in and camera list

4 結(jié) 論

本文以Android為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了一款針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的客戶端。通過(guò)和服務(wù)器之間進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)用戶登陸，注冊(cè)，添加刪除攝像機(jī)等功能；利用攝像機(jī)廠商提供的網(wǎng)絡(luò)SDK獲得視頻流，再結(jié)合Android提供的SurfaceView接口實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽；程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到使用場(chǎng)景和用戶體驗(yàn)，將大部分操作移動(dòng)到后臺(tái)執(zhí)行，同時(shí)自動(dòng)更新客戶端版本，同時(shí)用戶界面人性化，操作簡(jiǎn)單。整個(gè)方案可以應(yīng)用到許多多媒體應(yīng)用中，如視頻數(shù)據(jù)采集，庭院看護(hù)，以及遠(yuǎn)程交流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠隨時(shí)隨地的實(shí)時(shí)視頻服務(wù)。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)控效圖Fig.5 Picture of video surfaceillance

[1]Shane Conder，Lauren Darcey.Android wireless application development[M].Boston:Addison-Wesley，2010.

[2]Reto Meier.Professional Android 2 application development[M].Indianapolis：Wiley Pub，2009.

[3]James Steele，Nelson.To The Android developer's cookbook:building applications with the Android SDK[M].Boston：Addison-Wesley，2010.

[4]柯元旦，宋銳.Android程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

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[6]丁偉.基于Android平臺(tái)的移動(dòng)流媒體客戶端[D].廣州：中山大學(xué)，2010.