智能化住宅小區移動安防監控系統設計

馮楚翔 張愛華

摘要：以計算機和網絡通信技術為基礎的智能化小區建設是未來的發展方向，能夠提供安全便捷的生活環境。為了提高智能化小區的安防水平，適應移動信息時代的需要，該文基于Android架構設計了移動安防監控系統。首先，構建了由應用層、業務層、服務層、管理層和協議層組成的系統層次結構;然后，基于H.264技術標準設計了視頻編解碼過程;最后，按照視頻接收、視頻解碼和視頻播放設計了移動端監控視頻播放程序，解決了系統開發的關鍵問題。

關鍵詞：智能化住宅小區;Android;移動安防;監控系統;H.264技術標準;視頻編解碼

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0056-02

智能化住宅是信息時代的產物，充分利用了計算機技術和網絡通信技術，提供舒適便利的生活環境。安防監控系統是智能化小區建設的重要組成部分，可以為小區業主提供移動視頻監控，也可以小區保安提供固定端的視頻監控，還可以提供預警功能，建立公安、物業和居委會的聯動機制，全方位保障小區居民安全。本系統按照人防、物防和技防相結合的方針[1]，充分利用移動信息技術，滿足智能化小區安防建設的需要。

1 系統層次結構

分層是目前軟件開發普遍采用的解決方案，層與層之間采用統一的訪問接口，提高了系統的維護性、擴展性和可重用性。智能化住宅小區移動安防監控系統開發也采用分層結構，由應用層、業務層、服務層、管理層和協議層構成[2]，如圖1所示。

對于如圖1所示的智能化住宅小區移動安防監控系統層次結構，各層簡要說明如下：應用層，直接面向終端用戶，供終端用戶直接操作使用，可以是固定端用戶，也可以是移動端用戶。業務層，實現具體的業務邏輯，集中體現系統的業務流程和業務需求，本系統業務層由五個分系統構成。服務層，為業務層和管理層提供服務，具體的服務內容很多，包括數據訪問服務、流媒體服務和重定向服務等。管理層，為了保證系統的正常運行并適應需求的變化，用于系統管理員對系統進行的日常維護和參數設置等工作。協議層，由支持系統運行的若干協議構成，包括簡單網絡管理協議和視頻編碼解碼協議等。

2 視頻編解碼過程

視頻編解碼是安防監控系統開發的核心技術，選擇是否合理直接影響系統性能，本系統選擇使用容錯能力強的H.264視頻編解碼技術標準，視頻編解碼過程如圖2所示。

H.264視頻編解碼標準的網絡適應性強，具有很高的數據壓縮比率，能夠提供清晰、連續和流暢的視頻圖像，被很多的安防監控系統所使用。對于圖2所示的H.264視頻編解碼過程，編碼過程上部分為編碼過程，下部分為解碼過程。當前圖像是指當前待編碼的圖像;參考圖像是通過列表進行管理，方便對當前圖像進行編碼;重建圖像是指上一次清空緩存后，所有新解碼的圖像。H.264編碼過程采用變換和預測的混合編碼方法， DCT變換主要用于將數據或圖像的壓縮，預測又包括幀間預測和幀內預測，幀間預測是通過圖像幀間的時間相關性來壓縮圖像，幀內預測采用單向預測、雙向預測和重疊快補償[3]。逆DTC變換也稱為反DTC變換，用于對壓縮圖像進行解壓縮。 H.264視頻編碼過程中，還涉及運動估計和運動補償，二者是連續的過程，運動估計用于估計每個塊或宏塊兩者之間空間位置的相對偏移量，目前主要采用基于特征的快速頑健的FFRGMET方法[4];運動補償用來減少視頻序列中的空域冗余，目的是提高壓縮比率。視頻編碼過程經過重排序和熵編碼后生成碼流，經過傳輸路徑后進入到解碼過程，從壓縮后的碼流中得到解碼所涉及的信息，經過重排序、反量化和DTC變換，再經過濾波過程，得到解碼的圖像。

3 Android系統架構解析

Android是世界范圍內目前應用最廣泛的移動端操作系統，截至2020年6月在中國市場的占有率是78.4%，比一年前提高了1.9個百分點，占有率是全球第二大移動端操作系統iOS的近3.7倍，二者呈現出八二格局[5]。因此，智能化住宅小區移動安防監控系統基于Android系統開發，就能直接為近百分之八十的小區居民提供服務。Android系統架構如圖3所示。

對于圖3所示的Android系統架構，由應用部分、核心部分和底層部分構成。應用部分對應應用層，應用層由多個活動構成，可以直接運行于安裝有Android系統的平臺。核心部分由框架層、核心類庫和運行時構成，框架層提供了系統開發的應用程序接口，可以方便地訪問;核心類庫包含有若干Android的庫文件，為軟件開發提供核心應用程序接口;運行時分為核心庫和Dalvik虛擬機兩部分，Java代碼必須在虛擬機的解釋下才能被執行。底層部分對應Linux內核，實現了很多重要的體系結構屬性，允許動態可加載內核模塊，為上層提供統一服務。

4 移動端監控視頻播放設計

移動端監控視頻播放是智能化住宅小區移動安防監控系統的核心程序，也是用戶頻繁應用的程序，該程序的設計質量直接影響用戶體驗。設計該程序的主要工作就是解決視頻接收與視頻解碼問題。視頻接收與解碼流程如圖4所示[6]。

對于圖4所示的視頻接收與解碼流程，左側是視頻接收流程，右側是視頻解碼流程，視頻接收成功后進入視頻解碼過程，視頻解碼成功后進入視頻播放過程，這是一個連續的過程。在視頻解碼流程中，需要依據H.264協議，解碼成功后可以使用Media Player媒體播放器進行播放。

參考文獻：

[1] 金鳳.某住宅小區視頻監控系統及配套工程設計研究[J].電腦知識與技術，2019，15（33）：285-286.

[2] 董全義.上海航華小區智能監控系統的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2016.

[3] Boonthep N，Chamnongthai K，Phensadsaeng P.H.264 video coding-based motion estimation architecture for video broadcasting from a studio[J].Wireless Personal Communications，2020，115（4）：2851-2874.

[4] 百度經驗. H.264編碼中的運動估計和補償方法[EB/OL].（2019-07-20）[2020-12-25]. https：//jingyan.baidu.com/article/546ae18558ae145149f28c9f.html.

[5] 劉文軒. QuestMobile： 2020中國智能終端市場Android、iOS八二開[EB/OL].（2020-08-04）[2020-12-25]. https：//www.donews.com/news/detail/5/3106079.html.

[6] 楊柯.基于Android的養殖場移動視頻監控系統的設計[J].黑龍江畜牧獸醫，2017（19）：137-140，295.

【通聯編輯：聞翔軍】