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一种基于Android智能手机的远程视频监控的设计.pdf

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一种 基于 ANDROID 智能手机 远程 视频 监控 设计
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第 34 卷 第 6 期 2 0 11 年 12 月 电 子 器 件 C h i n e s e J o u r n a l o f E l e c t r o n D e v i c e s V ol . 3 4 摇 N o . 6 D ec . 2 01 1 项 目 来 源 : 江 苏 省 自 然 科 学 基 金 项 目 ( B K 2 0 1 0 1 6 7 ) 收 稿 日 期 : 2 0 1 1 - 0 7 - 2 1 摇 摇 修 改 日 期 : 2 0 1 1 - 0 8 - 1 2 D e s i gn of R e m ot e V i d e o M on i t or i n g B as e d on A n d r oi d S m ar t P h on e * CA O Xia o fa n g , W A N G Ch a o * , L I J ie ( C o l l e ge o f E l e c t r o ni c Sc i e nc e and E ngi ne e r i ng , So ut he as t U ni v e r s i t y , N anj i ng 210096 , C hi na ) A b s t ract : I n or d er t o r eal i z e m obi l e vi d eo m oni t or i ng , a r em ot e vi deo m oni t or i n g s ys t em bas ed on s m ar t p hone i s p r es ent ed . T hi s p aper i nt r oduces t he ar chi t ect ur e and h ar d w ar e pl at f or m of t he s ys t em and t h e deve l opm ent m et h odol ogy of A n d r oi d appl i cat i ons , and com b i ni ng w i t h t h e pr act i cal s ys t em , i t em ph at i cal l y di s cus s es t he i m pl e鄄 m ent at i on of t h e cl i ent pr ogr am bas ed on A n d r oi d . I t anal ys es t h e por t i ng m et hod of F F m peg l i b r ar y f or H . 2 64 dat a d ecodi ng and t h e us e m et h od of O penG L E S f or r eal 鄄 t i m e di s pl ayi ng . T h e r es ul t of exper i m ent b as ed on W i r el es s n et w or k i ndi cat es t hat t he s ys t em achi eves t h e des i r ed goal t hat r eal i z es m obi l e vi deo m oni t or i n g b y s m ar t phone . K ey w o rd s : m obi l e m oni t or i n g ; A nd r oi d ; H . 26 4 ; O penG L E S ; m u l t i t hr ead E E A C C : 6 21 0 L ; 72 00 摇 摇 摇 摇 d o i : 10 . 3 96 9 / j . i s s n . 1005 - 9490 . 2 01 1 . 06 . 02 5 一 种 基 于 A n d r oi d 智 能 手 机 的 远 程 视 频 监 控 的 设 计 * 曹 晓 芳 , 王 摇 超 * , 李 摇 杰 ( 东 南 大 学 电 子 科 学 与 工 程 学 院 , 南 京 2 1 0 0 9 6 ) 摘 摇 要 : 为 了 实 现 移 动 视 频 监 控 , 提 出 了 一 种 基 于 智 能 手 机 的 远 程 视 频 监 控 系 统 。 介 绍 了 监 控 系 统 的 体 系 结 构 和 硬 件 平 台 , 阐 述 了 嵌 入 式 操 作 系 统 A n d r o i d 应 用 程 序 的 开 发 方 法 , 并 结 合 实 际 的 应 用 系 统 , 重 点 论 述 了 A n d r o i d 平 台 上 视 频 监 控 客 户 端 的 设 计 思 路 。 移 植 了 音 视 频 解 码 库 F F m p e g 进 行 H . 2 6 4 视 频 解 码 , 并 采 用 O p e n G L E S 实 现 实 时 视 频 显 示 。 在 无 线 局 域 网 络 的 环 境 下 对 视 频 监 控 终 端 进 行 测 试 , 达 到 了 利 用 手 机 进 行 移 动 视 频 监 控 的 目 的 。 关 键 词 : 移 动 监 控 ; A n d r o i d ; H . 2 6 4 ; O p e n G L E S ; 多 线 程 中 图 分 类 号 : T P 3 9 摇 摇 摇 摇 文 献 标 识 码 : A 摇 摇 摇 摇 文 章 编 号 : 1 005 - 9490 ( 20 11 ) 06 - 0709 - 04 摇 摇 随 着 多 媒 体 技 术 、 视 频 压 缩 技 术 以 及 网 络 传 输 技 术 的 发 展 , 视 频 监 控 正 朝 着 数 字 化 、 网 络 化 、 智 能 化 方 向 持 续 发 展 , 并 越 来 越 广 泛 地 渗 透 到 政 府 、 教 育 、 娱 乐 、 医 疗 等 领 域 [ 1 - 2 ] 。 目 前 大 部 分 的 网 络 视 频 监 控 系 统 是 基 于 W E B 服 务 器 的 , 监 控 终 端 为 P C 机 , 用 户 使 用 浏 览 器 获 取 监 控 服 务 。 由 于 互 联 网 接 入 地 点 的 限 制 , 普 通 的 网 络 视 频 监 控 无 法 满 足 用 户 在 任 何 时 间 、 任 何 地 点 获 取 监 控 信 息 的 需 求 [ 3 - 4 ] 。 本 文 介 绍 了 一 种 以 A n dr oi d 智 能 手 机 为 终 端 的 视 频 监 控 系 统 , 该 系 统 将 传 统 的 视 频 监 控 与 移 动 多 媒 体 技 术 相 结 合 , 真 正 实 现 了 移 动 视 频 监 控 。 1 摇 系 统 的 结 构 本 文 中 的 视 频 监 控 系 统 采 用 C / S 体 系 结 构 。 如 图 1 所 示 , 该 系 统 由 视 频 采 集 端 ( 摄 像 头 ) , 视 频 服 务 器 以 及 监 控 客 户 端 等 构 成 。 图 1 摇 视 频 监 控 系 统 总 体 结 构 视 频 服 务 器 是 整 个 系 统 的 核 心 部 分 , 它 将 摄 像 头 采 集 到 的 原 始 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 信 号 , 并 对 视 频 数 据 进 行 编 码 压 缩 , 最 后 通 过 I nt er net 将 压 缩 后 的 数 据 传 送 至 客 户 端 。 客 户 端 通 过 T C P / I P 协 议 访 问 服 务 器 , 通 过 对 视 频 数 据 的 接 收 、 解 码 以 及 显 示 , 实 现 实 时 预 览 功 能 。 客 户 端 也 可 以 根 据 用 户 需 求 发 送 控 制 命 令 , 实 现 对 前 端 设 备 的 控 制 操 作 , 如 云 台 控 制 等 。 服 务 器 部 分 采 用 H i 3 515 处 理 器 芯 片 为 硬 件 平电 摇 子 摇 器 摇 件 第 3 4 卷 台 , 并 移 植 了 嵌 入 式 操 作 系 统 L i n ux 作 为 整 个 系 统 运 行 的 软 件 环 境 。 H i 3 515 是 一 款 基 于 A R M 9 处 理 器 内 核 以 及 视 频 硬 件 加 速 引 擎 的 高 性 能 通 信 媒 体 处 理 器 , 具 有 H . 2 64 和 M J P E G 多 协 议 编 解 码 能 力 [ 5 ] 。 本 文 以 基 于 H i 3 515 的 远 程 视 频 监 控 系 统 为 例 , 重 点 介 绍 了 A n d r oi d 平 台 上 监 控 客 户 端 的 设 计 过 程 。 2 摇 A n d r o id 开 发 介 绍 A n d r oi d 是 基 于 L i n u x 开 放 性 内 核 的 操 作 系 统 , 是 G oogl e 公 司 在 2 007 年 1 1 月 5 日 公 布 的 手 机 操 作 系 统 。 A n dr oi d 采 用 软 件 堆 层 的 架 构 , 主 要 分 为 三 部 分 : 底 层 以 L i n ux 核 心 为 基 础 , 提 供 基 本 功 能 ; 中 间 层 包 括 函 数 库 和 虚 拟 机 ; 最 上 层 是 各 种 应 用 软 件 。 A n dr oi d 平 台 显 著 的 开 放 性 使 其 拥 有 众 多 的 开 发 者 , 应 用 日 益 丰 富 , 不 仅 应 用 于 智 能 手 机 , 也 向 平 板 电 脑 、 智 能 M P 4 方 面 急 速 扩 张 。 A n d r oi d 应 用 程 序 用 J ava 语 言 编 写 , 每 个 应 用 程 序 都 拥 有 一 个 独 立 的 D al vi k 虚 拟 机 实 例 , 这 个 实 例 驻 留 在 一 个 由 L i nux 内 核 管 理 的 进 程 中 。 D al vi k 支 持 J ava N at i ve I n t er f ace ( J N I ) 编 程 方 式 , A n dr oi d 应 用 程 序 可 以 通 过 J N I 调 用 C / C + + 开 发 的 共 享 库 , 实 现 “ J ava + C 冶 的 编 程 方 式 。 开 发 A n d r oi d 应 用 程 序 最 简 捷 的 方 式 是 安 装 A n dr oi d SD K 和 E cl i ps e I D E 。 E cl i p s e 提 供 了 一 个 丰 富 的 J ava 环 境 , J ava 代 码 通 过 编 译 后 , A n dr oi d D evel oper T ool s 会 将 它 打 包 , 用 于 安 装 [ 6 ] 。 图 2 摇 客 户 端 总 体 框 架 3 摇 监 控 客 户 端 的 设 计 与 实 现 基 于 A nd r oi d 平 台 的 监 控 客 户 端 的 总 体 框 架 如 图 2 所 示 , 分 别 由 网 络 通 讯 模 块 、 视 频 解 码 模 块 以 及 视 频 显 示 模 块 等 构 成 。 其 中 网 络 通 讯 模 块 接 收 来 自 服 务 器 的 所 有 数 据 , 对 数 据 进 行 解 析 , 并 将 视 频 数 据 存 入 到 视 频 缓 冲 区 。 视 频 解 码 模 块 负 责 从 视 频 缓 冲 区 中 读 取 数 据 并 送 入 H . 2 64 解 码 器 进 行 解 码 。 最 后 , 采 用 O p enG L 图 形 库 将 解 码 后 图 像 绘 制 到 屏 幕 上 实 现 视 频 播 放 。 3 . 1 摇 H . 2 64 视 频 解 码 器 的 实 现 在 网 络 视 频 监 控 系 统 中 , 视 频 的 编 码 压 缩 是 非 常 必 要和关键的工作 , 没有 经过压缩的海量数据对网络 传 输 系 统 来 说 是 无 法 承 受 的 [ 7 ] 。 H . 2 6 4 是 目 前 最先进 的 视 频 压 缩 算 法 , 它 由 视 频 编码层 V C L 和 网络提取层 N A L 两 部 分 组 成 。 其 中 , V C L 进 行 视 频 编 解 码 , 包 括 运 动 补 偿 预 测 、 变 换 编 码 和 熵 编 码 等 ; N A L 采 用 适 当 的 格 式 对 V C L 视 频 数 据 进 行 封 装 打 包 。 H . 2 6 4 标 准 对 编 码 效 率和图像质量进行了诸多改进 , 且抗丢包性 能和抗 误 码 性 能 好 , 适 应 各 种 网 络 环 境 , 非 常 适 合 于 对 压 缩 率 要 求 高 , 网 络 环 境 复 杂 的 移 动 视 频 监 控 [ 8 - 9 ] 。 客 户 端 接 收 的 数 据 是 经 过 H . 2 6 4 编 码 压 缩 后 的 数 据 , 需 要 经 过 H . 2 6 4 解 码 还 原 视 频 图 像 后 才 能 够 显 示 , 因 此 , H . 2 6 4 解 码 器 是 客 户 端 的 关 键 部 分 。 这 里 移 植 了 开 源 的 音 视频解码库 F F m p e g 进行 H . 2 6 4 解码 。 在 A n d r o i d 应 用 程 序 中 使 用 F F m p e g 的 步 骤 如 下 : ( 1 ) 在 L i n ux 环 境 下 安 装 A n dr oi d 原 生 开 发 工 具 包 N D K 。 ( 2 ) 创 建 j ni 文 件 夹 , 将 F F m peg 工 程 复 制 到 文 件 夹 下 。 创 建 H 2 64 D ecoder . c 源 文 件 , 提 供 A nd r oi d 程 序 使 用 的 接 口 函 数 , 文 件 需 要 包 括 J N I 的 操 作 头 文 件 , 且 函 数 名 有 固 定 的 形 式 , 如 com _ i p cam er a _ P r eV i ew _ H 2 64 D ecoder 表 示 com _ i pcam er a 包 下 面 P r eV i ew 类 中 H 26 4 D ecoder 函 数 。 ( 3 ) 创 建 A n dr oi d . m k 文 件 , 该 文 件 包 含 正 确 构 建 和 命 名 库 的 M akeF i l e 说 明 。 分 别 在 L O C A L _ S R C _ F I L E S 和 L O C A L _ C _ I N C L U D E S 项 中 添 加 编 译 模 块 所 需 源 文 件 和 头 文 件 目 录 。 ( 4 ) 执 行 N D K 开 发 包 中 的 n dk 鄄 bu i l d 脚 本 , 生 成 对 应 的 . s o 共 享 库 , 并 复 制 到 A n dr oi d 工 程 下 的 l i b s / ar m eabi 目 录 下 。 ( 5 ) 在 A n d r o i d 程 序 中 通 过 S y s t e m . l o a d L i b r a r y ( “ 库 名 称 冶 ) 加 载 所 需 要 的 库 , 加 载 成 功 后 , 应 用 程 序 就 可 以 使 用 H 2 6 4 D e c o d e r 函 数 进 行 H . 2 6 4 的 解 码 。 3 . 2 摇 O p en G L E S 绘 图 为 了 提 高 绘 图 的 效 率 , 客 户 端 使 用 O p enG L E S 实 现 视 频 图 像 的 显 示 。 O penG L E S 是 一 个 2 D / 3 D 轻 量 图 形 库 , 是 跨 平 台 图 形 库 O p enG L 的 简 化 版 。 O p enG L E S 专 门 针 对 手 机 、 P D A 和 游 戏 主 机 等 嵌 入 式 设 备 而 设 计 , 目 的 是 为 了 充 分 利 用 硬 件 加 速 , 适 合 复 杂 的 、 图 形 密 集 的 程 序 。 A n dr oi d 中 使 用 G L Sur f aceV i ew 来 显 示 O p enG L 视 图 [ 1 0 ] , 该 类 继 承 至 S ur f aceV i ew 并 包 含 了 一 个 专 门 用 于 渲 染 3 D 的 接 口 R ender er , 主 要 通 过 实 现 on鄄 D r aw F r am e 、 onSur f aceC h anged 以 及 onSur f aceC r eat ed 0 1 7摇 第 6 期 曹 晓 芳 , 王 摇 超 等 : 一 种 基 于 A n dr oi d 智 能 手 机 的 远 程 视 频 监 控 的 设 计 等 方 法 构 建 所 需 的 R ender er 。 解 码 器 解 码 一 帧 图 像 后 , 调 用 G L S ur f aceV i ew 的 r eques t R ender 方 法 通 知 O p enG L E S 完 成 视 频 图 像 的 显 示 。 使 用 O penG L 绘 图 [ 1 1 ] 的 核 心 代 码 如 下 : I n t B u f f e r t e x B u f = I n t B u f f e r . a l l o c a t e ( 1 ) ; g l . g l G e n T e x t u r e s ( 1 , t e x B u f ) ; / / 创 建 纹 理 t e x t u r e = t e x B u f . a r r a y ( ) ; g l . g l B i n d T e x t u r e ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ 2 D , t e x t u r e [ 0 ] ) ; / / 绑 定 纹 理 g l . g l T e x I m a g e 2 D ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ 2 D , 0 , G L 1 0 . G L _ R G B , w i d t h , l e n g t h , 0 , G L 1 0 . G L _ R G B , G L 1 0 . G L _ U N S I G N E D _ S H O R T _ 5 _ 6 _ 5 , T e x t u r e D a t a ) ; / / 生 成 纹 理 , 数 据 格 式 为 R G B 5 6 5 g l . g l T e x P a r a m e t e r x ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ 2 D , G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ M A G _ F I L T E R , G L 1 0 . G L _ N E A R E S T ) ; g l . g l T e x P a r a m e t e r x ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ 2 D , G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ M I N _ F I L T E R , G L 1 0 . G L _ N E A R E S T ) ; / / 线 性 滤 波 g l . g l T e x C o o r d P o i n t e r ( 2 , G L 1 0 . G L _ F L O A T , 0 , t e x C o o r d s ) ; g l . g l E n a b l e C l i e n t S t a t e ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ C O O R D _ A R R A Y ) ; / / 指 定 纹 理 映 射 并 开 启 纹 理 g l . g l D r a w A r r a y s ( G L 1 0 . G L _ T R I A N G L E _ F A N , 0 , 4 ) ; / / 绘 制 四 边 形 g l . g l D i s a b l e C l i e n t S t a t e ( ( G L 1 0 . G L _ T E X T U R E _ C O O R D _ A R R A Y ) ; / / 关 闭 纹 理 3 . 3 摇 多 线 程 设 计 视 频 数 据 的 接 收 和 解 码 都 是 复 杂 、 持 续 的 过 程 , 如 果 其 中 一 个 过 程 出 现 阻 塞 会 影 响 整 个 程 序 的 运 行 , 因 此 , 客 户 端 使 用 多 线 程 实 现 数 据 接 收 和 视 频 解 码 的 并 行 处 理 。 在 整 个 程 序 运 行 过 程 中 ,主 线 程 响 应 用 户 操 作 , 负 责 屏 幕 刷 新 工 作 , 并 创 建 两 个 子 线 程 : 数 据 接 收 和 视 频 解 码 子 线 程 , 处 理 过 程 如 图 3 所 示 。 图 3 摇 子 线 程 处 理 流 程 在 J ava 中 , 多 线 程 的 实 现 有 两 种 方 式 : 扩 展 j ava . l ang . T h r ead 类 或 实 现 j ava . l ang . R unnabl e 接 口 。 这 里 通 过 继 承 T h r ead 类 并 覆 写 r u n ( ) 方 法 实 现 两 个 子 线 程 。 在 多 线 程 的 应 用 中 关 键 是 处 理 好 线 程 之 间 的 同 步 问 题 , 以 解 决 对 共 享 存 储 区 的 访 问 冲 突 , 避 免 引 起 线 程 甚 至 整 个 系 统 的 死 锁 。 J ava 多 线 程 主 要 利 用 s ynchr oni z ed 关 键 字 和 w ai t ( ) 、 n ot i f y ( ) 等 方 法 实 现 线 程 间 的 同 步 [ 1 2 ] 。 4 摇 结 束 语 目 前 , 该 系 统 已 经 在 实 验 室 进 行 测 试 , 服 务 器 输 出 1 5 f ps C I F 格 式 的 H . 2 64 视 频 数 据 , 客 户 端 安 装 在 A n dr oi d 手 机 上 , 通 过 W I F I 接 入 无 线 局 域 网 中 与 服 务 器 建 立 连 接 , 用 户 界 面 如 图 4 所 示 , 可 实 现 远 程 视 频 预 览 、 云 台 控 制 等 操 作 。 图 4 摇 监 控 客 户 端 随 着 3 G 时 代 的 到 来 , 数 据 传 输 速 度 有 了 大 幅 提 升 , 为 移 动 实 时 视 频 业 务 的 实 现 创 造 更 好 的 条 件 。 手 机 用 户 可 以 直 接 接 入 3 G 网 络 访 问 视 频 监 控 服 务 器 , 实 现 移 动 在 线 的 实 时 视 频 监 控 。 由 此 可 见 , 手 机 视 频 监 控 市 场 潜 力 巨 大 , 具 有 很 好 的 发 展 前 景 。 参 考 文 献 : [ 1 ] 摇 杨 鑫 , 牛 建 伟 , 胡 建 平 . 一 种 基 于 H . 264 的 智 能 手 机 监 控 系 统 设 计 与 实 现 [ J ] . 微 电 子 学 与 计 算 机 , 2006 , 23 ( 9 ) : 118 - 119 . [ 2 ] 杨 红 军 . 智 能 视 频 监 控 系 统 的 设 计 研 究 [ J ] . 科 技 情 报 开 发 与 经 济 , 2010 , 20 ( 4 ) : 110 - 111 . [ 3 ] 吕 雪 . 基 于 网 络 的 视 频 监 控 系 统 研 究 [ J ] . 国 外 建 材 科 技 , 2006 , 27 ( 2 ) : 64 - 65 . [ 4 ] 范 金 刚 , 陈 雷 霆 . 基 于 嵌 入 式 W E B 的 网 络 视 频 监 控 系 统 的 设 计 与 实 现 [ J ] . 计 算 机 与 信 息 技 术 , 2005 ( 11 ) : 91 - 92 . [ 5 ] 深 圳 市 海 思 半 导 体 有 限 公 司 . H i 3515 H . 264 编 解 码 处 理 器 用 户 指 南 [ S ] . 2010 . [ 6 ] 韩 超 , 梁 泉 . A ndr o i d 系 统 原 理 及 开 发 要 点 详 解 [ M ] . 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 , 2010 . 1 1 7电 摇 子 摇 器 摇 件 第 3 4 卷 [ 7 ] 西 刹 子 . 安 防 天 下 — — — 智 能 网 络 视 频 监 控 技 术 详 解 与 实 践 [ M ] . 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 2010 . 298 - 300 . [ 8 ] 张 新 安 . 基 于 H i 3510 的 H . 264 编 解 码 器 的 设 计 与 实 现 [ J ] . 电 子 技 术 , 2007 ( Z 1 ) : 58 - 60 . [ 9 ] 毕 厚 杰 . 新 一 代 视 频 压 缩 编 码 标 准 — — — H . 264 / A V C [ M ] . 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社 , 2005 . [ 10 ] 杨 丰 盛 . A ndr o i d 应 用 开 发 揭 秘 [ M ] . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 2010 : 374 - 390 . [ 11 ] 胡 顾 飞 , 汤 文 兵 , 朱 成 亮 . 基 于 A ndr o i d 平 台 的 纹 理 映 射 分 析 与 实 现 [ J ] . 中 国 新 技 术 新 产 品 , 2011 ( 12 ) : 33 . [ 12 ] 王 巍 . J a v a 程 序 设 计 基 础 教 程 [ M ] . 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 , 1998 : 136 - 158 . 曹 晓 芳 ( 1 9 8 6 - ) , 女 , 江 苏 东 台 人 , 硕 士 , 东 南 大 学 硕 士 研 究 生 , 主 要 研 究 方 向 为 嵌 入 式 系 统 的 设 计 , e l i a n e c a o @ 1 6 3 . c o m ; 王 摇 超 ( 1 9 7 7 - ) , 男 , 博 士 , 东 南 大 学 副 研 究 员 , 主 要 研 究 方 向 为 超 大 规 模 集 成 电 路 的 研 究 与 设 计 , 嵌 入 式 系 统 的 设 计 等 。 2 1 7
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