基于Android平臺(tái)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

【摘要】目前，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為智能家居的重要組成部分。智能監(jiān)控系統(tǒng)基于Android操作系統(tǒng)平臺(tái)，以平板式計(jì)算機(jī)作為客戶端，通過HTTP協(xié)議從IP攝像機(jī)下載監(jiān)控圖片，并利用多種算法對(duì)家中各房間或不同角度的情況進(jìn)行智能監(jiān)控。

近年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已在制造企業(yè)、物業(yè)管理、無人職守終端、銀行、交通、倉(cāng)庫(kù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)家庭中有特別需要關(guān)注的物體和區(qū)域時(shí)，家庭的主人可在其所處的家庭環(huán)境中安裝攝像頭，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程觀察其狀況，當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)也可通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控事態(tài)的進(jìn)展。隨著智能移動(dòng)終端的廣泛普及，同時(shí)由于其特有的便攜性和易于接入網(wǎng)絡(luò)的特性，移動(dòng)終端成為動(dòng)態(tài)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的理想選擇。

本文設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)客戶端設(shè)備為Android平板電腦，該客戶端從IP攝像機(jī)獲取實(shí)時(shí)的監(jiān)控圖片，根據(jù)不同場(chǎng)景用不同算法來判斷家中有無人員出入，標(biāo)注關(guān)注對(duì)象并智能跟蹤，辨別各房間的照明情況及電視、計(jì)算機(jī)等家電的使用情況，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)4路智能監(jiān)控。

1監(jiān)控平臺(tái)介紹

1.1客戶端平臺(tái)介紹

客戶端采用Android智能操作系統(tǒng)，Android是Google公司于2007年11月5日發(fā)布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱。該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，底層Linux內(nèi)核只提供基本功能，其他的應(yīng)用軟件則由各公司自行開發(fā)，部分程序以Java編寫。

2011年初數(shù)據(jù)顯示，僅正式上市2年的Android操作系統(tǒng)已超越稱霸10年的Symbian系統(tǒng)，躍居全球最受歡迎的智能手機(jī)平臺(tái)?，F(xiàn)在，Android系統(tǒng)不僅應(yīng)用于智能手機(jī)，也在平板電腦市場(chǎng)急速擴(kuò)張。同時(shí)，Android智能手機(jī)操作系統(tǒng)具有5大優(yōu)勢(shì)：開放性、擺脫運(yùn)營(yíng)商的束縛、豐富的應(yīng)用選擇、開發(fā)商不受任何限制和無縫結(jié)合的Google應(yīng)用。

1.2IP攝像機(jī)介紹

IP攝像機(jī)是一種可產(chǎn)生數(shù)字視頻流，并將視頻流通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)備，其不需要額外的軟硬件，便可以將活動(dòng)的數(shù)字圖像直接傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，使在世界各地的計(jì)算機(jī)都可以通過瀏覽器觀看實(shí)時(shí)活動(dòng)數(shù)字圖像。IP攝像機(jī)支持TCP/IP,SMTPE-mail,HTTP以及其他Internet協(xié)議，支持諸如Windows,Unix,Mac及OS/2等多種操作系統(tǒng)。

該設(shè)計(jì)采用?？低暪镜腄S-2DM1-502型網(wǎng)絡(luò)中速智能球型攝像機(jī)，支持客戶端通過HTTP協(xié)議下載監(jiān)控圖片和H.264碼流。

2程序設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)

2.1客戶端設(shè)計(jì)原理。

該設(shè)計(jì)采用Android系統(tǒng)的平板電腦為客戶端，客戶端的軟件流程如圖1所示。

系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)大體分為兩部分：與IP攝像機(jī)連接，獲取所需視頻流；根據(jù)監(jiān)控場(chǎng)景做出相應(yīng)判斷及響應(yīng)。

2.1.1獲取監(jiān)控視頻

客戶端通過WiFi與IP攝像機(jī)連接，登錄IP攝像機(jī)后，選擇監(jiān)控頻道，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)4路智能監(jiān)控，即可以觀察家中的基本情況：家中有無人員進(jìn)出，是否有人在家，對(duì)監(jiān)控中出現(xiàn)的對(duì)象進(jìn)行關(guān)注跟蹤，辨別各房間照明情況以及電視、計(jì)算機(jī)等家電的使用情況等?？蛻舳藢?shí)現(xiàn)方法為啟用多線程控制4路監(jiān)控任務(wù)，使每路監(jiān)控任務(wù)具有相對(duì)獨(dú)立性，以便更換頻道。

多線程的具體實(shí)現(xiàn)方法有兩種，分別是繼承Thread線程類和實(shí)現(xiàn)Runnable接口?？蛻舳巳舨捎美^承Thread線程類的方法，則不能繼承除線程類之外的其他類，而界面子線程必須繼承View視圖類，所以本設(shè)計(jì)采用第二種方法。監(jiān)控實(shí)現(xiàn)中，每一路畫面都是一個(gè)單獨(dú)的線程，也是一個(gè)完整的視圖，它是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口且繼承View類的類對(duì)象。因此每個(gè)對(duì)象之間相互獨(dú)立，每路監(jiān)控畫面相互獨(dú)立，可以靈活選擇監(jiān)控頻道，以便后臺(tái)控制管理。

界面實(shí)現(xiàn)上，主界面為4路監(jiān)控窗口，初始選擇監(jiān)控頻道后便可通過HTTP協(xié)議獲取監(jiān)控圖片序列，根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行算法處理，并播放智能監(jiān)控畫面。

2.1.2程序優(yōu)化

客戶端需要根據(jù)不同場(chǎng)景調(diào)用不同的智能監(jiān)控算法對(duì)發(fā)生的事件進(jìn)行判斷與識(shí)別，這一過程包含了大量的圖像處理運(yùn)算，如灰度化、背景建模差分、中值濾波和形態(tài)學(xué)運(yùn)算等。Android操作系統(tǒng)的開發(fā)語(yǔ)言為Java,但是純Java編程的圖像處理程序在Android手機(jī)上的運(yùn)行速度是其很大的問題。通過JNI（JavaNativeInterface）技術(shù)在Java程序中調(diào)用C程序模塊，明顯地提高了應(yīng)用程序的運(yùn)行速度。筆者截取了40幀作為觀察對(duì)象，程序各主要運(yùn)算步驟的平均運(yùn)行時(shí)間如表1所示，從中可以看出運(yùn)行時(shí)間縮短到了原來的1/18~1/17.

表1主要算法Java和JNI實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行時(shí)間比較

2.2功能與實(shí)現(xiàn)

該設(shè)計(jì)的智能監(jiān)控系統(tǒng)具有3大功能：管理家中所有攝像頭，可靈活選擇監(jiān)控點(diǎn)；執(zhí)行多種不同智能算法；能夠和其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能家居控制。

筆者用不同的實(shí)際場(chǎng)景對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，系統(tǒng)的功能描述與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

1）多路監(jiān)控。

獲取實(shí)時(shí)監(jiān)控圖片，同屏顯示最多4路經(jīng)后臺(tái)算法處理后的智能監(jiān)控畫面，如圖2所示。若需更換監(jiān)控頻道，可點(diǎn)擊監(jiān)控界面右側(cè)的路數(shù)列表，即可彈出頻道選擇欄，進(jìn)行頻道更換，以便更全面地實(shí)時(shí)監(jiān)控家中情況，如圖3所示。

2）入侵檢測(cè)。

如圖4所示，該系統(tǒng)利用運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)和識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的入侵檢測(cè)，從而判斷人員進(jìn)出情況，并在有陌生人入侵時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。報(bào)警形式為彈出提示信息，并在該監(jiān)控頻道窗口外圍添加不停閃爍的紅色邊框。

3）家電使用情況監(jiān)測(cè)。

該系統(tǒng)可檢測(cè)各房間的照明情況，如某房間長(zhǎng)時(shí)間無人活動(dòng)或在室內(nèi)光線充足時(shí)，將彈出提示信息提醒用戶遠(yuǎn)程控制智能家電，關(guān)閉不必要的照明設(shè)備，如圖5所示。

該系統(tǒng)也可根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示器或者電視屏幕的畫面亮度與明暗變化和屋內(nèi)有無人員來判斷計(jì)算機(jī)和電視是否有人使用，并通知用戶進(jìn)行處理，如圖6所示。

4）對(duì)象跟蹤。

用戶可根據(jù)需求，選中監(jiān)控畫面中出現(xiàn)的對(duì)象作為感興趣目標(biāo)，該系統(tǒng)將執(zhí)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序，對(duì)該對(duì)象的運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行實(shí)時(shí)圈定，方便監(jiān)控管理，如圖7所示。

3總結(jié)

該智能監(jiān)控系統(tǒng)允許用戶選定多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，從而能夠全面及時(shí)地遠(yuǎn)程觀察家中情況，并且可在異常情況發(fā)生時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)以提醒用戶家中發(fā)生危險(xiǎn)。

另外，當(dāng)家中無人或在某一房間無人員活動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也可提醒用戶關(guān)掉不需要工作的家電以節(jié)約能源，這一功能體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合。此智能監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的便攜性，功能較為完善。