智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

　　目前多數(shù)家居監(jiān)控方案主要采用網(wǎng)絡(luò)攝像頭作為監(jiān)控終端設(shè)備， 用戶可通過Web瀏覽器隨時隨地的監(jiān)控家中狀況， 這給用戶帶來了巨大的便捷。但是， 由于它連續(xù)不間斷的監(jiān)控， 缺點也是顯而易見。首先是對存儲設(shè)備容量有巨大的要求， 由于被迫記錄了大量的非必要視頻， 存儲空間被嚴(yán)重浪費。面對這個問題， 智能化成為對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的又一個主要要求。本文提出的方案是一種基于事件觸發(fā)的機(jī)制， 系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能控制并只保存發(fā)生異常時的視頻文件。這種設(shè)計能有效節(jié)省系統(tǒng)存儲開支、靈活控制監(jiān)控設(shè)備， 為用戶提供很大方便。在基于事件觸發(fā)機(jī)制的方案設(shè)計中， 主要有針對軟、硬件的兩種設(shè)計方向。

　　其一是軟件主導(dǎo)的觸發(fā)方案， 這種方式可以參考motion開源軟件項目的設(shè)計思路， 其原理是對采集到的jpeg圖片進(jìn)行比對， 當(dāng)差異超過規(guī)定閾值則觸發(fā)相應(yīng)動作。motion是一個運行在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下的應(yīng)用軟件， 它最大的特點就是能夠探測采集到畫面有效部分的變化， 也就是說， 能夠監(jiān)測到運動。當(dāng)畫面有變化時， motion將以一定的頻率采集jpeg文件， 并將其壓縮為視頻文件自動保存。

　　這種軟件的實現(xiàn)機(jī)制依托實時的數(shù)據(jù)分析，對系統(tǒng)的處理和運算能力要求較高， 因此， 在實際使用中會有一些限制， 但是， 隨著處理器運算能力的提高， 作為監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展方向，將會有很好的發(fā)展前景。

　　其二是硬件主導(dǎo)的觸發(fā)方案， 本設(shè)計使用的便是這種方式。本系統(tǒng)采用紅外傳感器來探測異常， 同時整合了煙霧傳感器來監(jiān)控火災(zāi)， 當(dāng)監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)異常時便觸發(fā)中斷， 并由中斷處理程序啟動視頻采集和火災(zāi)報警等功能。采集到的視頻和資料將保存在外部存儲設(shè)備上。而門禁系統(tǒng)中的報警開關(guān)， 則可在用戶刷卡回到家中后， 自動關(guān)閉監(jiān)控功能。

　　2.2 數(shù)字壓縮單元

　　本系統(tǒng)采用MPEG-4視頻編碼器來對視頻圖像進(jìn)行壓縮編碼， 并利用FFmpeg視頻處理工具來實現(xiàn)。H.264算法具有很高的編碼效率， 在相同的重建圖像質(zhì)量下， 能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率。H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)， 同時增加了差錯恢復(fù)能力， 能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f， H.264是目前壓縮率最高的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)， 并已在數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

　　本系統(tǒng)的設(shè)計主要是針對家居監(jiān)控應(yīng)用， 家庭中的大部分都采用ADSL等設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。由于會受到上行帶寬的限制， 故導(dǎo)致在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控時視頻信號傳輸不流暢， 影響監(jiān)控效果。

　　針對這種情況， 通過對MPEG系列壓縮算法的核心進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)其采用了I幀、P幀和B幀的模式， 其中I幀是關(guān)鍵幀， P幀是前向預(yù)測幀， B幀是后向預(yù)測幀。譯碼器收到一個I幀， 可無條件立刻解碼； 而當(dāng)譯碼器收到P幀或B幀， 則必須先譯碼前面的P幀或I幀， 然后才能進(jìn)行譯碼。這樣， P幀對于I幀的依賴就形成了很大的延時。之后， 借鑒相關(guān)技術(shù)來對MPEG算法進(jìn)行優(yōu)化， 便可以通過對GOP （Group Of Picture） 這一值進(jìn)行設(shè)置來縮短I幀產(chǎn)生的間隔。這樣， 在以后的擴(kuò)展中， 就可以利用帶寬實時檢測技術(shù)動態(tài)的設(shè)置GOP， 從而最大限度地利用帶寬進(jìn)行視頻傳輸。

　　2.3 嵌入式web服務(wù)器模塊

　　嵌入式Web系統(tǒng)提供有一種經(jīng)濟(jì)實用的互聯(lián)網(wǎng)嵌入式接入方案， 故可為管理、控制和監(jiān)測多種設(shè)備提供一個很好的途徑。由于嵌入式設(shè)備中的資源有限， 只能選擇輕量級的Web Server （如：thttpd、boa等）， 考慮到應(yīng)用的廣泛性， 本系統(tǒng)也選擇了boa服務(wù)器。作為與用戶交互的主要方式，Web page力求簡潔， 并可提供很多的功能接口。

　　這些功能接口基本可以分為兩種類型， 一種是觸發(fā)動作功能， 主要利用button觸發(fā)實現(xiàn)現(xiàn)場圖片的采集等動作的操作。另一種是文件交互功能，這種功能的實現(xiàn)相對比較復(fù)雜， 它不只需要button觸發(fā)， 還需要一些文本域作為用戶配置的傳遞機(jī)制。動態(tài)Web交互功能主要通過form窗體來實現(xiàn)， 當(dāng)用戶點擊功能接口， 瀏覽器將窗體內(nèi)容通過http協(xié)議傳輸給服務(wù)器后， 服務(wù)器再根據(jù)form中的action字段來調(diào)用相應(yīng)的CGI文件。在經(jīng)過CGI的一系列URL解析動作后， 即可得到對應(yīng)參數(shù)， 系統(tǒng)根據(jù)得到的參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)，最終實現(xiàn)用戶對動態(tài)頁面的操作功能。

　　本系統(tǒng)在文件交互功能Web頁設(shè)計中采用了iframe嵌入CGI文件的方式， CGI代碼同時擔(dān)負(fù)讀寫文件和頁面顯示兩個功能。這種實