基于Android的溫室智能視頻監控系統研究

劉青

摘 要：為了實現溫室環境視頻監控的移動化和智能化，文中研究了一種基于Android的視頻監控系統。介紹了該溫室環境視頻監控系統的整體架構，闡述了視頻解碼與數據通信等關鍵技術，重點論述了視頻監控手機端Android軟件的設計方案。并在WiFi和4G兩種網絡環境下分別做了測試，測試結果表明，該系統運行穩定可靠，可實現智能手機對溫室大棚進行遠程視頻監控的目的。

關鍵詞：Android系統；智能手機；視頻監控；網絡通信

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

我國目前已成為世界設施作物栽培第一大國[1]，特別是近來環境污染、食品安全等問題格外突出，實現溫室農作物生長過程實時監控是解決以上問題的關鍵。隨著物聯網、移動互聯網等技術的快速發展，溫室智能監控、食品溯源等系統已成為研究熱點。傳統的視頻監控系統需要復雜的綜合布線，多采用視頻服務器和遠程PC端訪問模式，具有施工難度大、價格昂貴和監控靈活度差等問題；在Android平臺的智能終端（安裝了Android視頻監控應用軟件的智能設備，以下簡稱移動端）上開發視頻監控App，使用WiFi或4G網絡，可以實現溫室環境隨時隨地的遠程監控功能。

1 系統架構設計

基于Android的溫室智能視頻監控系統采用C/S架構[2]，整個系統由無線網絡攝像頭、云臺、視頻服務器（以下簡稱服務端）、無線路由器、基礎網絡和智能手機等組成，其架構圖如圖1所示。PC監控端和移動端皆可通過Internet建立連接[3]；移動端在本地WiFi網絡環境下可搜索設備的ID號，通過選擇某監控設備的ID號訪問云臺，控制相應攝像頭，實現視頻的實時監控。移動端通過觸屏方式控制云臺，實現攝像頭的上、下、左、右移動，垂直90度、水平360度的移動近乎可以實現全方位監控功能[4]，系統中常用攝像頭云臺控制指令見表1所列。本文重點論述移動端Android系統監控軟件的方案設計。

2 關鍵技術

視頻數據傳輸由RTP（Real-time Transport Protocol，RTP）與UDP協議共同完成，RTP協議負責控制與服務類信息傳輸，由UTP協議進行打包、分組傳輸，RTP/UTP協議流程圖如圖2所示。Android系統采用Socket機制控制TCP/IP協議實現網絡通信的可靠連接，Socket是一種跨平臺、支持異構語言的編程方式，客戶端程序使用Socket類，服務端程序使用Server Socket類[5]。移動端通過get Server IP（）方法獲取服務端地址，并設置相應端口號，用戶驗證并連接成功后，服務端視頻數據采用輸入流方式進行傳入，然后使用Buffered Reader（）方法讀出數據，經視頻數據編碼處理后顯示在界面上，通信結束后再調用socket.closed（）方法結束通信。系統采用H.264/AVC方法進行視頻硬件編碼，H.264編碼標準能適應多種網絡如高、低寬帶，無線超窄帶寬[6]，移動端數據幀解碼的方法為：int DecodeH264Frame（ byteArray H264， int bFrame， byteArray yuv， int len， intArray size）。

3 系統服務端設計

系統服務端采用C#/CGI方式設計，CGI是外部應用程序與Web服務器之間的標準接口，是信息傳遞的規程。服務端實現視頻數據的采集、存儲及遠程訪問功能，通過網絡獲取視頻數據流程如圖3所示，實例HttpWebRequest類調用WebRequest Create（string requestUriString）發送網絡請求，用GetReponseStream（）方法獲取Internet資源響應，實例化StreamReader類，StreamReader reader = new StreamReader（stream，Encoding.Default），讀取特定編碼數據，在Picturebox控件上顯示圖片信息，定時調用圖像處理代碼的Timer間隔在110 ms時即可實現視頻實時采集。

4 系統移動端設計

移動端程序開發環境為Eclipse+JDK+Android SDK+ADT；測試平臺為小米4LTE-CMCC+Android4.4.4。系統整體設計采用MVC架構，使用Android提供的各種API接口進行實現，主要有系統設置、用戶驗證、圖像處理、數據存儲、視頻播放等功能模塊，如圖4所示。在/res/layout目錄下實現系統界面開發，使用RelativeLayout和FrameLayout布局方式分別實現系統登錄和視頻播放界面，主要布局文件有act_main.xml、add_camera.xml、cont_device_view.xml、ved_play.xml、set_list_item.xml，布局文件等會在R.java中自動生成ID資源號，系統通過R類加以應用。在/src目錄下實現Java主程序的編寫，使用setContentView（view）方法實現布局文件的應用，使用findViewById（id）方法獲得layout 中的控件。在AndroidManifest.xml文件中可實現對Activity等系統組件的注冊，也可開啟系統訪問網絡、攝像頭等權限等，代碼如下所示：

移動端程序設計流程如圖5所示。Android系統使用searchCamera（）方法搜索監控設備的ID，識別并驗證CA_USER、CA_PWD，使用CheckCameraInfo（String mac）方法驗證監控設備MAC地址；用Sstream（string ， int， int）方法請求視頻數據；用Void Init（）方法初始化視頻解碼；使用Bitmap getBitmap（）方法進行圖片數據處理；用void onMeasure（int widthMeasureSpec， int heightMeasureSpec）實現視頻顯示比例；在void openVideo（）方法中實例化Mediaplayer類，如：mMediaPlayer = new MediaPlayer（），實現視頻的播放；使用onCreate（SQLiteDatabase db） 方法創建數據庫，實現用戶信息等數據的存儲；用int Pcontrol（string， int）方法實現云臺控制，命令為第一個參數。移動端視頻監控界面如圖6所示。

5 結 語

本系統利用智能手機的便利性與Android系統平臺的開源性，研究實現了溫室監控從固定的PC端到移動端移植。在WiFi和4G兩種網絡環境下，經反復測試，視頻監控系統運行穩定可靠，延遲小。本系統研究成果可以應用到智能家居、智能交通等領域，具有應用廣泛、使用方便等特點。后期需繼續解決結合傳感器實現智能遠程報警、變焦等問題。

參考文獻

[1]張猛，房俊龍，韓雨.基于ZigBee和Internet的溫室群環境遠程監控系統設計[J].農業工程學報，2013，29（Z）：171-176.

[2]劉萬輝，楊曄.基于Android系統的溫室智能監控系統的設計開發[J].軟件，2013，34（5）：1-3.

[3]楊靖靖，趙榮臻，陶偉偉，等.Android平臺遠程視頻監控系統的設計與實現[J].南通大學學報，2014，13（4）：7-11.

[4]孟飛，王劍峰，朱習軍.一種基于Android的智能視頻監控系統[J].青島科技大學學報，2014，35（5）：524-528.

[5]魏崇毓，張菲菲.基于Android 平臺的視頻監控系統設計[J].計算機工程，2012，38（14）：214-216.

[6]周曉光，翟猛，皮人杰，等.基于Android的物流視頻監控平臺的研究與實現[J].物流技術，2015，34（9）：251-254.