基于Android智能电视的无线视频监控系统的设计

罗欢，周永明，文昊翔

基于Android智能电视的无线视频监控系统的设计

罗欢，周永明，文昊翔

（韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

提出了一种基于安卓系统智能电视的无线视频监控系统的方案，阐述了系统的总体结构，分析并研究了系统的关键技术，完成了系统服务器端与智能终端的设计，使用3G/4G、WiFi等无线网络进行数据传输，设计并实现了整个视频监控系统.经测试表明系统稳定性强，使用方便，具有较大的应用前景.

视频监控；智能电视；安卓；H.264；实时传输协议

随着人们生活水平的逐渐提高与科学技术的快速发展，人们对生活质量与家居安全也越来越重视，视频监控系统作为日常家居安全的重要组成部分之一，从被提出就以准确、直观以及丰富的信息内容等受到大家的广泛重视.传统的视频监控系统大多数采用光纤或电缆来进行视频信息的传输，使用专门的PC机作为监控端，由于网线的限制，不利于监控系统的扩展以及快速搭建，并且需要在指定的地点使用PC机进行监控，这极大的限制了视频监控系统的灵活性［1］.笔者提出一种基于智能电视终端的无线视频监控系统的方案，使用搭载安卓系统的智能电视作为视频监控客户终端，选用3G/4G、WiFi等无线网络进行数据传输，解决了传统视频监控系统的不足之处［2］.

1系统的总体设计

笔者设计了一款基于智能电视终端的无线视频监控系统，能够将采集到的视频信号通过WiFi、3G/4G等无线通信网络传输至智能电视终端，用户可使用智能电视随时的对监控区域的情况进行实时监控，并且可以通过智能终端控制摄像头云台的旋转，全方位的查看监控区域.整个系统从功能上可分为视频采集模块、无线传输模块以及智能终端模块等3个部分（见图1）.

图1系统功能结构图

系统的视频采集模块主要是通过摄像头采集监控区域的视频信号，然后对视频信号进行压缩编码，本系统主要采用H.264编码标准对视频信号进行编解码，将采集到的视频数据进行H.264压缩编码成为数据量较小、适合网络传输的视频格式，然后进行RTP打包发送.该模块同时也能接受来自智能终端模块的控制信号，执行云台旋转等相应操作.无线传输模块的功能主要是通过WiFi、3G/4G等无线网络实现对视频信号与控制信号的无线传输［3-4］.智能终端模块的主要功能是从无线传输模块接收视频信号，然后对视频信号进行H.264视频解码，最后通过智能终端的显示屏进行播放，也能够将接收到的视频信号存储在磁盘中.用户可通过智能终端模块发送控制信号来对监控区域的监控设备进行操控.

系统使用客户端/服务器架构，即C/S架构.服务器端主要包括监控设备与视频服务器，客服端则采用基于安卓系统智能电视，系统的总体设计图见图2.

图2系统总体设计图

2系统服务器端的设计

2.1视频信号的采集与编码

笔者设计的监控系统服务器端采用Tiny210v2嵌入式开发板作为视频服务器，Tiny210v2的核心板选用三星公司的S5PV210作为微处理器，S5PV210是基于Cor texTM-A8内核，支持ARM V7指令集，主频可高达1 GHz，并且内置了MFC(多格式编码器)，可以支持H.264与MPEG-1/2/4等各种格式的硬件编解码，能够满足监控系统对视频服务器的要求.

设计的视频服务器是在Tiny210v2开发板中移植Linux操作系统来实现的.在Linux操作系统中，所有Linux操作系统支持的设备都是以文件的形式存在的，因此可以使用操作普通文件的方式去操作设备文件［5］.在配置Linux内核时可以添加监控设备的驱动程序，在接入监控设备之后会自动在/dev的目录下生成对应的设备文件，使用USB摄像头作为监控设备，在接入USB摄像头之后会自动的在/dev目录下生成/dev/video2文件，对该文件进行操作即可完成视频信号的采集，流程图见图3［6］.

图3视频信号采集流程图

图4视频编码流程图

视频采集完成之后可以使用S5PV210自带的MFC对视频信号进行硬件编码，MFC开发主要由操作系统区域的MFC设备驱动和用户区域的MFC编码器两大部分组成［7］.在使用MFC进行编码时可以使用MFC驱动的I/O接口与API库函数来完成视频编码工作，编码流程图见图4.

2.2视频信号的RTP传输

系统使用RTP传输协议对经过压缩编码之后的视频数据进行传输，需要在传输视频数据之前先对其安装RTP协议进行封装.封装的的过程实际上是将H.264的NALU（网络抽象层单元）存放在RTP协议包的载荷数据部分，两者共同组成一个完整的RTP数据帧［8］.一个NALU通常包括Start Code、NALU Header与NALU Payload三个部分.Start Code只标示着NALU的开始，且固定为“00000001”，通常丢弃Start Code，只保留NALU Header和NALU Payload这两部分的数据存入RTP协议包的载荷数据中，一个RTP数据包见图5［9］.

系统主要通过将JRTPLIB移植到开发板中来实现RTP协议的实时传输，JRTPLIB是一个开源的RTP库，是基于面向对象的C++进行开发的，具备良好的可移植性，能够支持Linux、Windows等多种操作系统.图6是使用RTP协议进行数据传输的流程图，通常在网络中传输的数据包的字节数不能大于网络的MTU（最大传输单元，通常为1 500 byte），视频数据的数据量大，在使用RTP协议封包前需要将NALU与MTU的字节数进行比较，若NALU字节数较大则需要将其分割成多个RTP包进行传输［10］.

图5RTP数据包

图6RTP传输流程图

3系统智能终端的设计

3.1智能终端APP的设计

系统的智能终端是选用智能电视来实现的.智能电视的概念一经提出就引起了社会各界人士对它的关注，各个电视生产厂家都投入大量的资金进行智能电视的研发并迅速推出产品，近年来智能电视正在迅速的占领电视市场.目前市场上智能电视产品大多数是搭载Google公司推出的Android操作系统，笔者选用海尔公司统帅LE42KNH7智能电视作为智能终端.统帅LE42KNH7搭载了Android 4.0的操作系统，全高清的1080P的IPS屏幕，运行的CPU主频为1 GHz，软硬件条件满足系统对智能终端的要求.

智能电视的SDK（软件开发工具包）就是在Android系统原来的SDK上添加了智能电视的扩展API与遥控按键的扩展，使Android系统能够在智能电视上正常运行并进行开发，图7为智能电视的SDK框架.

系统主要使用基于Java的开源软件Eclipse来进行APP的软件开发，在搭建好相关环境之后即可进行开发；主要通过在xml中进行定义、布局从而来实现各个组件的布局，最后形成APP的用户界面［11］.APP的用户界面主要包括4个UI界面：登录界面、网络配置界面、选择监控场所界面以及监控界面，界面切换流程图见图8.

3.2视频解码与播放

在客户终端接收到RTP包之后，即可对RTP包进行数据提取，得到经过H.264编码的视频数据，然后需要对该数据进行H.264解码.通过移植开源的FFmpeg平台至智能电视终端来实现视频的H.264解码，移植完成可以直接调用H.264Decorder函数来完成视频数据的解码工作.

视频的显示主要是通过Surface View来实现的，Surface View是view视图类的一个子类，是经其拓展延伸而来的一个视图类，Surface View类相比于view类的优势在于它能够不停的重新绘制出画面来实现监控视频的播放，在用户界面主线程或子线程中不会造成线程阻塞，出现卡频、按键无效等情况.

图7智能电视的SDK框架

图8UI界面切换流程图

4系统测试

在搭建完成服务器与客户端的开发环境之后，启动服务器与智能电视，系统是在室内无线WiFi局域网的网络环境下进行测试的，需将开发板与智能电视连接到同一无线路由器上，然后需要配置相关网络参数，配置好开发板的IP地址与程序的端口号，启动开发板运用程序.

在服务器端配置完成之后打开智能电视终端的APP，首先进入登录界面，输入对应的用户名和密码，配置好相应的网络参数，选择需要查看的监控场所，即可实现对监控区域的实时监控，图9为系统测试图.

图9系统测试图

通过测试，整个监控系统能够稳定运行，智能电视端能够快速的与服务器端建立连接，整个监控系统达到了预期设想的效果.但在测试的过程中发现监控视频还存在着大约500 ms~800 ms的延时，系统的实时性还需要进一步的改善，可以在后期对H.264压缩编码算法进行进一步的优化来提升系统的实时性.

参考文献：

［1］李江.基于Android的4G网络移动高清视频监控系统关键技术的研究[D].杭州：浙江大学，2016.

［2］高海燕.基于Android平台的视频监控系统多协议客户端的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2014.

［3］武一，张圣鹏，丁涵.基于android和云平台的智能家居系统设计与实现[J].电视技术，2015，39(22)：27-30.

［4］曹晓芳，王超，李杰.一种基于Android智能手机的远程视频监控的设计[J].电子器件，2011（6）：709-712.

［5］罗欢.基于Android智能电视视频监控系统的研究与实现[D].广州：广东工业大学，2014.

［6］王浩，韩敏，董杰.基于Android平台的车载视频智能监控系统的研究[J].电子技术应用，2016，42(6)：121-123，127.

［7］李飞霞.基于Android的移动视频监控系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

［8］董杰，辛吉涛，连捷.基于Android系统的H.264视频直播技术研究[J].电视技术，2015，39(4)：11-15.

［9］Srinivasan K S.The Effects of Priority Levels and Buffering on the Statistical Multiplexing of Single-Layer H.264/AVC and SVC Encoded Video Streams[J].IEEE Transactions on Broadcasting，2010，56(3)：281-286.

［10］任守华，王胜华，刘士雷，等.基于3G和H.264技术的无线视频监控系统[J].计算机应用研究，2010（4）：1554-1556，1559.

［11］罗欢，谢云，李丕杉.基于Android智能电视的视频监控的设计[J].电视技术，2013，37(22)：85-87.

On the Design of Wireless Video Surveillance System Based on Android Smart TV Terminal

LUO Huan，ZHOU Yong-ming，WEN Hao-xiang
（Institute of Physics and Mechanical and Electrical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

The program of a wireless video surveillance system based on Android smart TV terminals is proposed in this paper.The overall structure of the system is described and the key technologies of the system is analyzed.The data transmission between server terminal and the intelligent terminal using 3G/4G，Wifi or other wireless network is finally designed to complete the entire video surveillance system.The experimental results indicate that the proposed system has great prospects for its strong stability and easy controllability.

video surveillance；smart TV；Android；H.264；RTP

TN99%

A%%%

1007-5348（2017）03-0057-05

（责任编辑：欧恺）

2016-12-14

广东省自然科学基金项目(2015A030310510)；广东省教育厅科技创新项目(2013KJCX0169)；韶关学院科研项目（S201501006）.

罗欢（1992-），男，江西南昌人，韶关学院物理与机电工程学院教师，硕士；研究方向：物联网及嵌入式技术.