摘要：為了實現(xiàn)移動視頻監(jiān)控，提出了一種基于智能手機的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的體系結構和硬件平臺，闡述了嵌入式操作系統(tǒng)Android應用程序的開發(fā)方法，并結合實際的應用系統(tǒng)，重點論述了Android平臺上視頻監(jiān)控客戶端的設計思路。移植了音視頻解碼庫FFmpeg進行H.264視頻解碼，并采用OpenGLES實現(xiàn)實時視頻顯示。在無線局域網(wǎng)絡的環(huán)境下對視頻監(jiān)控終端進行測試，達到了利用手機進行移動視頻監(jiān)控的目的。
　　
　　隨著多媒體技術、視頻壓縮技術以及網(wǎng)絡傳輸技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向持續(xù)發(fā)展，并越來越廣泛地滲透到政府、教育、娛樂、醫(yī)療等領域。目前大部分的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于WEB服務器的，監(jiān)控終端為PC機，用戶使用瀏覽器獲取監(jiān)控服務。由于互聯(lián)網(wǎng)接入地點的限制，普通的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控無法滿足用戶在任何時間、任何地點獲取監(jiān)控信息的需求。
　　
　　本文介紹了一種以Android智能手機為終端的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控與移動多媒體技術相結合，真正實現(xiàn)了移動視頻監(jiān)控。
　　
　　1、系統(tǒng)的結構
　　
　　本文中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S體系結構。
　　
　　如圖1所示，該系統(tǒng)由視頻采集端（攝像頭），視頻服務器以及監(jiān)控客戶端等構成。
　　
　　視頻服務器是整個系統(tǒng)的核心部分，它將攝像頭采集到的原始模擬信號轉換為數(shù)字信號，并對視頻數(shù)據(jù)進行編碼壓縮，zui后通過Internet將壓縮后的數(shù)據(jù)傳送至客戶端?？蛻舳送ㄟ^TCP/IP協(xié)議訪問服務器，通過對視頻數(shù)據(jù)的接收、解碼以及顯示，實現(xiàn)實時預覽功能。客戶端也可以根據(jù)用戶需求發(fā)送控制命令，實現(xiàn)對前端設備的控制操作，如云臺控制等。
　　
　　服務器部分采用Hi3515處理器芯片為硬件平臺，并移植了嵌入式操作系統(tǒng)Linux作為整個系統(tǒng)運行的軟件環(huán)境。Hi3515是一款基于ARM9處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，具有H.264和MJPEG多協(xié)議編解碼能力。
　　
　　本文以基于Hi3515的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，重點介紹了Android平臺上監(jiān)控客戶端的設計過程。
　　
　　2、Android開發(fā)介紹
　　
　　Android是基于Linux開放性內核的操作系統(tǒng)，是Google公司在2007年11月5日公布的手機操作系統(tǒng)。Android采用軟件堆層的架構，主要分為三部分：底層以Linux核心為基礎，提供基本功能；中間層包括函數(shù)庫和虛擬機；zui上層是各種應用軟件。
　　
　　Android平臺顯著的開放性使其擁有眾多的，應用日益豐富，不僅應用于智能手機，也向平板電腦、智能MP4方面急速擴張。
　　
　　Android應用程序用Java語言編寫，每個應用程序都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例，這個實例駐留在一個由Linux內核管理的進程中。Dalvik支持JavaNativeInterface（JNI）編程方式，Android應用程序可以通過JNI調用C/C++開發(fā)的共享庫，實現(xiàn)"Java+C冶的編程方式。開發(fā)Android應用程序zui簡捷的方式是安裝AndroidSDK和EclipseIDE.
　　
　　Eclipse提供了一個豐富的Java環(huán)境，Java代碼通過編譯后，AndroidDeveloperTools會將它打包，用于安裝。
　　
　　3、監(jiān)控客戶端的設計與實現(xiàn)
　　
　　基于Android平臺的監(jiān)控客戶端的總體框架如圖2所示，分別由網(wǎng)絡通訊模塊、視頻解碼模塊以及視頻顯示模塊等構成。其中網(wǎng)絡通訊模塊接收來自服務器的所有數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行解析，并將視頻數(shù)據(jù)存入到視頻緩沖區(qū)。視頻解碼模塊負責從視頻緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并送入H.264解碼器進行解碼。zui后，采用OpenGL圖形庫將解碼后圖像繪制到屏幕上實現(xiàn)視頻播放。　　　　
　　3.1H.264視頻解碼器的實現(xiàn)
　　
　　在網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻的編碼壓縮是非常必要和關鍵的工作，沒有經(jīng)過壓縮的海量數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)來說是無法承受的[7].H.264是目前的視頻壓縮算法，它由視頻編碼層VCL和網(wǎng)絡提取層NAL兩部分組成。其中，VCL進行視頻編解碼，包括運動補償預測、變換編碼和熵編碼等；NAL采用適當?shù)母袷綄CL視頻數(shù)據(jù)進行封裝打包。H.264標準對編碼效率和圖像質量進行了諸多改進，且抗丟包性能和抗誤碼性能好，適應各種網(wǎng)絡環(huán)境，非常適合于對壓縮率要求高，網(wǎng)絡環(huán)境復雜的移動視頻監(jiān)控。
　　
　　客戶端接收的數(shù)據(jù)是經(jīng)過H.264編碼壓縮后的數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過H.264解碼還原視頻圖像后才能夠顯示，因此，H.264解碼器是客戶端的關鍵部分。這里移植了開源的音視頻解碼庫FFmpeg進行H.264解碼。在Android應用程序中使用FFmpeg的步驟如下：
　　
　?。?）在Linux環(huán)境下安裝Android原生開發(fā)工具包NDK.
　　
　　（2）創(chuàng)建jni文件夾，將FFmpeg工程復制到文件夾下。創(chuàng)建H264Decoder.c源文件，提供Android程序使用的接口函數(shù)，文件需要包括JNI的操作頭文件<jni.h>,且函數(shù)名有固定的形式，如com_ipcamera_PreView_H264Decoder表示com_ipcamera包下面PreView類中H264Decoder函數(shù)。
　　
　　（3）創(chuàng)建Android.mk文件，該文件包含正確構建和命名庫的MakeFile說明。分別在LOCAL_SRC_FILES和LOCAL_C_INCLUDES項中添加編譯模塊所需源文件和頭文件目錄。
　　
　?。?）執(zhí)行NDK開發(fā)包中的ndk鄄build腳本，生成對應的。so共享庫，并復制到Android工程下的libs/armeabi目錄下。
　　
　?。?）在Android程序中通過System.loadLibrary（"庫名稱冶）加載所需要的庫，加載成功后，應用程序就可以使用H264Decoder函數(shù)進行H.264的解碼。
　　
　　3.2OpenGLES繪圖
　　
　　為了提高繪圖的效率，客戶端使用OpenGLES實現(xiàn)視頻圖像的顯示。OpenGLES是一個2D/3D輕量圖形庫，是跨平臺圖形庫OpenGL的簡化版。
　　
　　OpenGLES專門針對手機、PDA和游戲主機等嵌入式設備而設計，目的是為了充分利用硬件加速，適合復雜的、圖形密集的程序。
　　
　　Android中使用GLSurfaceView來顯示OpenGL視圖，該類繼承至SurfaceView并包含了一個專門用于渲染3D的接口Renderer,主要通過實現(xiàn)ON鄄DrawFrame、onSurfaceChanged以及onSurfaceCreated等方法構建所需的Renderer.解碼器解碼一幀圖像后，調用GLSurfaceView的requeSTRender方法通知OpenGLES完成視頻圖像的顯示。使用OpenGL繪圖的核心代碼如下：　　
　　3.3多線程設計
　　
　　視頻數(shù)據(jù)的接收和解碼都是復雜、持續(xù)的過程，如果其中一個過程出現(xiàn)阻塞會影響整個程序的運行，因此，客戶端使用多線程實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和視頻解碼的并行處理。在整個程序運行過程中，主線程響應用戶操作，負責屏幕刷新工作，并創(chuàng)建兩個子線程：數(shù)據(jù)接收和視頻解碼子線程，處理過程如圖3所示。　　　　
　　在Java中，多線程的實現(xiàn)有兩種方式：擴展java.lang.Thread類或實現(xiàn)java.lang.Runnable接口。這里通過繼承Thread類并覆寫run（）方法實現(xiàn)兩個子線程。在多線程的應用中關鍵是處理好線程之間的同步問題，以解決對共享存儲區(qū)的訪問沖突，避免引起線程甚至整個系統(tǒng)的死鎖。Java多線程主要利用synchronized關鍵字和wait（）、notify（）等方法實現(xiàn)線程間的同步。
　　
　　4、結束語
　　
　　目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室進行測試，服務器輸出15fpsCIF格式的H.264視頻數(shù)據(jù)，客戶端安裝在Android手機上，通過WIFI接入無線局域網(wǎng)中與服務器建立連接，用戶界面如圖4所示，可實現(xiàn)遠程視頻預覽、云臺控制等操作。　　　　
　　隨著3G時代的到來，數(shù)據(jù)傳輸速度有了大幅提升，為移動實時視頻業(yè)務的實現(xiàn)創(chuàng)造更好的條件。
　　
　　手機用戶可以直接接入3G網(wǎng)絡訪問視頻監(jiān)控服務器，實現(xiàn)移動在線的實時視頻監(jiān)控。由此可見，手機視頻監(jiān)控市場潛力巨大，具有很好的發(fā)展前景。