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基于Android平台的智能家居监控系统

I

NFORMATION TERMINAL & DISPLAY

信息终端与显示

【本文献信息】 汪宇, 吕卫, 杨博菲, 等.基于 Android 平台的智能家居监控系统[J].电视技术, 2012, (2) 36 .

基于 Android 平台的智能家居监控系统
(天津大学 电视与图像信息研究所, 天津 300070) 【摘 机作为客户端, 通过 HTTP 协议从 IP 摄像机下载监控图片, 并利用多种算法对家中各房间或不同角度的情况进行智能监控。 【文献标识码】 A 要】 目前, 远程视频监控系统已成为智能家居的重要组成部分。智能监控系统基于 Android 操作系统平台, 以平板式计算



宇, 吕

卫, 杨博菲, 褚晶辉

【关键词】 Android; 客户端; 服务器; 智能监控; 智能家居 【中图分类号】 TP277

Smart Domestic Surveillance System Based on Android Platform
(Institute of TV and Image Information, Tianjin University, Tianjin 300070, China) WANG Yu, L? Wei, YANG Bofei, CHU Jinghui

【Abstract】 Recently, remote video surveillance system became an essential part of a smart home. The intelligent surveillance system proposed in this paper is based on Android OS with a tablet as the client. The tablet can download images from the IP cameras via HTTP protocol and perform intelligent surveillance on individual rooms or different views using series of algorithms. 【Key words】 Android; client; server; intelligent surveillance; smart home

近年来, 视频监控系统已在制造企业、 物业管理、 无 人职守终端、 银行、 交通、 仓库等领域得到广泛应用。当 家庭中有特别需要关注的物体和区域时, 家庭的主人可 在其所处的家庭环境中安装摄像头, 通过网络远程观察 其状况, 当发生意外情况时也可通过网络监控事态的进 展 。随着智能移动终端的广泛普及, 同时由于其特有 的便携性和易于接入网络的特性, 移动终端成为动态监 控和现场监控的理想选择。 本文设计的视频监控系统客户端设备为 Android 平
[1]

手机, 也在平板电脑市场急速扩张。同时, Android 智能 缚、 丰富的应用选择、 开发商不受任何限制和无缝结合的 Google 应用。 1.2 IP 摄像机介绍

手机操作系统具有 5 大优势 [3]: 开放性、 摆脱运营商的束

过有线或无线网络进行传输的设备, 其不需要额外的软 硬件, 便可以将活动的数字图像直接传输到互联网上, 使 在世界各地的计算机都可以通过浏览器观看实时活动数 字图像。IP 摄像机支持 TCP/IP, SMTP E-mail, HTTP 以 2 等多种操作系统[4]。

IP 摄像机是一种可产生数字视频流, 并将视频流通

板电脑, 该客户端从 IP 摄像机获取实时的监控图片, 根 关注对象并智能跟踪, 辨别各房间的照明情况及电视、 计 算机等家电的使用情况, 可同时实现 4 路智能监控。

据不同场景用不同算法来判断家中有无人员出入, 标注

及其他 Internet 协议, 支持诸如 Windows, Unix, 及 OS/ Mac 中速智能球型摄像机, 支持客户端通过 HTTP 协议下载 监控图片和 H.264 码流。 2.1 客户端设计原理 该设计采用海康威视公司的 DS-2DM1-502 型网络

1 监控平台介绍
1.1 客户端平台介绍

Google 公司于 2007 年 11 月 5 日发布的基于 Linux 平台的

客 户 端 采 用 Android 智 能 操 作 系 统 , Android 是

2 程序设计原理及实现
端的软件流程如图 1 所示。 该设计采用 Android 系统的平板电脑为客户端, 客户 系统的具体实现大体分为两部分: IP 摄像机连 与

开源手机操作系统的名称。该平台由操作系统、 中间件、 用户界面和应用软件组成, 底层 Linux 内核只提供基本 功能, 其他的应用软件则由各公司自行开发, 部分程序以 Java 编写 。
[2]

接, 获取所需视频流; 根据监控场景做出相应判断及响 应。 2.1.1 获取监控视频

系统已超越称霸 10 年的 Symbian 系统, 跃居全球最受欢

2011 年初数据显示, 仅正式上市 2 年的 Android 操作

迎的智能手机平台。现在, Android 系统不仅应用于智能

客户端通过 WiFi 与 IP 摄像机连接, 登录 IP 摄像机

36《电视技术》第 36 卷第 2 期(总第 377 期)| 投稿网址 http://www.VideoE.cn

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度是其很大的问题。通过 JNI Java Native Interface) ( 技术

在 Java 程序中调用 C 程序模块, 明显地提高了应用程序 的运行速度。笔者截取了 40 帧作为观察对象, 程序各主 运行时间缩短到了原来的 1/18~1/17。
表1
比较项 灰度化 背景建模 背景差分 中值滤波 形态学运算 处理一帧的时间 Java 104 99 88

要运算步骤的平均运行时间如表 1 所示, 从中可以看出
主要算法 Java 和 JNI 实现的运行时间比较
ms

JNI 11 15 64 5

2 963 5 306 5 938

203 340

2.2

有摄像头, 可灵活选择监控点; 执行多种不同智能算法; 能够和其他联网设备联动, 实现智能家居控制。 笔者用不同的实际场景对该系统进行了测试, 系统 的功能描述与实验结果如下。 后, 选择监控频道, 可同时实现 4 路智能监控, 即可以观 1)多路监控 获取实时监控图片, 同屏显示最多 4 路经后台算法

该设计的智能监控系统具有 3 大功能: 管理家中所

功能与实现

察家中的基本情况: 家中有无人员进出, 是否有人在家, 对监控中出现的对象进行关注跟踪, 辨别各房间照明情 况以及电视、 计算机等家电的使用情况等。客户端实现 具有相对独立性, 以便更换频道。 方法为启用多线程控制 4 路监控任务, 使每路监控任务 线 程 类 和 实 现 Runnable 接 口 [5]。 客 户 端 若 采 用 继 承 类, 而界面子线程必须继承 View 视图类, 所以本设计采 的线程, 也是一个完整的视图, 它是实现了 Runnable 接 立, 每路监控画面相互独立, 可以灵活选择监控频道, 以 便后台控制管理。 多线程的具体实现方法有两种, 分别是继承 Thread

处理后的智能监控画面, 如图 2 所示。若需更换监控频 道, 可点击监控界面右侧的路数列表, 即可弹出频道选择 图 3 所示。 栏, 进行频道更换, 以便更全面地实时监控家中情况, 如

Thread 线程类的方法, 则不能继承除线程类之外的其他 用第二种方法。监控实现中, 每一路画面都是一个单独 口且继承 View 类的类对象。因此每个对象之间相互独 界面实现上, 主界面为 4 路监控窗口, 初始选择监控

频道后便可通过 HTTP 协议获取监控图片序列, 根据场 景进行算法处理, 并播放智能监控画面。 2.1.2 程序优化

客户端需要根据不同场景调用不同的智能监控算法

对发生的事件进行判断与识别, 这一过程包含了大量的 图像处理运算, 如灰度化、 背景建模差分、 中值滤波和形 态学运算等。Android 操作系统的开发语言为 Java, 但是 纯 Java 编程的图像处理程序在 Android 手机上的运行速
投稿网址 http://www.VideoE.cn |《电视技术》 36 卷第 2 期(总第 377 期) 第

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2)入侵检测

实现对特定区域的入侵检测, 从而判断人员进出情况, 并

如图 4 所示, 该系统利用运动物体检测和识别算法,

在有陌生人入侵时启动报警。报警形式为弹出提示信 息, 并在该监控频道窗口外围添加不停闪烁的红色边框。

3 总结

图 7 自动跟踪感兴趣对象

该智能监控系统允许用户选定多个摄像机进行监

视, 从而能够全面及时地远程观察家中情况, 并且可在异 常情况发生时自动发出警报以提醒用户家中发生危险。 3)家电使用情况监测 另外, 当家中无人或在某一房间无人员活动时, 系统也可 提醒用户关掉不需要工作的家电以节约能源, 这一功能 体现了监控系统与物联网的融合。此智能监控系统具有 良好的便携性, 功能较为完善。 参考文献:
[1] 原林, 于伸.嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用[J].自动化技 [2] [3] [4] [5] 靳岩, 姚尚朗.Android 开发入门与实战[M].北京: 人民邮电出版社, E2Ecloud 工作室.深入浅出 Google Android[M].北京: 人民邮电出版 深圳市华信诚科技有限公司.网络摄像机常见问题集锦[EB/OL]. ( 2011-03-11 [2011-06-20].http://www.hxctech.com/zhichi/1091.htm. ) 2003: 30. HYDE Paul. Java 线程编程[M].周良忠, 译.北京: 人民邮电出版社, 社, 2009: 3. 2009: 10. 术与应用, 2006, 25(1): 72-74.

该系统可检测各房间的照明情况, 如某房间长时间 无人活动或在室内光线充足时, 将弹出提示信息提醒用 户远程控制智能家电, 关闭不必要的照明设备, 如图 5 所示。

该系统也可根据计算机显示器或者电视屏幕的画面 亮度与明暗变化和屋内有无人员来判断计算机和电视是 否有人使用, 并通知用户进行处理, 如图 6 所示。

作者简介: 汪 吕 宇, 硕士生, 研究方向为嵌入式系统软件设计; 卫, 副教授, 研究方向为数字视频技术、 嵌入式系统设计;

杨博菲, 硕士生, 研究方向为智能终端软件设计; 褚晶辉, 副教授, 研究方向为数字视频技术、 模式识别。 责任编辑: 时 雯 收稿日期: 2011-07-18

Blackmagic Design 提供 HyperDeck Studio 的 Avid DNxHD 驱动 Beta 版下载
ware Update 2.0 Public Beta (公共测试版) 下载。该软件可为 Hyper? Deck Studio 硬盘录像机添加广播级 10 bit Avid? DNxHD?格式的记录 和播放能力。DNxHD 是广电行业的标准媒体文件格式, HyperDeck Studio 加入对该压缩视频格式的原生支持将极大地延长单盘记录时 2011 年 12 月 21 日, Blackmagic Design 已提供 HyperDeck Soft?

用户可根据需求, 选中监控画面中出现的对象作为 感兴趣目标, 该系统将执行运动检测程序, 对该对象的运 动范围进行实时圈定, 方便监控管理, 如图 7 所示。

4)对象跟踪

间, 降低素材存储成本, 且完全兼容 Avid Media Composer? 系统。用 Deck Studio。目前格式的兼容性认证尚在进行中, 而此版本不仅能 为用户提供新的压缩视频模式, 并可让用户参与到第三方软件兼容 性的测试中。

户通过 USB 连接 Mac OS X 或 Windows 计算机即可免费更新 Hyper?

38《电视技术》第 36 卷第 2 期(总第 377 期)| 投稿网址 http://www.VideoE.cn


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