基于Android平台的视频监控系统设计与应用

摘 要随着网络技术的发展，无线网络的普及率也越来越高，使得视频监控技术在数字化、网络化的前提下得到了更广阔的发展空间，形成了监控前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化的特点。本文介绍了一种基于Android平台的视频监控系统，并就其设计的主要思路和应用进行了分析。

【关键词】Android 视频监控 系统设计 H.264编码 应用

近年来，智能手机的快速发展推动了Android手机操作系统的开发和利用，该系统的优势在于便于携带、系统小巧、功能全面，因此也使得基于Android平台的视频监控技术得研发和应用。传统的视频监控系统由于受线缆或光纤的带宽限制，无法实现实时的视频信号传输，而Android平台在无线网络的支持下成功的解决了一这问题，从而进一步促进了远程监控、可视电话、电视会议等远程视频实时监控技术的广泛应用。

1 视频监控技术概述

视频监控技术的应用时间比较久远，以往在安防领域发挥了非常大的作用，是公安部门维持社会稳定、打击犯罪的重要技术手段。经过多年的发展，视频监控技术经历了模拟监控系统、数字视频监控系统、网络视频监控系统等三个重要发展阶段，随着移动网络的快速发展，视频监控技术开始朝向以移动流媒体技术为代表的移动视频监控方向发展，手机等移动设备开始具备实时监看远程动态画面的功能，由此也将视频监控技术的应用范围拓展到了教育、政府、娱乐、医疗、酒店、运动等多个领域，实现了“随时随地，自由掌控”的监控，为人们的生产、生活提供了更简单、便利、及时的监控解决方案。

2 视频监控系统的结构设计及应用

目前，基于Android平台的视频监控系统主要由采集模块、编码模块、视频传输模块、解码模块、显示模块等五大模块共同构成，相关设计也是围绕这五大模块进行的。

2.1 视频采集模块

基于Android平台的视频信号采集工作是由采集模块完成的，通过手机摄像头可以获得YUV420格式的视频流，而相关模块则可通过对Android应用层的代码编写实现。

2.2 编码模块

目前，Android平台视频监控系统的数字视频编码标准主要有两种，一种是由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4编码标准；而另一种则是由ITU一T制定的H.261、H.263视频编码标准。为进一步促进视频监控系统在多媒体通信方面的应用，MPEG和VCEG联手共同开发了当今最先进的视频编码标准――H.264。

虽然该标准依然采用了以往的压缩标准架构，但是H.264在此基础上增加了更多新的特性。比如，H.264标准包含了网络抽象层（NAL）和视频编码层（VCL）两层结构，网络抽象层的功能是打包、传输数据，而视频编码层的功能是压缩视频编码，这样的分层结构对信号的传输和编码工作进行了分离，使得H.264标准在面对复杂的通信环境时，依然可以利用不同的网络进行视频信号的传输工作并保证良好的视频数据质量。

2.3 传输模块

视频数据传输的应用主要受HTTP、RTSP、RTP、RTCP协议的约束。TCP和UDP协议主要作用于传输层，HTTP则是基于TCP（传输控制协议）的超文本传输协议。在一对一或一对多的情况下，RTP可以保证流媒体数据流与时间信息的同步正常工作。一般情况下，RTP需要使用UDP进行数据传输，因此UDP是建立RTP的基础。另外，RTP还需要供助RTCP（实时传输协议）弥补自身没有可靠的传送机制的弱点，因此只有让RTP和RTCP共同协作才能实现流量和拥塞的有效控制。同时，RTCP作为应用层协议，其位置处于RTP和RTCP协议层之上，多媒体数据的传输则是通过IP网络利用传输机制的TCP和RTP实现数据传输。RTSP则用于实时数据发送时对音视频流的远程控制，如对流媒体的播放、暂停、记录等相关操作。SDP则用来描述RTSP的会话描述协议，用于说明会话的基本属性。结合这些协议在视频监控系统中起到的作用，本文设计的Android平台视频监控系统主要采用RTP、RTSP、RTCP、HTTP等四个协议构建系统的传输模块。

视频监控系统中的流媒体系统需要由编码器、流媒体服务器、客户端播放器三个基本部件构成。编码器的作用在于将采集到的原始视频数据转换成流媒体格式文件，而这些编码后的文件则由流媒体服务器进行接收和转发，客户端播放器则将接收到的文件进行解码、播放。流媒体传输的方式可分为两种：

（1）顺序流式传输。这种方式是基于HTTP或FTP服务器进行文件传输的方式，可以保证完全无损的数据下载，可以有效保证视频的质量，也便于管理和用户使用。但这种方式对于网络传输速率的要求较高，通常需要等待较长时间，不适用于实时性的随机访问。

（2）实时流式传输。这种方式是基于传输网络协议和专用的流媒体服务器进行文件传输的，由于匹配了带宽和无线网络，可以支持实时性的现场直播，适用于用户的随机访问和后退操作。传输网络协议需要与防火墙进行配置，在管理方面存在一定的复杂性。同时该方式必须与带宽和无线网络匹配，一旦网络拥塞或设备出现低速连接状态时，就会出现包括丢帧在内的视频质量下降现象。

2.4 解码模块

解码模块的作用就是对编码的过程进行逆操作，因此解码采用的标准也是编码采用的H.264。解码器一般由视频数据的解码部分和视频的显示部分两个部分构成。解码部分主要是采用Android NDK+C机制进行实现，显示部分则利用Android SDK+Java机制由Android提供的组件实现。两个部分的通信则由java提供的jni机制实现。解码的整体流程主要由前段码流处理、H.264解码和后段视频显示三个功能模块实现：前段码流处理负责读取文件，在分隔出NAL后将文件效由底层解码；H.264解码则负责图像的重建工作，是解码过程的核心部分；后端视频显示则将解码后的文件通过客户端进行显示。

2.5 显示模块

利用Android系统自带的显示器将解码后的数据流进行实时视频显示，并保证视频显示的效果。

3 结语

本文基于Android平台的特点，利用移动流媒体技术对移动视频监控系统采取了五个模块的系统设计，充分考虑到了视频监控系统的安全性、稳定性和实时性。

参考文献

[1]魏崇毓，张菲菲.基于Android平台的视频监控系统设计[J].计算机工程，2012（14）：214-216.

[2]郭永清.基于Android平台的视频监控系统的设计研究[D].西安科技大学，2012.

[3]张贺.基于Android的智能视频监控系统设计[D].成都理工大学，2015.

作者单位

1.四川大W锦城学院 四川省成都市 611731

2.四川大学网络学院 四川省成都市 610024