基于android的智能家居系統(tǒng)中智能視頻監(jiān)控技術(shù)的研究*

劉學(xué)超

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，安徽 淮北 235000)

近年來，無線互聯(lián)技術(shù)異軍突起，以智能手機(jī)、平板電腦為代表的智能終端已悄然走入大眾的視野，并迅速得到普及應(yīng)用，通過植入第三方提供的程序，手機(jī)的功能不斷的被擴(kuò)充.智能手機(jī)憑借其操作靈活、延展性強(qiáng)等特點(diǎn)已然超越PC機(jī)，并逐漸顯示取代之勢(shì).移動(dòng)智能終端必將是網(wǎng)絡(luò)的主力軍和核心力量，必將成為軟件開發(fā)、運(yùn)行和服務(wù)的主要平臺(tái).未來網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展趨勢(shì)是通過無線互聯(lián)網(wǎng)、智能終端、云服務(wù)器，為用戶提供功能更加強(qiáng)大的各種應(yīng)用.

1 智能家居及視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

智能家居是指在原有的居住功能基礎(chǔ)之上，將自動(dòng)化、樓宇綜合布線、多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段融入現(xiàn)代住宅設(shè)施，把與日常生活息息相關(guān)的各項(xiàng)事務(wù)、家電設(shè)備等進(jìn)行整合，形成一個(gè)現(xiàn)代化的、高科技的住宅管理體系[1].與傳統(tǒng)住宅相比，智能家居的建筑設(shè)計(jì)更加科學(xué)化、人性化，符合現(xiàn)代人對(duì)于生活的高質(zhì)量要求，用戶可以對(duì)住宅進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，既提高安全性、可靠性，同時(shí)又節(jié)約能源消耗.

2012年4月5日，國(guó)家室內(nèi)裝飾協(xié)會(huì)智能化委員會(huì)對(duì)我國(guó)目前的智能家居產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，其中非常重要的一項(xiàng)就是智能視頻監(jiān)控.智能視頻監(jiān)控是指在無需人力干預(yù)的情況下，通過計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)監(jiān)控場(chǎng)所的視頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、分析，比對(duì)圖像幀與場(chǎng)景中的變化，對(duì)畫面中的可疑目標(biāo)進(jìn)行鎖定、判斷目標(biāo)的行為模式，如分析到有異常行為則告警，提高安保人員應(yīng)對(duì)危機(jī)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，同時(shí)盡可能地降低誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象.

2 系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)在很多小區(qū)以及家庭住戶都安裝了監(jiān)控?cái)z像頭，但實(shí)際上這些視頻信息都是裸數(shù)據(jù)，或者說未經(jīng)任何處理的數(shù)據(jù).一旦發(fā)生問題的時(shí)候依然需要人工干預(yù)重復(fù)查看監(jiān)控畫面，導(dǎo)致很多問題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并得到處理，視頻監(jiān)控也失去了原有的意義.為了解決上述問題，本文所研究的移動(dòng)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過連接無線網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)監(jiān)控場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、全方位的遠(yuǎn)程監(jiān)控[2].本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：監(jiān)控目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤、數(shù)據(jù)采集與壓縮、告警、無線傳輸和遠(yuǎn)程查看.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體框架

2.1 系統(tǒng)模塊功能

監(jiān)控前端.根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的需要，用戶將一個(gè)或多個(gè)攝像頭安裝在所需區(qū)域，攝像頭采集監(jiān)控場(chǎng)所的視頻信息，實(shí)時(shí)信息通過通用串行總行傳遞給主控服務(wù)器系統(tǒng)，完成視頻圖像信息的采集工作.

主控服務(wù)器.服務(wù)器的主要功能包括：捕捉視頻信息、目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤、壓縮處理圖像以及Socket通信等.主控服務(wù)器首先接收前端監(jiān)控設(shè)備傳遞的信息，然后使用OpenCV對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤，如果有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)在畫面中，則通過AT指令發(fā)送告警短信給用戶[3].同時(shí)，使用JMF中的Format對(duì)象將捕獲的視頻進(jìn)行整理后打包，使用Socket進(jìn)行通訊，將打包的視頻傳到客戶的智能終端.

客戶智能終端.主要功能包括：向主控服務(wù)器發(fā)送監(jiān)控請(qǐng)求、視頻解壓縮、播放和保存視頻以及圖片等功能.Android智能終端自帶有視頻解壓縮和播放功能，用戶接收到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，通過播放軟件可直接播放視頻.

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤.目標(biāo)檢測(cè)是指從監(jiān)控視頻圖像中提取出的人們感興趣的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，我們把該目標(biāo)稱為前景，除此之外的其他部分稱為背景區(qū).運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的提取直接關(guān)系著智能視頻監(jiān)控的整體性能.

①背景建模.我們采用基于RGB色彩模型的選擇更新法，同時(shí)采用中值濾波法提取出背景圖像：在某一時(shí)間段的視頻樣本從中抽取若干幀Zi(i=1,2……)，將相鄰兩幀的圖像像素點(diǎn)分別按R、G、B三個(gè)分量做減法運(yùn)算，若結(jié)果小于閾值，則認(rèn)定為是背景區(qū)域；若大于閾值，認(rèn)定是目標(biāo)區(qū)域[4].背景圖像提取時(shí)將剔除掉這些數(shù)據(jù)，去掉R、G、B三個(gè)分量的最大值和最小值，將其余分量取平均值，利用中值濾波法得到初始背景.

②背景更新.將當(dāng)前幀與背景圖像的灰度進(jìn)行差分，如果前景圖像Tn(x,y)在某一時(shí)刻由0變?yōu)?，則該點(diǎn)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，則Un(x,y)初始化為1.如果該值沒發(fā)生變化，則說明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)還存在，Un(x,y)自加，否則Un(x,y)歸零.

③目標(biāo)跟蹤.建立一個(gè)大小為S的窗口用來搜索運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，將RGB圖像轉(zhuǎn)化為HSV圖像，對(duì)圖像的所有像素點(diǎn)進(jìn)行H分量采樣，獲得色度直方圖.視頻中的所有像素點(diǎn)都可以使用色彩直方圖進(jìn)行查詢，確定目標(biāo)像素的概率.

(2) 告警模塊的實(shí)現(xiàn).首先使用Camshift算法計(jì)算當(dāng)前幀目標(biāo)區(qū)域的輪廓面積，當(dāng)輪廓面積con-area大于areashold時(shí)，則認(rèn)為有目標(biāo)入侵，同時(shí)開啟告警模塊.關(guān)鍵代碼如下：

dvDraw(cst,cont,colour,colour,0,4,9,dvpoint(0,0)); //繪制輪廓

con-area-tem=fabs(con-area(cont,cv-whole)); //獲取當(dāng)前輪廓面積

首先設(shè)置3G無線上網(wǎng)卡的COM端口號(hào)、通信速率和接收短信的手機(jī)號(hào)碼，初始化COM端口，若檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，則發(fā)送AT指令，觸發(fā)短信發(fā)送進(jìn)程.關(guān)鍵代碼如下：

Length=SMSEncode(src,pdu); // 編碼

Strcat(pdu,"x01a"); // 以Ctrl+Z結(jié)束

SMSString(pdu,&smsclength,2); // 獲得SMSC信息的長(zhǎng)度

Sprintf(cmd,"AT+CMGS=%d ",length/2-smsclength); // 生成命令

Writecom(cdm,strlen(cmd)); // 先輸出命令串

(3)視頻采集與Socket通信.首先使用Server Socket server=new ServerSocket(port)建立一個(gè)服務(wù)器端，通過監(jiān)控?cái)z像頭采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器端，用戶通過Java Applet或其他軟件與服務(wù)器建立連接，發(fā)送監(jiān)控請(qǐng)求.用戶提供IP地址、接收端口號(hào)等信息，服務(wù)器端驗(yàn)證用戶身份后即可建立連接，同時(shí)將采集到的視頻信息通過Socket傳送給用戶[5].進(jìn)行視頻傳送時(shí)既要節(jié)約用戶流量資費(fèi)又要保證監(jiān)控畫面的實(shí)時(shí)性， RGBFormat方式滿足上述要求，而且實(shí)現(xiàn)方便.具體實(shí)現(xiàn)如下：

①定義類webbroadcaster的構(gòu)造函數(shù)，將視頻流的寬度(width)、高度(height)和監(jiān)聽端口(port)分別賦值.

②使用mediumloca作為參數(shù)，調(diào)用manager的creat(int wid,int hei)為視頻流創(chuàng)建播放器.

③使用新線程持續(xù)操作framecontrol實(shí)例，獲取視頻數(shù)據(jù)流，同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)寫入socket中.

3 結(jié)語

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和綜合國(guó)力的提升，智能視頻監(jiān)控越來越體現(xiàn)出其自身的無可比擬的優(yōu)勢(shì).移動(dòng)智能視頻監(jiān)控技術(shù)充分體現(xiàn)了監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和主動(dòng)性，文中對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)以及一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述.相信未來這一技術(shù)將有著更為廣闊的發(fā)展空間.