基于Android平臺的智能家居監控系統

【摘要】目前，遠程視頻監控系統已成為智能家居的重要組成部分。智能監控系統基于Android操作系統平臺，以平板式計算機作為客戶端，通過HTTP協議從IP攝像機下載監控圖片，并利用多種算法對家中各房間或不同角度的情況進行智能監控。

近年來，視頻監控系統已在制造企業、物業管理、無人職守終端、銀行、交通、倉庫等領域得到廣泛應用。當家庭中有特別需要關注的物體和區域時，家庭的主人可在其所處的家庭環境中安裝攝像頭，通過網絡遠程觀察其狀況，當發生意外情況時也可通過網絡監控事態的進展。隨著智能移動終端的廣泛普及，同時由于其特有的便攜性和易于接入網絡的特性，移動終端成為動態監控和現場監控的理想選擇。

本文設計的視頻監控系統客戶端設備為Android平板電腦，該客戶端從IP攝像機獲取實時的監控圖片，根據不同場景用不同算法來判斷家中有無人員出入，標注關注對象并智能跟蹤，辨別各房間的照明情況及電視、計算機等家電的使用情況，可同時實現4路智能監控。

1監控平臺介紹

1.1客戶端平臺介紹

客戶端采用Android智能操作系統，Android是Google公司于2007年11月5日發布的基于Linux平臺的開源手機操作系統的名稱。該平臺由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成，底層Linux內核只提供基本功能，其他的應用軟件則由各公司自行開發，部分程序以Java編寫。

2011年初數據顯示，僅正式上市2年的Android操作系統已超越稱霸10年的Symbian系統，躍居全球最受歡迎的智能手機平臺。現在，Android系統不僅應用于智能手機，也在平板電腦市場急速擴張。同時，Android智能手機操作系統具有5大優勢：開放性、擺脫運營商的束縛、豐富的應用選擇、開發商不受任何限制和無縫結合的Google應用。

1.2IP攝像機介紹

IP攝像機是一種可產生數字視頻流，并將視頻流通過有線或無線網絡進行傳輸的設備，其不需要額外的軟硬件，便可以將活動的數字圖像直接傳輸到互聯網上，使在世界各地的計算機都可以通過瀏覽器觀看實時活動數字圖像。IP攝像機支持TCP/IP,SMTPE-mail,HTTP以及其他Internet協議，支持諸如Windows,Unix,Mac及OS/2等多種操作系統。

該設計采用海康威視公司的DS-2DM1-502型網絡中速智能球型攝像機，支持客戶端通過HTTP協議下載監控圖片和H.264碼流。

2程序設計原理及實現

2.1客戶端設計原理。

該設計采用Android系統的平板電腦為客戶端，客戶端的軟件流程如圖1所示。

系統的具體實現大體分為兩部分：與IP攝像機連接，獲取所需視頻流；根據監控場景做出相應判斷及響應。

2.1.1獲取監控視頻

客戶端通過WiFi與IP攝像機連接，登錄IP攝像機后，選擇監控頻道，可同時實現4路智能監控，即可以觀察家中的基本情況：家中有無人員進出，是否有人在家，對監控中出現的對象進行關注跟蹤，辨別各房間照明情況以及電視、計算機等家電的使用情況等。客戶端實現方法為啟用多線程控制4路監控任務，使每路監控任務具有相對獨立性，以便更換頻道。

多線程的具體實現方法有兩種，分別是繼承Thread線程類和實現Runnable接口。客戶端若采用繼承Thread線程類的方法，則不能繼承除線程類之外的其他類，而界面子線程必須繼承View視圖類，所以本設計采用第二種方法。監控實現中，每一路畫面都是一個單獨的線程，也是一個完整的視圖，它是實現了Runnable接口且繼承View類的類對象。因此每個對象之間相互獨立，每路監控畫面相互獨立，可以靈活選擇監控頻道，以便后臺控制管理。

界面實現上，主界面為4路監控窗口，初始選擇監控頻道后便可通過HTTP協議獲取監控圖片序列，根據場景進行算法處理，并播放智能監控畫面。

2.1.2程序優化

客戶端需要根據不同場景調用不同的智能監控算法對發生的事件進行判斷與識別，這一過程包含了大量的圖像處理運算，如灰度化、背景建模差分、中值濾波和形態學運算等。Android操作系統的開發語言為Java,但是純Java編程的圖像處理程序在Android手機上的運行速度是其很大的問題。通過JNI（JavaNativeInterface）技術在Java程序中調用C程序模塊，明顯地提高了應用程序的運行速度。筆者截取了40幀作為觀察對象，程序各主要運算步驟的平均運行時間如表1所示，從中可以看出運行時間縮短到了原來的1/18~1/17.

表1主要算法Java和JNI實現的運行時間比較

2.2功能與實現

該設計的智能監控系統具有3大功能：管理家中所有攝像頭，可靈活選擇監控點；執行多種不同智能算法；能夠和其他聯網設備聯動，實現智能家居控制。

筆者用不同的實際場景對該系統進行了測試，系統的功能描述與實驗結果如下。

1）多路監控。

獲取實時監控圖片，同屏顯示最多4路經后臺算法處理后的智能監控畫面，如圖2所示。若需更換監控頻道，可點擊監控界面右側的路數列表，即可彈出頻道選擇欄，進行頻道更換，以便更全面地實時監控家中情況，如圖3所示。

2）入侵檢測。

如圖4所示，該系統利用運動物體檢測和識別算法，實現對特定區域的入侵檢測，從而判斷人員進出情況，并在有陌生人入侵時啟動報警。報警形式為彈出提示信息，并在該監控頻道窗口外圍添加不停閃爍的紅色邊框。

3）家電使用情況監測。

該系統可檢測各房間的照明情況，如某房間長時間無人活動或在室內光線充足時，將彈出提示信息提醒用戶遠程控制智能家電，關閉不必要的照明設備，如圖5所示。

該系統也可根據計算機顯示器或者電視屏幕的畫面亮度與明暗變化和屋內有無人員來判斷計算機和電視是否有人使用，并通知用戶進行處理，如圖6所示。

4）對象跟蹤。

用戶可根據需求，選中監控畫面中出現的對象作為感興趣目標，該系統將執行運動檢測程序，對該對象的運動范圍進行實時圈定，方便監控管理，如圖7所示。

3總結

該智能監控系統允許用戶選定多個攝像機進行監視，從而能夠全面及時地遠程觀察家中情況，并且可在異常情況發生時自動發出警報以提醒用戶家中發生危險。

另外，當家中無人或在某一房間無人員活動時，系統也可提醒用戶關掉不需要工作的家電以節約能源，這一功能體現了監控系統與物聯網的融合。此智能監控系統具有良好的便攜性，功能較為完善。