基于Wi-Fi的无线监控报警系统

基于Wi-Fi的无线监控报警系统

张云强1拉多2颜如玉3

陕西省电子信息产品监督检验院 陕西 西安 710004

摘要：本研究基于基于Android与Wi-Fi技术设计了一套流媒体视频监控系统，该系统可将高清画质的视频通过无线传输的方式与智能显示终端实时连接起来，同时支持家庭用户利用家庭局域网内的Wi-Fi，在手机、电脑等Android可移动设备上进行监控视频的实时预览、控制等操作。这个系统的设计可以有效的解决群众在任何时间、地点通过智能终端对所监控区域视频图像进行查看的难题。并且更加智能化、便捷化、人性化的提高了群众的家庭安防系统。该监控系统由客户端和服务端两部分构成，主要借助于流媒体技术。且客户端和服务端都可以在监控系统上扩展，从而实现监控的可移动。与此同时，该系统的软硬件平台都能很好的进行功能扩展。通过本研究，该监控系统可进行长期的研究与完善，在相关研究领域有一定的意义。

关键词：Android；流媒体；Hi3507； Wi-Fi；视频监控

引言

在这个数据传输技术快速发展的年代，大众网络安全意识提高了不少。其中，视频监控系统在各大行业、领域被广泛应用着。与此同时，民众的生活安全一定程度上得到了保障。传统的监控采集系统受限于有线网络的覆盖范围，新型无线Wi-Fi视频监控采集系统有效跨越这一阻碍，使得信息传输快捷性大大提升，同时该系统具有高可靠性，组网操作性强，可远程操控，稳定性高，安装简单并且便携。此外，该系统内全部设备的增加都以IP地址的形式进行着，这种情况下设备数量增多，对应的IP地址也在增多。

此Wi-Fi无线视频监控采集系统，将Wi-Fi无线数据传输与可视化信息采集结合，以S3C6410为核心，通过 USB摄像头实现可视化数据采集，同时将视频数据传输至以嵌人式Linux系统为基础的视频服务器里，然后服务器利用Wi-Fi将视频数据传送到终端，从而获得最终的监控画面。

一、流媒体技术

1、流媒体技术概述

网络化的信息时代，信息数据的获取以及媒体文件的格式都不再单一，借助网络这一工具大众接收的数据量呈指数增长。 随之而来的问题开始显露，网络技术的发展让先下载后观看的传统信息获取形式出现了很多弊端，一方面，传统的获取信息模式占据的存储空间较大，另一方面，信息下载耗时长，若处于网络不稳定状态或其他不可控因素时无法完成信息的获取，极大可能带来数据流 量和个人时间的双重浪费，给用户提供极差的网络体验。在讲求快捷效率当今社会，大众的更期望借助手机等便携性强的数码 设备快捷高效地及时获得信息，在此时，SD卡原本就有限的存储容量无法完成高清大容量数据文件的下载及存储。这便派生了流媒体技术，流媒体技术完美解决了较大容量数据信息下载的难题。

流媒体技术作为当下一种基础性综合传输技术，它将多媒体信息进行网络数据传输的同时实现了大容量数据的存储和播放，还有实时可视化会议。这对相关领域来说是一个完美的解决方法。最重要的是其替代了滞后的原始浏览模式，帮助网络用户实时 获取自己感兴趣的数据源。

实现Wi-Fi网络较低的带宽传输，降低传输数据的冗余信息是行之有效的手段。最初的多媒体信息数据前期先进行预处理，然后再进行网络数据传输。预处理简单来说就是将多媒体数据体积通过压缩算法的方式进行缩小，然后基于数据压缩添加一些附加信息，最终实现压缩数据适用于网络传输的格式进行低宽带传输。

2、流媒体关键技术

高清化是现阶段可视化监控的主流发展趋势，高清化趋势下数据量的提升是必然的。而流媒体技术的必要组成部分一直以来都是图像的编码，其理论依据主要是图像编码可以提供像素之间的联系，通过删除重复部分进行压缩。

频压缩的高效化离不开全球视频压缩标准的规范化、标准化，全球各国以及国际标准组织也在为推进视频压缩标准的统 一化不懈努力着。伴随着网络技术的发展，针对不同情景的压缩要求，不同需求下的压缩标准也一一出现。实际运用方面，流媒体技术根据协议要求有两种主要的传输方式。

（1）顺序流传输

通过缓存下载同步的传输技术，高效实现数据终端可以无间断获取可视化信息。该传输背景下数据的下载和数据的处理拥 有明显的先后顺序，只能保证已下载的数据可以观看，并且有时候存在网络延迟现象。多媒体数据的压缩在该模式下多以MPEG为压缩标准，HTTP/TCP则作为传输协议。优点是终端的图像清晰度较高，可网络适应能力不足且大数据量传输 能力不够的缺点明显。基于其明显的优缺点，该传输模式基本在高清小量的数据传输中发挥作用，如几秒到十几秒的视频广告。

（2）实时流传输

应用的主流环境为实时现场管控，主要通过实时流媒体协议保证网络变化条件下的稳定传输，可以实现可视化信息图像的 实时观看，并且还可以完成播放暂停等同步操作。此模式的传输方式为内容访谈，广大群众在这种传输方式下可以进行跳跃式的自由访问。在该模式下，能够实现基于实时网络状况调整传输速率，因此，此技术更适配于在较复杂无线网络条件中的运用。

上述顺序流传输和实时流传输两种方法，结合该研究无线实时传输的要求，以第二种传输方法——实时流传输，作为该无线数据传输系统的实时数据传输方法与协议。

3、流媒体传输协议

(1)实时流协议

位于应用层的RTSP，主要用于控制连续媒体流的播放，扮演着客户端与服务器两者之间协商控制者的角色。将客户端与服务器的数据分别打包，利用Socket进行双向传输。RTSP相当于交互双方的邮差，RTSP通常借助于下层TCP，通过单线程发送指令。而RTSP在多播和单播两个方面都存在，主要表现为在信息互式时实现好几个会话状态的同时进行，而且可以保证好多个用户在实时播放或暂停、后退或快进、结束等方面的实际要求。每个实时的会话过程中其角色定位是“遥控器”，只负责启动 或暂停信息的交互行为，在数据的实际传输过程不充当任何角色。一般的应用中基本是配合SDP一起工作。

方法（Method)与媒体资源的标识（URL)是构成请求消息的主体，它们通过URL反馈即将访问的媒体资源使用的IP地址、码流和端口，以及网络协议等信息。这个过程的基本流程是：终端首先将关于流的数据指令发送给终端，然后完成数据传输的初始化，最后通过整个过程控制该传输。其中，响应消息主要用于说明终端的状态，同时还可以描述终端状态码的信息，实现对网络用户请求的反馈。

(2)实时传输协议

实时传输协议从严格意义上来说是一个名实相符的应用层协议，它主要编码音频等信息数据，然后打包并传输。在实际运用方面，人们通常采用DUP传输分组机制，是为了达到高速有效、网络适应性灵活的实际需求。该机制还可实现单播组播等各种场合的使用，实现端与端间的高效便捷服务。

RTP协议只是实现了将时间与序列信息对负载数据的添加，不存在完善的数据安全保证机制，所以急需一个能够保证数据安全有效传输的新协议，并且此协议可以提供网络和流量控制等安全便捷的服务。此外，这个协议的数据包头无法规避对序列编码、时间标志和消息源等信息的添加，是为了给接收者利用RTSP协议实现网络传输数据安全高效的控制与新建提供方便。

(3)实时传输控制协议

RTCP同RTP一样也位于传输层上面，主要是调节实时流数据周期性的可控反馈。在实际的数据传输中，这个协议的控制消息基本都是依靠UDP进行传输的，可以和RTP同时使用一个端口，但其实单独端口也可以传输。如果RTCP和RTP采用的端口不同，最好采用临近接口，需要注意的是RTP低，而RTCP较高。

二、系统总体设计

1、监控系统设计基础

本文研究的可视化监控系统以画面高清、实时监控、简易边界、人工智能为目标，结合现阶段可视化监控的发展趋势，该系统设计主要 参考以下原则：

（1）该可视化监控系统应用的核心硬件必须符号两方面的要求：一是现阶段数字化的实际运用要求；二是网络化现状的实际运用要求。当下可视化监控系统采用C/S或B/S架构的目的是适应大范围实际生活中视频监控的布防，另外，必要时还需要和别的电子系统共享信息，达到报警联动等功能的实际要求。

（2）如今，盛行的可视化监控系统的视频终端基本采用一体化的集成式设计，且此系统拥有多个可以使用的对外接口，比如串行通信接口、标准网络接口和模拟视频输出接口，以及光纤通信接口。所以，在传输技术高速发展的今天，高速计算机与网络光纤也逐渐成为此类可视化监控系统的骨干传输网络。

（3）现阶段，手机，笔记本等智能可移动终端慢慢地在广大群众的平时生活中扮演着愈来愈重要的角色。以可视化监控系统为基础的监控软件保证PC端用户使用的基础上，也开始涉足要Android、iOS等移动终端系统，进一步实现广大网络用户对监控服务高效便捷的 用户体验要求。

服务端由B/S模式的系统来负责，而浏览器部分主要集中在一些简单的逻辑交互，且浏览器用户的开发周期较短，系统维护相对方便。现阶段大部分可移动终端上面浏览器设计的意愿，最初是为了实现一般浏览器的上网功能。但由于Android系统有很高的开放性，浏览器的类型各式各样，其所表现出来的性能也各不相同。所以，对本论文研究的可移动可视化监控系统来讲，B/S模式的系统并不合适。

C/S模式中客户端具备一定的信息处理能力。基于此便可以极大地减少视频服务终端系统对于信息的处理工作，从而达到节省设备硬件成本的目的。与此同时，由于现今电子设备发展的速度日新月异，基于移动端系统的升级便可以实现更多功能的应用，这也大大降低了系统应用的成本。本研究的可视化监控系统主要针对家庭用户使用，对于家庭用户来讲，视频终端的简易便携性需求较高，最终我们选取C/S模式。

2、监控系统总体设计

此可视化监控系统主要目的是帮助家庭用户实现通过手机等智能移动终端，借助Wi-Fi局域网，便捷地实现摄像头监控范围 内的可视化监控。基于此目的，此可视化监控系统主要由视频服务端、移动客户端两部分组成。其中，视频服务端来的工作是监控数据的采集、编码和串流化，对客户端而言，其主要负责对可视化数据的获取、前期处理、解码、可视化处理以及其他处理。该系统的Wi-Fi传输主要通过服务端网络接口的对接进行的，这个过程是借助无线局域网。而视频监控系统的数据则借助局域网下的Wi-Fi路径进行传送。由于便携式Android移动电子产品是客户端的主要设备，只要处于Wi-Fi信号可覆盖范围内即可。除此之外，借由视频服务端和路由器也可以直接通过PC端进行监控。通过PC端软件的开发，完成本地监控数据和巨量数据的可视化数据的录制以及存储。

本可视化监控系统中，其中服务端保证了实时监控视频流化服务的提供，所以，服务端必然包括监控视频的采集和编码，流媒体的实施服务以及网络实时传输这些关键模块。而客户端主要负责：流媒体相关的实时监控视频预览、信息控制服务。这个过程的主体基本以Android电子设备的流媒体播放模块为基础。

流媒体的实时服务部分，参照此系统设想，实时监控是重中之重。过去的监控主要是将采集数据存储然后在播放观看，若要实现实时监控，借助流媒体技术对压缩后的视频信息进行深度地串流化技术处理。从而实现H.264数据的RTP封包，以及与客户端RTSP实时会话的连接、传输和控制工作。上述工作大部分还是由以支持流媒体协议为前提的服务器来完成。

为了保证监控系统完好无缺的工作能力，每一个模块之间一定需要对可控信息进行交互处理和数据的实时传输。首先，通过对设备的设置保证路由器与视频服务端的完整对接，使其必须支持UPNP功能。在客户端与服务端完成网络连接的时候就可以进行交互工作。

系统内各个模块的通信流程具体如下：

视频终端在与网络畅通连接的时候，就可进行系统环境的初始化，即通过启动流媒体协议下的服务器，依次进行各个模块和外围设备的设置、加载驱动等前期准备工作。

首先完成初始化视频采集模块的参数调控工作，即通过摄像头采集的监控数据初步进行数字化编码然后存放缓存区存储。

视频编码模块主要负责高清数据的编码部分，本系统利用H.264的标准。经过编码的高清信号数据流通过缓存区，存储并传输给流媒体协议下的服务模块，以进行下一步的处理工作。保证了视频数据的采集与编码这两个工作同时展开。

向流媒体服务器发送浏览器高清画质视频数据的这个请求指令，主要是流媒体播放模块负责，通过发送RTSP请求与特定的URL服务端建立连接。

当流媒体服务模块获得服务端请求指令的时候，就会给指定请求者派送所请求视频资源的RTP数据包。

三、系统硬件设计

此监控系统以嵌人式平台作为开发基础，实时采集监控区域的数据信息。这个过程依靠局域无线网络提供用户的实时信息。该监控系统的设计思路是，把Web服务器和嵌入式可视化监控操作系统两者结合在一起，再利用Wi-Fi技术将视频数据上传至网络，用户只 需在特定软件辅助下便可实时监控[2]。总而言之，该系统有机且高效的把嵌人式平台、网络交互和可视化处理相结合，使得该系统拥有了布网范围大和实时监控的优点。除此之外，该监控系统借助用B/S模式对监控视频进行访问、显示，这个环节大大降低了维护客户端的费用，节省了系统的使用成本。

图4-1

如图4-1所示，系统硬件作为该系统的工作重要基础，包含ARM11处理器S3C6410、中星微zc301摄像头和zd1211无线Wi-Fi模块三部分。其中，系统处理器采用高性能ARM11处理器S3C6410。ARM11处理器S3C6410是ARM公司最近研究出来的新一代RISC处理器，这个处理器使用的是64/32位的架构，该结构由AXI、AHB和APB总线组成，这一代处理器配置了全新的视频和音频处理等硬件加速器，还有2D图形调控、集成的多格式编解码器，此解码器支持持MPEG4/ H.263/H.264编码和译码，以及VC1的解码等。并且有了嵌入式Linux平台的支持，USB接口摄像头可实现实时的监控视频信息的采集存贮，高清信号通过内部总线传输到嵌人式内部的流媒体框架下的服务器中 ，然后通过视频服务器堆高清信号进行压缩打包，通过Wi-Fi局域网传输至终端。同时，客户通过手中的移动设备就可以对这些信息进行处理，最后借助无线Wi-Fi局域网，随时随地调取和查看高清监控视频。

结束语

本研究主要基于无线Wi-Fi技术设计了一套无线可视化监控操作系统，以解决由于现有技术的限制，导致远程监控布控复杂和不便捷的问题。而且，如图5-1该系统除了可以在 PC端获取实时监控视频，在移动终端也可是实现实时监控，使得实时监控唾手可得，保证了 用户对监控领域的实时查看能力。而且，高清视频信号通过Wi-Fi局域网传输，切实达成了远程监控的目的。总而言之，本研究对象——可视化监控系统，具备视频信号稳定、设备运行正常、实时获取等优点，极大补充了视频监控的领域缺口，结局了传统监控 系统的局限性，为下一阶段高清、实时可视化监控提供了可行性高的解决方案。

图5-1

参考文献

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