智能化住宅小区移动安防监控系统设计

冯楚翔 张爱华

摘要：以计算机和网络通信技术为基础的智能化小区建设是未来的发展方向，能够提供安全便捷的生活环境。为了提高智能化小区的安防水平，适应移动信息时代的需要，该文基于Android架构设计了移动安防监控系统。首先，构建了由应用层、业务层、服务层、管理层和协议层组成的系统层次结构;然后，基于H.264技术标准设计了视频编解码过程;最后，按照视频接收、视频解码和视频播放设计了移动端监控视频播放程序，解决了系统开发的关键问题。

关键词：智能化住宅小区;Android;移动安防;监控系统;H.264技术标准;视频编解码

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）11-0056-02

智能化住宅是信息时代的产物，充分利用了计算机技术和网络通信技术，提供舒适便利的生活环境。安防监控系统是智能化小区建设的重要组成部分，可以为小区业主提供移动视频监控，也可以小区保安提供固定端的视频监控，还可以提供预警功能，建立公安、物业和居委会的联动机制，全方位保障小区居民安全。本系统按照人防、物防和技防相结合的方针[1]，充分利用移动信息技术，满足智能化小区安防建设的需要。

1 系统层次结构

分层是目前软件开发普遍采用的解决方案，层与层之间采用统一的访问接口，提高了系统的维护性、扩展性和可重用性。智能化住宅小区移动安防监控系统开发也采用分层结构，由应用层、业务层、服务层、管理层和协议层构成[2]，如图1所示。

对于如图1所示的智能化住宅小区移动安防监控系统层次结构，各层简要说明如下：应用层，直接面向终端用户，供终端用户直接操作使用，可以是固定端用戶，也可以是移动端用户。业务层，实现具体的业务逻辑，集中体现系统的业务流程和业务需求，本系统业务层由五个分系统构成。服务层，为业务层和管理层提供服务，具体的服务内容很多，包括数据访问服务、流媒体服务和重定向服务等。管理层，为了保证系统的正常运行并适应需求的变化，用于系统管理员对系统进行的日常维护和参数设置等工作。协议层，由支持系统运行的若干协议构成，包括简单网络管理协议和视频编码解码协议等。

2 视频编解码过程

视频编解码是安防监控系统开发的核心技术，选择是否合理直接影响系统性能，本系统选择使用容错能力强的H.264视频编解码技术标准，视频编解码过程如图2所示。

H.264视频编解码标准的网络适应性强，具有很高的数据压缩比率，能够提供清晰、连续和流畅的视频图像，被很多的安防监控系统所使用。对于图2所示的H.264视频编解码过程，编码过程上部分为编码过程，下部分为解码过程。当前图像是指当前待编码的图像;参考图像是通过列表进行管理，方便对当前图像进行编码;重建图像是指上一次清空缓存后，所有新解码的图像。H.264编码过程采用变换和预测的混合编码方法， DCT变换主要用于将数据或图像的压缩，预测又包括帧间预测和帧内预测，帧间预测是通过图像帧间的时间相关性来压缩图像，帧内预测采用单向预测、双向预测和重叠快补偿[3]。逆DTC变换也称为反DTC变换，用于对压缩图像进行解压缩。 H.264视频编码过程中，还涉及运动估计和运动补偿，二者是连续的过程，运动估计用于估计每个块或宏块两者之间空间位置的相对偏移量，目前主要采用基于特征的快速顽健的FFRGMET方法[4];运动补偿用来减少视频序列中的空域冗余，目的是提高压缩比率。视频编码过程经过重排序和熵编码后生成码流，经过传输路径后进入到解码过程，从压缩后的码流中得到解码所涉及的信息，经过重排序、反量化和DTC变换，再经过滤波过程，得到解码的图像。

3 Android系统架构解析

Android是世界范围内目前应用最广泛的移动端操作系统，截至2020年6月在中国市场的占有率是78.4%，比一年前提高了1.9个百分点，占有率是全球第二大移动端操作系统iOS的近3.7倍，二者呈现出八二格局[5]。因此，智能化住宅小区移动安防监控系统基于Android系统开发，就能直接为近百分之八十的小区居民提供服务。Android系统架构如图3所示。

对于图3所示的Android系统架构，由应用部分、核心部分和底层部分构成。应用部分对应应用层，应用层由多个活动构成，可以直接运行于安装有Android系统的平台。核心部分由框架层、核心类库和运行时构成，框架层提供了系统开发的应用程序接口，可以方便地访问;核心类库包含有若干Android的库文件，为软件开发提供核心应用程序接口;运行时分为核心库和Dalvik虚拟机两部分，Java代码必须在虚拟机的解释下才能被执行。底层部分对应Linux内核，实现了很多重要的体系结构属性，允许动态可加载内核模块，为上层提供统一服务。

4 移动端监控视频播放设计

移动端监控视频播放是智能化住宅小区移动安防监控系统的核心程序，也是用户频繁应用的程序，该程序的设计质量直接影响用户体验。设计该程序的主要工作就是解决视频接收与视频解码问题。视频接收与解码流程如图4所示[6]。

对于图4所示的视频接收与解码流程，左侧是视频接收流程，右侧是视频解码流程，视频接收成功后进入视频解码过程，视频解码成功后进入视频播放过程，这是一个连续的过程。在视频解码流程中，需要依据H.264协议，解码成功后可以使用Media Player媒体播放器进行播放。

参考文献：

[1] 金凤.某住宅小区视频监控系统及配套工程设计研究[J].电脑知识与技术，2019，15（33）：285-286.

[2] 董全义.上海航华小区智能监控系统的设计与实现[D].大连：大连理工大学，2016.

[3] Boonthep N，Chamnongthai K，Phensadsaeng P.H.264 video coding-based motion estimation architecture for video broadcasting from a studio[J].Wireless Personal Communications，2020，115（4）：2851-2874.

[4] 百度经验. H.264编码中的运动估计和补偿方法[EB/OL].（2019-07-20）[2020-12-25]. https：//jingyan.baidu.com/article/546ae18558ae145149f28c9f.html.

[5] 刘文轩. QuestMobile： 2020中国智能终端市场Android、iOS八二开[EB/OL].（2020-08-04）[2020-12-25]. https：//www.donews.com/news/detail/5/3106079.html.

[6] 杨柯.基于Android的养殖场移动视频监控系统的设计[J].黑龙江畜牧兽医，2017（19）：137-140，295.

【通联编辑：闻翔军】