智能家居監控系統設計方案

　　目前多數家居監控方案主要采用網(wǎng)絡(luò )攝像頭作為監控終端設備， 用戶(hù)可通過(guò)Web瀏覽器隨時(shí)隨地的監控家中狀況， 這給用戶(hù)帶來(lái)了巨大的便捷。但是， 由于它連續不間斷的監控， 缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)。首先是對存儲設備容量有巨大的要求， 由于被迫記錄了大量的非必要視頻， 存儲空間被嚴重浪費。面對這個(gè)問(wèn)題， 智能化成為對數字視頻監控系統的又一個(gè)主要要求。本文提出的方案是一種基于事件觸發(fā)的機制， 系統可以實(shí)現智能控制并只保存發(fā)生異常時(shí)的視頻文件。這種設計能有效節省系統存儲開(kāi)支、靈活控制監控設備， 為用戶(hù)提供很大方便。在基于事件觸發(fā)機制的方案設計中， 主要有針對軟、硬件的兩種設計方向。

　　其一是軟件主導的觸發(fā)方案， 這種方式可以參考motion開(kāi)源軟件項目的設計思路， 其原理是對采集到的jpeg圖片進(jìn)行比對， 當差異超過(guò)規定閾值則觸發(fā)相應動(dòng)作。motion是一個(gè)運行在Linux操作系統環(huán)境下的應用軟件， 它最大的特點(diǎn)就是能夠探測采集到畫(huà)面有效部分的變化， 也就是說(shuō)， 能夠監測到運動(dòng)。當畫(huà)面有變化時(shí)， motion將以一定的頻率采集jpeg文件， 并將其壓縮為視頻文件自動(dòng)保存。

　　這種軟件的實(shí)現機制依托實(shí)時(shí)的數據分析，對系統的處理和運算能力要求較高， 因此， 在實(shí)際使用中會(huì )有一些限制， 但是， 隨著(zhù)處理器運算能力的提高， 作為監控系統的智能化發(fā)展方向，將會(huì )有很好的發(fā)展前景。

　　其二是硬件主導的觸發(fā)方案， 本設計使用的便是這種方式。本系統采用紅外傳感器來(lái)探測異常， 同時(shí)整合了煙霧傳感器來(lái)監控火災， 當監控范圍內出現異常時(shí)便觸發(fā)中斷， 并由中斷處理程序啟動(dòng)視頻采集和火災報警等功能。采集到的視頻和資料將保存在外部存儲設備上。而門(mén)禁系統中的報警開(kāi)關(guān)， 則可在用戶(hù)刷卡回到家中后， 自動(dòng)關(guān)閉監控功能。

　　2.2 數字壓縮單元

　　本系統采用MPEG-4視頻編碼器來(lái)對視頻圖像進(jìn)行壓縮編碼， 并利用FFmpeg視頻處理工具來(lái)實(shí)現。H.264算法具有很高的編碼效率， 在相同的重建圖像質(zhì)量下， 能夠比H.263節約50%左右的碼率。H.264的碼流結構網(wǎng)絡(luò )適應性強， 同時(shí)增加了差錯恢復能力， 能夠很好地適應IP和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )?？梢哉f(shuō)， H.264是目前壓縮率最高的視頻壓縮標準， 并已在數字監控系統中得到應用。

　　本系統的設計主要是針對家居監控應用， 家庭中的大部分都采用ADSL等設備接入網(wǎng)絡(luò )。由于會(huì )受到上行帶寬的限制， 故導致在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )視頻監控時(shí)視頻信號傳輸不流暢， 影響監控效果。

　　針對這種情況， 通過(guò)對MPEG系列壓縮算法的核心進(jìn)行分析， 發(fā)現其采用了I幀、P幀和B幀的模式， 其中I幀是關(guān)鍵幀， P幀是前向預測幀， B幀是后向預測幀。譯碼器收到一個(gè)I幀， 可無(wú)條件立刻解碼； 而當譯碼器收到P幀或B幀， 則必須先譯碼前面的P幀或I幀， 然后才能進(jìn)行譯碼。這樣， P幀對于I幀的依賴(lài)就形成了很大的延時(shí)。之后， 借鑒相關(guān)技術(shù)來(lái)對MPEG算法進(jìn)行優(yōu)化， 便可以通過(guò)對GOP （Group Of Picture） 這一值進(jìn)行設置來(lái)縮短I幀產(chǎn)生的間隔。這樣， 在以后的擴展中， 就可以利用帶寬實(shí)時(shí)檢測技術(shù)動(dòng)態(tài)的設置GOP， 從而最大限度地利用帶寬進(jìn)行視頻傳輸。

　　2.3 嵌入式web服務(wù)器模塊

　　嵌入式Web系統提供有一種經(jīng)濟實(shí)用的互聯(lián)網(wǎng)嵌入式接入方案， 故可為管理、控制和監測多種設備提供一個(gè)很好的途徑。由于嵌入式設備中的資源有限， 只能選擇輕量級的Web Server （如：thttpd、boa等）， 考慮到應用的廣泛性， 本系統也選擇了boa服務(wù)器。作為與用戶(hù)交互的主要方式，Web page力求簡(jiǎn)潔， 并可提供很多的功能接口。

　　這些功能接口基本可以分為兩種類(lèi)型， 一種是觸發(fā)動(dòng)作功能， 主要利用button觸發(fā)實(shí)現現場(chǎng)圖片的采集等動(dòng)作的操作。另一種是文件交互功能，這種功能的實(shí)現相對比較復雜， 它不只需要button觸發(fā)， 還需要一些文本域作為用戶(hù)配置的傳遞機制。動(dòng)態(tài)Web交互功能主要通過(guò)form窗體來(lái)實(shí)現， 當用戶(hù)點(diǎn)擊功能接口， 瀏覽器將窗體內容通過(guò)http協(xié)議傳輸給服務(wù)器后， 服務(wù)器再根據form中的action字段來(lái)調用相應的CGI文件。在經(jīng)過(guò)CGI的一系列URL解析動(dòng)作后， 即可得到對應參數， 系統根據得到的參數調用相應的功能函數，最終實(shí)現用戶(hù)對動(dòng)態(tài)頁(yè)面的操作功能。

　　本系統在文件交互功能Web頁(yè)設計中采用了iframe嵌入CGI文件的方式， CGI代碼同時(shí)擔負讀寫(xiě)文件和頁(yè)面顯示兩個(gè)功能。這種實(shí)