基于W iFi面向Android的視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

周 騎，諸 強(qiáng)

（北京交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100044）

據(jù)資料顯示，我國是世界上人口最多的國家，同時(shí)嬰幼兒總數(shù)也位居前列[1]。由于生活節(jié)奏的加快，工作環(huán)境的巨大壓力，時(shí)時(shí)在家看守孩子給父母的正常工作和休息都帶了極大的不便[2]。為此，本文以改造路由器為核心，結(jié)合目前流行的Android智能手機(jī)及廣泛應(yīng)用的WiFi網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一款供父母隨時(shí)隨地觀察嬰幼兒活動(dòng)的視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括兩大部分：視頻監(jiān)控端和客戶終端。視頻監(jiān)控端主要由中星微的ZC301攝像頭和TP-LINK的迷你3G路由器（帶usb接口）組成。其中，需要對(duì)迷你3G路由器進(jìn)行固件升級(jí)、相關(guān)軟件的安裝以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置，最終完成OpenWrt系統(tǒng)路由器的改造?？蛻艚K端僅有Android智能手機(jī)接收并顯示圖像，圖像顯示采用Android組件WebView加載HTML+JavaScript來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的原理框圖

2 系統(tǒng)功能單元設(shè)計(jì)

2.1 TP-LINK加載系統(tǒng)

OpenWrt是嵌入式設(shè)備上運(yùn)行的Linux系統(tǒng)。其文件系統(tǒng)是可寫的，開發(fā)者無須每一次修改后重新編譯，令其更像一個(gè)小型的Linux計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且附帶軟件包，用戶可以方便地自定義功能來制作固件，也可以方便地移植各種功能到OpenWrt下，通過它可以很方便地使用WiFi網(wǎng)絡(luò)。

1）從 OpenWrt的官方站點(diǎn) https：//openwrt.org/downloads下找到路由器的型號(hào)下載固件，固件可以分為squashfs和jiffs兩種文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)選擇squashfs文件系統(tǒng)。squashfs將固件單獨(dú)掛在/rom分區(qū)，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以非常便利地恢復(fù)[3]。

2）打開原有路由器的管理界面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行固件升級(jí)。

3）重啟路由器，將升級(jí)的路由器接上網(wǎng)線與PC機(jī)連接。由于OpenWrt系統(tǒng)是無管理界面的，所以為了管理方便，可以在Windows上安裝putty軟件并配置自帶的telnet。修改路由器網(wǎng)段設(shè)置為192.168.2.1，與PC機(jī)IP地址不沖突。telnet192.168.2.1，打開OpenWrt命令界面。命令界面如圖2所示。

圖2 OpenWrt命令界面（截圖）

4）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置

通過vim/etc/config/wireless命令，修改無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。將服務(wù)集標(biāo)識(shí)ssid改為本文需要連接的無線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定加密方式為psk2，且另起一行設(shè)置登錄無線網(wǎng)絡(luò)的密碼；接下來設(shè)置IP地址的分配方式，使用vim/etc/config/network命令，添加一個(gè)wan口，將其IP協(xié)議改為動(dòng)態(tài)分配IP地址協(xié)議（DHCP），并把lan口本身的IP地址改為之前設(shè)置的路由器IP地址。

5）檢查網(wǎng)絡(luò)功能、WiFi功能、并且查看接口設(shè)置，通過ping google來完成測試。

2.2 OpenW rt掛載攝像頭

OpenWrt系統(tǒng)安裝軟件的方法有兩種：一種是通過opkg install/update來聯(lián)網(wǎng)下載安裝；另一種則直接將下載好的軟件傳到路由器tmp目錄安裝opkg install XXX.IPk[4]。

1）USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)

由于路由器與攝像頭是通過USB接口連接的，在路由器中安裝處理視頻的相關(guān)軟件需要將USB接口轉(zhuǎn)換為串口。本系統(tǒng)選擇kmod-usb-serial-ftdi驅(qū)動(dòng)，在線安裝。如果需要查看驅(qū)動(dòng)是否安裝好，可以通過下載minicom串口工具，進(jìn)入到其界面，在設(shè)置列表中查看是否有類似ttyATH0的文件，若有則表明安裝成功。成功界面如圖3所示。

圖3 串口安裝成功界面（截圖）

2）安裝視頻處理軟件

（1）kmod-viedo-uvc協(xié)議：UVC是為usb視頻捕獲設(shè)備定義的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

（2）mjpg-streamer視頻處理軟件：mjpg-streame在很少的CPU和內(nèi)存資源條件下就可以工作，可以通過文件或者HTTP方式訪問Linux UVC兼容攝像頭。

（3）安裝攝像頭驅(qū)動(dòng)軟件kmod-video-gscpa-core和kmod-video-gscpa-zc3xx，成功安裝驅(qū)動(dòng)后在設(shè)備列表中可以找到video0文件。

（4）通過cat命令查看視頻配置文件，修改其圖像大小、幀數(shù)、分辨率等參數(shù)，本系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 視頻參數(shù)設(shè)置界面（截圖）

（5）初始化m jpg-streamer軟件，讓其隨路由器開啟時(shí)就工作。

3 客戶端軟件的設(shè)計(jì)

客戶端主要是由Android智能手機(jī)組成。Android平臺(tái)的最大優(yōu)勢就是開放性，顯著的開放性可以使其擁有更多的開發(fā)者[5]。Android系統(tǒng)的底層是建立在Linux系統(tǒng)上的，其體系結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架、函數(shù)庫、Android運(yùn)行時(shí)、Linux內(nèi)核5個(gè)部分，5個(gè)部分獨(dú)立完成各自的任務(wù)，上層任務(wù)的完成會(huì)利用到下層服務(wù)的支持[6-7]。

3.1 整體方案設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)采集到的視頻圖像信息進(jìn)行播放時(shí)都需要經(jīng)過3個(gè)處理階段。首先，獲取從視頻監(jiān)控端傳輸過來的視頻數(shù)據(jù)；然后，由于視頻數(shù)據(jù)是經(jīng)過壓縮處理后傳輸過來的，所以還必須對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理；最后，將解碼后得到的視頻信息通過某種播放形式在客戶端顯示[8]。本系統(tǒng)依照這3個(gè)處理階段，將整個(gè)視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)從整體上進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，不同之處在于本設(shè)計(jì)把對(duì)音視頻媒體流獲取和解碼的過程放到了升級(jí)的路由器中運(yùn)行，而客戶端只需對(duì)傳輸過來的圖像進(jìn)行相關(guān)處理即可，也就是通過編寫JavaScript腳本來進(jìn)行視頻的獲取。JavaScript是由Netscape公司和Sun公司合作實(shí)現(xiàn)而成的一種直譯式腳本語言。它的解釋器JavaS-cript引擎為瀏覽器的一部分，所以廣泛應(yīng)用于客戶端的腳本編寫，用來給HTML網(wǎng)頁增加動(dòng)態(tài)功能。而Android提供了WebView組件，其本身就是一個(gè)瀏覽器實(shí)現(xiàn)，只要對(duì)其進(jìn)行一些美化、包裝，可以輕松地開發(fā)出自己的瀏覽器[9]。整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 客戶端整體框架圖

3.2 用戶界面設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)護(hù)的用戶界面設(shè)計(jì)主要通過Android的圖形用戶界面編程系統(tǒng)（GUI）實(shí)現(xiàn)，Android為界面設(shè)計(jì)提供了非常豐富的圖形界面組件。對(duì)于用戶來說，不管應(yīng)用實(shí)際包含的邏輯多復(fù)雜，或者多么優(yōu)秀，如果沒有提供友好的圖形用戶界面，將很難吸引其目光。用戶界面包括用戶名和密碼，只有產(chǎn)品用戶通過申請(qǐng)注冊(cè)后才擁有賬號(hào)，方可登錄。用戶界面如圖6所示。

3.3 視頻獲取實(shí)現(xiàn)

WebView為HTML頁面提供了一個(gè)loadData（String data，String mimeType，String encoding）加載方法，該方法可以對(duì)HTML標(biāo)簽進(jìn)行任何解析，達(dá)到頁面顯示的效果。大多數(shù)時(shí)候，WebView加載的頁面上帶JavaScript腳本的，所以需要讓JavaScript腳本調(diào)用Android方法，WebView為這種情況提供了一個(gè)WebSetting工具類，可以使用這個(gè)工具類來管理Web-View的選項(xiàng)設(shè)置。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要用到該工具類的主要代碼如下：

圖6 用戶登錄界面（截圖）

myWeb.getSettings（）.setJavaScriptEnabled（true）；//啟用JavaScript的調(diào)用功能

myWeb.getSettings（）.setPluginState（PluginState.ON）；

myWeb.getSettings（）.setPluginsEnabled（true）；//可以使用插件

myWeb.getSettings（）.setDefaultTextEncodingName（“UTF-8”）；//設(shè)置文本編碼

WebView配置完后，就是將獲取視頻圖像的HTML頁面加載進(jìn)來。由于人眼不能分辨超過30 f/s（幀/秒）的畫面，利用這一特性，只要采集到的圖像在短時(shí)間內(nèi)能夠刷新很多次，那么用戶看到的圖像就是連續(xù)的視頻。高的幀率可以得到更流暢、逼真的視頻效果。在視頻頁面中嵌入代碼＜div id="webcam"＞＜noscrIPt＞＜img src="/?action=snapshot"/＞＜/div＞，即可將視頻監(jiān)控端采集到的圖像數(shù)據(jù)顯示到網(wǎng)頁上。

4 客戶端測試及分析

在視頻監(jiān)控端安裝配置好后進(jìn)行測試。首先，將設(shè)計(jì)好的客戶端App在Android的開發(fā)環(huán)境Elipse下進(jìn)行編譯，并在Android模擬機(jī)上進(jìn)行運(yùn)行、模擬測試。然后，從Elipse的工程目錄中找到/bin文件下.apk安裝文件，安裝到Android智能手機(jī)上，打開WiFi連接網(wǎng)絡(luò)，輸入登錄用戶名及密碼，測試成功。測試結(jié)果驗(yàn)證了本視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)滿足基本功能要求。效果如圖7所示。

從實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果可以看出，基本視頻監(jiān)護(hù)功能已經(jīng)滿足，但同時(shí)也反饋了此系統(tǒng)的不足之處。由于OpenW rt中處理視頻是使用自帶的視頻編碼解碼包，并且受路由器自身內(nèi)存大小的限制及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和攝像頭分辨率的相關(guān)影響，所以導(dǎo)致測試得到的視頻有稍微延時(shí)的情況，但是這并不影響日常生活中對(duì)嬰幼兒的監(jiān)護(hù)工作。

圖6 用MCU智能監(jiān)測CAF

4 結(jié)語

本文從CAF的實(shí)例表現(xiàn)入手，分析了這種失效的常見現(xiàn)象，總結(jié)了其失效的環(huán)境規(guī)律和電路特點(diǎn)，分析了鹽霧在CAF形成中的作用，指出了電子產(chǎn)品預(yù)防CAF的簡要措施并給出了預(yù)防監(jiān)測電路，對(duì)于減少電子產(chǎn)品CAF問題的發(fā)生以及減少其造成的損失具有重要的意義。

［1］胡夢海，陳蓓.印制線路板 CAF失效研究［J］.印制電路信息，2012(4):79-83.

［2］趙娟，劉細(xì)旭，劉龍華，等.鹽霧條件下紫銅的腐蝕行為研究［J］.廣東化工，2013，40(1):17-18.

［3］ AUGIS J A，DENURE D G ，LUVALLE M J，et al.A humidity threshold for conductive anodic filaments in epoxy glass printed wiringboard［C］ //Proc.3rd International SAMPE Electronics Conference.［S.l.］:IEEE Press，1989:1023-1030.

［4］陳正清.Anti-CAF印制電路板的加工工藝研究［J］.印制電路信息，2010(3):50-54.