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絡攝像頭作為監控終端設備， 用戶可通過Web瀏覽器隨時隨地的監控家中狀況， 這給用戶帶來了巨大的便捷。但是， 由于它連續不間斷的監控， 缺點也是顯而易見。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。面對這個問題， 智能化成為對數字視頻監控系統的又一個主要要求。本文提出的方案是一種基于事件觸發的機制， 系統可以實現智能控制并只保存發生異常時的視頻文件。這種設計能有效節省系統存儲開支、靈活控制監控設備， 為用戶提供很大方便。在基于事件觸發機制的方案設計中， 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方案， 這種方式可以參考motion開源軟件項目的設計思路， 其原理是對采集到的jpeg圖片進行比對， 當差異超過規定閾值則觸發相應動作。motion是一個運行在Linux操作系統環境下的應用軟件， 它最大的特點就是能夠探測采集到畫面有效部分的變化， 也就是說， 能夠監測到運動。當畫面有變化時， 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保存。

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

　　其二是硬件主導的觸發方案， 本設計使用的便是這種方式。本系統采用紅外傳感器來探測異常， 同時整合了煙霧傳感器來監控火災， 當監控范圍內出現異常時便觸發中斷， 并由中斷處理程序啟動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。而門禁系統中的報警開關， 則可在用戶刷卡回到家中后， 自動關閉監控功能。

　　2.2 數字壓縮單元

　　本系統采用MPEG-4視頻編碼器來對視頻圖像進行壓縮編碼， 并利用FFmpeg視頻處理工具來實現。H.264算法具有很高的編碼效率， 在相同的重建圖像質量下， 能夠比H.263節約50%左右的碼率。H.264的碼流結構網絡適應性強， 同時增加了差錯恢復能力， 能夠很好地適應IP和無線網絡。可以說， 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等設備接入網絡。由于會受到上行帶寬的限制， 故導致在進行網絡視頻監控時視頻信號傳輸不流暢， 影響監控效果。

　　針對這種情況， 通過對MPEG系列壓縮算法的核心進行分析， 發現其采用了I幀、P幀和B幀的模式， 其中I幀是關鍵幀， P幀是前向預測幀， B幀是后向預測幀。譯碼器收到一個I幀， 可無條件立刻解碼； 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， 然后才能進行譯碼。這樣， P幀對于I幀的依賴就形成了很大的延時。之后， 借鑒相關技術來對MPEG算法進行優化， 便可以通過對GOP （Group Of Picture） 這一值進行設置來縮短I幀產生的間隔。這樣， 在以后的擴展中， 就可以利用帶寬實時檢測技術動態的設置GOP， 從而最大限度地利用帶寬進行視頻傳輸。

　　2.3 嵌入式web服務器模塊

　　嵌入式Web系統提供有一種經濟實用的互聯網嵌入式接入方案， 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服務器。作為與用戶交互的主要方式，Web page力求簡潔， 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型， 一種是觸發動作功能， 主要利用button觸發實現現場圖片的采集等動作的操作。另一種是文件交互功能，這種功能的實現相對比較復雜， 它不只需要button觸發， 還需要一些文本域作為用戶配置的傳遞機制。動態Web交互功能主要通過form窗體來實現， 當用戶點擊功能接口， 瀏覽器將窗體內容通過http協議傳輸給服務器后， 服務器再根據form中的action字段來調用相應的CGI文件。在經過CGI的一系列URL解析動作后， 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，最終實現用戶對動態頁面的操作功能。

　　本系統在文件交互功能Web頁設計中采用了iframe嵌入CGI文件的方式， CGI代碼同時擔負讀寫文件和頁面顯示兩個功能。這種實