基于Android平台的智能网络摄像头应用程序设计与开发

摘要

随着嵌入式技术、网络技术的飞速发展和移动智能手机的广泛使用，网络视频监控的地域性限制变得越来越小。只要有网络，通过移动智能手机就可以随时随地获取远程的实时景象，极大地拓宽了人们的视野和活动范围。
　　无线网络摄像头是远程视频化技术在互联网+背景下的重要应用，是网络摄像头从有线向无线发展的趋势和潮流。无线网络摄像头的应用软件(App:Application)所带来的良好交互体验和简单便捷的架设安装是无线智能网络摄像头在消费市场立足的必要条件和成败关键之一。目前无线网络摄像头App对摄像头配置入网多采用声波或者扫描二维码的形式来传递Wifi参数到摄像头，这就需要摄像头端硬件平台提供语音识别模块或用于扫描二维码的后置摄像头，设备端的软硬件复杂度增加的同时也使得客户端对配置过程的管理变得不可控，各种异常频发，用户体验很不友好;音视频数据的传输多采用单一的的服务器中转形式，监控的实时性大打折扣，同时这种单一的转发机制不足以应对复杂的网络状况以及客户对视频实时性和画面清晰度的多样化需求;另外网络摄像头往往涉及到资源分享和用户隐私问题，很多客户端目前还只是停留在视频的接收和显示，对于摄像头客户端的账户管理功能有所欠缺。
　　本文提出了一种基于安卓平台的智能网络摄像头应用程序设计与开发方案，该方案基于安卓2.2及其以上的Android SDK平台实现客户端应用程序，设备端以海思Hi3518E处理器为硬件平台，搭载linux3.0 SDK。本文使用热点直连的方式搭建摄像头入网配置链路，针对目前国内应用程序端与摄像头端进行连接和数据传输时需要服务器中转的不足，提出了音视频的穿透技术;对摄像头的音视频数据的编码和传输过程进行了描述，实现了摄像头账户管理和分享形式的摄像头添加;给出了应用程序的设计框架，将应用程序分为3层，第一层是与摄像头端进行连线并且管理设备与客户端会话状态的设备管理层，第二层是处理音视频数据以及摄像头控制数据的音视频管理层，第三层是智能手机面向用户操作的交互层。文中重点介绍了应用程序模块的设计过程。最后对设计的工作内容和创新点进行了总结，对系统待改进的地方进行了展望。
　　本文创新性的提出了构建音视频数据传输通道的穿透技术，可以广泛应用于远端联网设备与移动终端的连线;实现了视频流传输策略针对网络状况变化的自适应调节;实现了H.264编码的流媒体数据包解码和图像显示。在应用程序中提供了设备的账户管理机制，摄像头的重要参数存储到远端伺服器，降低了对于摄像头资源管理的区位限制，提高了无线网络摄像头使用过程中的安全性。最后对应用程序的主要功能模块进行了测试，结果表明该应用软件平台兼容性和运行稳定性均已达到上线设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 课题研究现状及发展趋势

1．2．1 网络监控摄像头的发展现状

1．2．2 Android平台摄像头客户端发展

1．3 存在问题

1．4 拟解决的主要技术问题

1．5 理论和应用方面的意义

1．6 本章小结

2 系统软硬件平台

2．1 Android开发平台介绍

2．1．1 客户端平台软件架构

2．1．2 Android客户端开发四大组件

2．1．3 Android开发中的生命周期概念

2．2 摄像头端软硬件平台介绍

2．2．1 摄像头硬件平台介绍

2．2．2 摄像头软件平台介绍

2．3 手机端客户软件需求分析

2．4 本章小结

3 视频数据处理和传输协议

3．1 设备端视频数据处理

3．2 视频图像压缩技术

3．3 视频流的传输

3．4 基于RTP协议的视频流传输

3．5 本章小结

4 物联网设备的连接技术

4．1 端口映射

4．1．1 静态端口映射

4．1．2 动态端口映射

4．2 NAT技术介绍

4．2．1 NAT技术

4．2．2 NAPT(Network Address／Port Translators)

4．3 NAT穿透技术实现

4．4 利用NAT穿透技术实现P2P

4．5 视频流传输的对于网络环境变化自适应调节

4．6 本章小结

5 Android手机的摄像头客户端设计

5．1 摄像头的配置入网过程

5．2 摄像头的连接

5．2．1 摄像头的局域网添加模式

5．2．2 摄像头的二维码添加模式

5．3 客户端对视频数据的处理

5．3．1 视频数据解码

5．3．2 绘制图像到屏幕

5．4 用户交互层的相关功能实现

5．4．1 用户账户管理

5．4．2 摄像头数据管理服务

5．4．3 摄像头的分享功能

5．5 本章小结

6 系统功能测试与验证

6．1 摄像头配网过程测试

6．1．1 切换手机连接至设备热点

6．1．2 手机从摄像头热点切换到用户选择的WIFI

6．1．3 无线添加设备操作的优化

6．2 音视频功能的验证

6．2．1 压力测试时实时视频界面的ANR问题

6．2．2 按住对讲功能的异常处理

6．2．3 调整分辨率出现的画面压缩变形

6．2．4 加载动画的显示和停止

6．3 摄像头辅助功能

6．3．1 移动事件报警功能通道选择

6．3．2 快照更新的刷新时机

6．4 用户界面的功能优化

6．4．1 实现用户登出功能

6．4．2 实时更新设备状态到TextView失效

6．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果