基于android平臺的手機視頻監控客戶端的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 環境的搭建； 第三章簡要介紹移動視頻監控系統各模塊功能，使讀者對整個系統的實現有所了解； 第四章確定并選擇技術方案，為客戶端設計提供技術支持； 第五章設計客戶端用戶界面以及展示客戶端的功能； 第六章展望總結，闡述本文的創新點與不足。 3 第二章 移動視頻監控相關技術 Android 平臺 Android 平臺簡介 本系統 主要 實現基于 Android 手機的 移動視頻監控功 能 。 Android 技術在本系統中占有重要地位。 Android 是一種以 Linux 為基礎的開放源碼操作系統，主要使用于便攜設備。目前尚未有統一中文名稱，中國大陸地區較多人使用安卓（非官方）或安致（官方）。 Android操作系統最初由 Andy Rubin開發，最初主要支持手機。 2021 年由 Google 收購注資，并組建開放手機聯盟開發改良，逐漸擴展到平板電腦及其他領域上。 Android 的主要競爭對手是蘋果公司的 iOS 以及 RIM的 Blackberry OS。 2021 年第一季度， Android 在全球的市場份額首次超過 塞班系統，躍居全球第一。 2021 年 11 月數據， Android 占據全球智能手機操作系統市場 %的份額，中國市場占有率為 58%。 Android 是以 Linux 為核心的手機操作平臺，作為一款開放式操作系統，隨著 Android的快速發展，如今已允許開發者使用多種編程語言來開發 Android 應用程序，而不再是以前只能使用 Java 開發 Android 應用程序的單一局面，因而受到眾多開發者的歡迎，成為真正意義上的開放式操作系統。 在 Android中，開發者可以使用 Java作為編程語言來開發應用程序，也可以通過 NDK使用 C/C++作為編程語言來開發應用程序，也可使用 SL4A 來使用其他各種腳本語言進行編程（如： python、 lua、 tcl、 php 等等），還有其他諸如： Qt（ qt for android）、 Mono（ mono for android）等一些著名編程框架也開始支持 Android 編程，甚至通過 MonoDroid，開發者還可以使用 C作為編程語言來開發應用程序。另外，谷歌還在 2021 年特別發布了針對初學者的 Android Simple 語言，該語言類似 Basic 語言。而在網頁編程語言方面，JavaScript、 ajax、 HTML jquery、 sencha、 dojo、 mobl、 PhoneGap 等等都已經支持Android 開發。 而在 Android 系統底層方面， Android 使用 C/C++作為開發語言。 基于 Android 的各種優點，目前移動終端選用基于 Android 系統的移動手持設備。 4 Android 應用程序組件 一些獨立的組件通過名為 manifest 的工程捆綁在一起，相互協調構成一個 Android 應用程序。在 manifest 中，有一個 配置文件，這個配置文件描述了每一個組件以及組 件的作用。下面介紹六個基本組件，它們是構成 Android 應用程序的基石。 (1) Activity。 Activity 是 Android 最基本的應用程序組件。任何一個 Android 應用程序都可以看作一組任務，這里每一個任務就可以稱作一個 Activity。比如短消息是一個應用程序，里面的新建短信界面、新建彩信界面、刪除短信界面等就是 Activity。由此可見，在應用程序中，一個 Activity 通常就是一個單獨的屏幕，用于呈現數據和與用戶進行交互。 (2) Service。應用程序中的 “幕后工作者 ”，相當于沒有界面 的 Activity，因此 Service組件運行時不可見，常用來執行一些需要持續運行的處理。以讀者熟悉的音樂播放器為例，在一個音樂播放器程序中有多個 Activity，比如歌曲的選擇、播放等。如果用戶想導航到其它屏幕 (比如短消息 )，要保持之前選擇的音樂繼續播放，音樂播放器程序就必須啟動一個 Service，在后臺保持音樂的不斷播放。這是因為音樂播放器里沒有 “后臺播放 ”這個 Activity。 (3) Content Provider。 Android 應用程序使用文件、 SQL 數據庫等存儲系統來保存數據，而使用 ContentProvider 來實現不同應用之間的數據共享。每個應用程序的 Content Provider 提供了一套標準的訪問接口，以便各應用程序之間對數據進行讀取、保存等操作。 (4) Intent。當某個或某些組件要執行某操作時， Intent 就是此操作的抽象描述，主要描述操作和操作對應的數據，此外，還描述一些附加屬性，比如目標組件的名稱、數據類型等。通俗的說， Intent 就是告訴系統 “某人將要怎樣做某事 ”。系統收到此描述后，負責找到對應的目標來執行適當的行為。 (5) Broadcast Receiver。在 Android中，應用程序會通過 Broadcast Receiver 組件來監聽符合條件的 Intent。每一個 Broadcast Receiver 都可以接收一種或若干種 Intent 作為觸發事件，當 Broadcast Receiver 被觸發后，會自動啟動相應程序對收到的 Intent 做出響應。 (6) Notification。在不中斷當前 Activity的情況下， Notification用來提示用戶。例如，當設備收到來電或短消息時，它通過閃光，發聲，顯示圖標等來提醒用戶。 Notification是Service 或 Broadcast Receiver 獲得用戶注意的首選方式。需要注意的是，并不是每個Android 應用程序都必須由以上六種組件構成，有時采用其中幾種就可組合成應用程序。 5 但是，描述組件及組件功能的 配置文件是必需的 [1]。 移動流媒體技術 移動流媒體技術就是把連續的聲音影像信息經過壓縮處理后傳送到網絡服務器上，讓終端用戶能夠在下載的同時觀看收聽，而不需要等到全部的多媒體文件下載完成就可以即時觀看的技術。移動流媒體技術的出現伴隨著移動通訊技術的發展和網絡音視頻技術的進步，其主要是關 于流媒體數據從采集到播放整個過程中所需要的核心技術。 移動流媒體數據流具有三個特點：連續性、實時性、時序性，所以流媒體數據具有嚴格的前后時序關系。 流媒體傳輸技術是在 FTP/TCP 的基礎上發展而來的。服務器按照一定的順序將文件分割成若干個數據分段，然后封裝到分組中依次進行傳輸，客戶端接收到分組后重新將其組裝起來，最終形成一個與原來一樣的完整文件。 流媒體播放技術有優點同樣也有缺點。優點是能夠及時傳送隨時播放，雖然在開始階段需要一定的時間進行緩沖，但依然能夠在實時性要求高的領域具有無可比擬的優勢；缺點是由于網 絡的速率不穩定性，當播放速率大于傳輸速率時，視頻播放將出現停滯，時斷時續的現象 [2]。 當您在線收聽或收看網絡上的音視頻節目時 , 您就正在使用流媒體。流媒體技術的出現是為了解決普通音視頻文件的巨大數據量與有限的網絡傳輸帶寬之間的矛盾而產生的。與常規的多媒體文件不同 , 流媒體的播放并不要求下載完整的文件 , 而僅需要將開始部分緩存 , 然后就可以實現數據流的隨時傳送隨時播放。為了達到這個目的 , 流媒體服務器需要將動畫、視音頻等多媒體文件經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包 , 由視頻服務器向用戶計算機連續、實時傳送。 用戶只需經過幾秒或十幾秒的啟動延時即可在自己的計算機上利用解壓設備 ( 硬件或軟件 )對壓縮的多媒體數據進行解壓后回放。當音視頻等媒體數據在客戶終端播放時 , 數據的剩余部分將在后臺從服務器繼續下載。與單純的下載方式相比 , 由于用戶不用等所有內容都下載到硬盤后才開始瀏覽 , 因而流媒體文件的啟動延時將大幅度地縮短 , 同時對客戶端的存儲需求也大為減少。為了保證媒體文件的實時性 , 流式傳輸使用特定的實時流傳輸協議 RTSP。流媒體技術在遠程教育、遠程醫療、視頻點播、電子商務等領域都有著廣泛的應用前景 , 蘊含著巨大的商機 , 因而吸引了眾多企業參與競爭。 6 流媒體傳輸和控制協議 流媒體傳輸和控制協議在應用層主要涉及到 HTTP、 RTSP、 RTP 和 RTCP 協議，在傳輸層有 TCP 和 UDP 協議。 HTTP 協議是建立在傳輸控制協議（ TCP）之上的超文本傳輸協議。 TCP/IP 協議是專門為數據傳輸而設計的，能夠保證傳輸的可靠性。流媒體的特征要求必須確保數據的實時性和同步性。國際電信聯盟（ ITU）設計了實時傳輸協議（ RTP）來解決數據傳輸的實時性和同步性問題。目前，流媒體解決方案主要采用 RTP/UDP 傳輸音視頻數據和 HTTP/IP傳輸控制信息。 RTP 是在一對一或一對多的情況下針對流媒體數據流工作，不僅能夠提供時間信息而且可以保證數據流的同步。通常 RTP 建立在 UDP 之上，使用 UDP 傳送數據。 UDP 是面向無連接的傳輸層協議，提供不可靠的數據服務。該協議不保證數據的可靠性，不進行丟包重傳，延時較短，處理速度較快。因此它能提供開銷小、速度快的端到端通信服務，在音頻數據傳輸還是那個應用較多 [3]。 RTP 協議實現數據流和控制流的分離，數據報文和控制報文使用相鄰的不同端口。 RTP 本身沒有可靠的傳送機制，其流量控制和擁塞控制是由實施傳輸控制協議（ RTCP）來提供。流媒體傳輸和控制協議在 OSI 模型中的位置如圖 所示。 應用層 HTTP RTSP RTP RTCP 傳輸層 TCP UDP 網絡層 IP 數據鏈路層 網絡相關協議 物理層 無線傳輸介質 圖 相關協議在 OSI 模型中的位置 RTCP 是一個控制協議，負責管理數據傳輸質量，提供當前應用進程的控制信息和可靠的傳輸機制。 RTP 和 RTCP 共同協作才能完成流媒體的傳輸和控制。 實時流協議（ RTSP）是應用層協議，定義了一對多應用程序如何有效地通過 IP 網絡傳送多媒體數據 [4]。位于 RTP 和 RTCP 協議層之上，通過 IP 網絡傳輸多媒體數據，在傳送機制上采用 TCP 和 RTP 完成數據傳輸。 RTSP 用于控制實時數據的發送，提供用于音視頻 7 的 VCR 遠程控制功能和用于控制流媒體的播放、暫停和記錄等工作。 會話描述協議 SDP（ Session Description Protocol）， SDP 是用來描述 RTSP，以便說明一個流媒體會話的基本屬性，如流媒體的類型、格式、傳輸帶寬，播放時間，緩存容量大小等。通常包含會話信息，媒體信息等 [5]。 結合移動視頻監控對通信實現的特點，本文采用 RTP、 RTSP、 RTCP 和 HTTP 協議完成視頻監控系統的通信和遠程控制。 流媒體傳輸基本原理 本節簡要介紹媒體的傳輸方式。包括順序流式傳輸（ Progressive Streaming）和實時流式傳輸（ RealTime Streaming）。 (1) 順序流式傳輸 順序流式傳輸就是按照順序下載。用順序流式傳輸方法基于標準的 HTTP 或 FTP 服務器來傳輸文件，通常容易管理，方便用戶的使用，通常不需要特殊的協議。整個下載過程是無損的，能保證視頻的高質量，但是由于網絡傳輸速率的問題，一般需要等待較久的時間。順序流式傳輸常用于 對視頻質量要求較高的場合，而對于實時性，隨機訪問性要求較高的場合則不適用。 (2) 實時流式傳輸 實時流式傳輸能夠保證信號帶寬與網絡連接的匹配，實現實時傳送，適合現場直播，支持隨機訪問，用戶可進行快進后退操作。實時流式傳輸需要傳輸網絡協議和專用流媒體服務器。相關的流媒體服務器如 QuickTime Streaming Server， Windows Media Server 等，傳輸網絡協議有 RTSP 等。由于這些協議與防火墻有關，在使用時需經過配置。系統設置，管理順序流式傳輸復雜。由于必須匹配鏈接帶寬，在低速鏈接 設備時或者網絡擁塞時，會出現丟幀現象，視頻質量下降。 視頻壓縮編碼技術 數字視頻編碼標準主要由兩個標準化組織制定。一個是由國際標準化組織（ ISO）和國際電工委員會（ IEC）組件的活動圖像專家組（ MPEG）；另一個是國際電信聯盟電信標準局（ ITUT）的視頻編碼專家組（ VCEG）。 MPEG 制定的視頻編碼標準有 MPEGMPEG MPEG4。 ITUT 制定的視頻編碼標準有 和 。 為了促進下一代多媒體通信的應用， MPEG 和 VCEG 共同成立了聯合視頻工作組 8 （ JVT），共同開發 了視頻編碼標準 。目前 是最先進的視頻編碼標準。 (1) MPEG4 標準 MPEG4 是基于第二代壓縮編碼技術制定的視頻編碼標準，以視聽媒體對象為基本單元，采用了基本對象，基于內容的壓縮編碼，以實現數字音視頻，圖像合成應用及交互式多媒體的集成。 MPEG4主要用戶 IP 網絡視頻會議，交互式視頻通信和便攜式視頻通信終端等。由于第二代壓縮編碼技術涉及的學科非常廣泛，而相關學科的很多核心技術并未取得突破性進展， MPEG4 的編碼實現方案依舊采用 16*16 像素為基礎的混合編碼，算法基礎仍是運動補償 測試， DCT 和熵編碼。 (2) 標準 視頻編碼標準是目前最新的技術，雖然 遵循了原來壓縮標準的