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如何建立以机顶盒为中心的家庭智能监控系统

发布时间: 2016-08-16 15:54:06   作者:韦坚   来源: 本站原创  
摘要: 所完成的机顶盒监控模块,在以后机顶盒视频通话时完全可以使用,整个系统都可以考虑向机顶盒视频通话系统演进。

  前言

  

  随着技术的发展,嵌入式芯片的性能越来越强,运算的能力已逐步提高将达到普通电脑的能力,而机顶盒的操作系统逐步统一到Linux系统和Android系统平台上,系统本身已是多任务系统。过去由于芯片能力的限制,机顶盒只能用来看电视。怎样充分挖掘芯片的潜能,使机顶盒的效能发挥出最大的作用,是我们努力思考解决的问题。当前我们的双向网络已经进入了普通用户的家庭,机顶盒又具有了Wi-Fi上网的功能,能否利用这些功能为用户提供更多的增值业务,“以机顶盒为中心的家庭智能监控系统”就是基于以上考虑开发的。

 

  系统架构

 

  (1)家庭中的局域网组成建议采用无线Wi-Fi方式进行设备连接

  采用无线Wi-Fi方式进行设备连接的优点是在家里不用再重新布线。为了方便取电与美观,应考虑把摄像头安装在靠近电源插座的位置,这样不需拉太长的电源线。无线摄像头已是成熟产品,但价格较高,方案的实现并不限制一定要用Wi-Fi联网方式,有的家庭装修时已做好了家里内部局域网络的布线,因此也可以使用网线连接一台小交换机再连接到机顶盒的RJ45口,亦可采用有线和无线的联合方式构成家里的局域网。

 

  (2)摄像头一般采用网络摄像头

  网络摄像头对录制的视频直接编码并打包成IP格式进行网络传输(摄像头的供应方会提供对视频解码编程的开发工具及接口)。摄像头的控制信息、告警信息也可以通过网络传输(针对带云台、红外、可变焦的摄像头等),采用编码格为H.264的摄像头,提供标清与高清两种图像等级的视频传输,根据传输带宽及对图像清晰度以及控制的要求做不同的选择。

  对于低端用户,建议使用USB摄像头,Linux系统可以支持符合UVC标准的摄像头。USB摄像头的优点是成本低廉,放在机顶盒上面或者旁边,通过USB接口与机顶盒连接。

 

  (3)设备放置位置

  将烟感传感器放在厨房等易发生火灾的地方,红外放在用户出于安全考虑需要探测的位置。红外及烟感告警则采用普通315MHz/433MHz通信方式的传感器。

 

  (4)机顶盒系统

  机顶盒作为家庭监控设备的联网中心需有Wi-Fi功能,如没有Wi-Fi,用RJ45口有线方式也可实现,并通过CM可连接到广电的双向网络。在现有的机顶盒系统上,需要开发增加家庭监控的软件模块。该模块在用户看电视时完全不需要启动,用户离开家前通过机顶盒菜单启动功能,此时机顶盒的电视功能模块可以完全停止,有效设计系统进程的运行取舍,使较低配置的机顶盒硬件版本也可以完成监控的工作。监控模块可以做到已有机顶盒的Linux系统中,模块完成后需要升级到有需求的盒子中。对于将要开发的Android系统机顶盒,软件模块以上层应用的方式提供,这样对功能的卸载与添加安装就很方便,这种模式用户自己都可以进行软件维护及升级处理。

 

  (5)家庭内三种方案组合实现

  方案一:CM+机顶盒+USB摄像头,适合机型——CSM1800、BCM7019、BCM7231、M3701E、Hi3716M、Mstar。

  方案二:CM+机顶盒+Wi-Fi+ H.264Wi-Fi摄像头,适合机型——BCM7019、BCM7231、Mstar(加无线路由后,同样适合CSM1800、M3701E、Hi3716M)。 

  方案三:CM+机顶盒+ Wi-Fi+ H.264Wi-Fi摄像头315/433MHz+红外烟感门磁,适合机型——BCM7019、BCM7231、Mstar(加无线路由后,同样适合CSM1800、M3701E、Hi3716M)。

  三种方案可自由组合使用,仅方案一需要开发机顶盒软件模块,其他方案都不需要改动机顶盒(仅仅使用机顶盒的路由功能)。

 

  (6)机顶盒USB摄像头模块软件的功能设计

  视频编码子模块:对摄像头获取的视频信息编码成H.264格式视频流。

  移动侦测告警子模块:实现普通摄像头的移动侦测告警功能。

  传输子模块:发送视频流及告警信息到服务端。

  配置子模块:配置编码率大小(D1\ Half D1\CIF\QCIF)。

  关闭或者打开监控功能:控制编码模块的开关功能。

  告警自动录像到云端功能:云端录制的视频可以在线下传解码输出到电视机,查看、快进、暂停等都可以实现(此功能机顶盒芯片及原有代码已实现,本模块只需调用功能即可)。

 

  (7)家庭监控系统数据处理服务器功能定义

  家庭设备管理功能:记录好每个在册用户家庭的设备情况与安装位置情况等。

  数据处理功能:对用户通过网络提交的控制信息进行处理转发给机顶盒,对机顶盒发送过来的家庭设备状态信息进行处理存储。

  告警功能:对机顶盒发来的告警信息进行处理存储,并转发给短信息模块发送给用户手机。

  视频处理功能:对机顶盒发来的视频进行处理、存储,通过互联网发送给用户查看。

  Web服务器功能:用Web方式实现用户通过互联网登录查看家里的视频及告警信息。用户只需要有浏览器就可以查看家里情况,不需要再另外安装客户端。

 

  (8)短信息发送模块

  此模块负责发送告警信息到用户的手机,最好能发送彩信,彩信包含一张告警当时的视频截图。

 

  技术分析

  (1)机顶盒的硬件支持方面

  对比各款高清芯片方案,都有网络功能,都还有足够的编程空间(CSM1800还有30M ROM空间),1800的运算能力比较低,但由于有硬件编码功能,可以满足USB摄像头的编码要求。对于没有硬件编码的芯片,采用软编码实现,由于芯片的运算能力强,可以满足要求,特别重要的是用户看电视时可以关闭监控的功能,不影响机顶盒的正常功能使用。

 

  (2)机顶盒的原有软件系统支持方面

各款芯片方案均为Linux2.6.1以上版本系统,只需要重新编译Linux内核,增加对UVC的支持,就可以支持USB摄像头的驱动。

 

  (3)USB摄像头功能实现方面

  经过调查研究,多数的摄像头接口符合UVC标准,符合UVC的摄像头是免驱动安装的,即插即用。Linux2.6.1以上内核版本都支持UVC,如果我们的机顶盒嵌入式Linux不含UVC支持,可重新编译内核增加UVC驱动。USB摄像头的视频输出格式为JPEG流或者RGB图片,需要压缩编码成H.264格式传输。USB摄像头本身不会告警,需要软件增加移动侦测告警功能。

 

  (4)网络摄像头方面

  网络摄像头为成熟产品,具备监控告警的所有功能,对于机顶盒只需要提供路由链接给它,后续处理由服务端进行。

 

  (5)红外及烟感门磁告警方面

  红外及烟感门磁一般都采用315MHz/433MHz的通信,价格都很便宜。Zigbee的产品由于是新技术,市场上价格太高,当前不适合使用。网络摄像头产品带了315MHz/433MHz的接收功能,可进行联动录像告警。

 

  (6)网络支持方面

  普通标清的视频流640×480分辨率,通过H.264编码后,2M带宽的网线,可以满足传输的要求,只需要上行50~60kbp即可。USB摄像头的分辨率采用较低分辨率,一般比640×480低。

 

  (7)前端系统平台搭建方面

  前端搭建监控系统数据处理服务器,并与移动运营商网关连接,给用户提供告警信息服务。

 

  (8)升级维护方面

  考虑先在CSM1800方案上实现USB摄像头,后再移植到7019平台上,7019上增加软编码模块。对机顶盒软件升级,可以通过USB升级或者在线升级,只对需要办理业务的用户升级。在机顶盒的运行稳定性、功耗方面,机顶盒的功耗不大,7~20W之间。由于用户在家可以关闭监控功能,睡觉时可以关闭机顶盒,机顶盒不需要24小时开机,这样可保障机顶盒的运行稳定性。

 

  市场价值与优势

 

  方案本身以机顶盒为中心实现联网监控,利用家庭内已有机顶盒,所以方案的实现成本肯定要比其他普通方案低。而且我们提供此项业务给用户,让用户充分使用我们的网络,对用户是很实惠的一项服务。即使用户只安装一台摄像头,对家庭的安全也是很有意义的。特别是USB摄像头实现方案,低廉的价格很有吸引力。我们可以利用这一点捆绑网络宽带销售,增强用户的黏合度,并逐步提升监控安全级别,卖出更多产品。在USB摄像头方面,我们可以与一两家厂家合作,对符合UVC标准的摄像头,印上广电网络的标志,用户自己购买后直接连接机顶盒就行了。

 

  (1)分阶段实现

  第一步:实现USB摄像头监控功能,实现机顶盒监控软件功能。

  第二步:实现Wi-Fi摄像头监控功能,服务端增加Wi-Fi摄像头数据处理功能。

  第三步:实现红外、烟感、门磁告警功能,服务端增加红外、烟感、门磁告警功能。

 

  (2)个性化业务

  在Linux、Android系统中可实现监控模块,适合高中低端机顶盒设备。根据用户家里带宽不同可以提供不同视频质量的转发、存储服务,没有硬盘的机顶盒视频图像可以通过双向网络由我们的服务器代为存储,对各种情况进行组合配置,给用户各种业务服务包选择,具有很大的市场推广价值。

 

  (3)优点

  视频处理本身就是机顶盒的强项,这是对已有设备最大效益的利用模式,又不用特别增加视频服务器就可以实现家庭的安全监控保障。只需要USB摄像头就能实现家庭监控功能,用户很愿意使用,且用户充分使用我们的网络对我们更有利,还可以依托这一点提供更多的服务。

 

  前景展望

  所完成的机顶盒监控模块,在以后机顶盒视频通话时完全可以使用,整个系统都可以考虑向机顶盒视频通话系统演进。USB摄像头可以用在机顶盒之间的可视化通话中,也可以用于互联网的视频通话。机顶盒视频通话系统不会受到互联网出口的限制,因为通信只在我们的承载网内进行。

  在Wi-Fi的扩展上WOC是有效的途径,在有线的扩展方面Home Plug也是可以考虑的方式。

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