嵌入式智能家居监控系统的设计.pdf

2 0l1 年度专业硕士学位论文学校代码：1 0 2 6 9 学号：6 3 0 8 1 5 0 0 31 8 荦泵吁筇不擎 嵌入式智能家居监控系统的设计 院系：趑住堂院 类别：工程亟 领域：趑生工程 指导教师：琚4 1 明：副教授 申请人：逝晓娟 2 0 11 年4 月完成 j i l | l f i | l f | | l i f m l | l f l 删| | l f l 洲 y 19 0 3 0 5 3 2 01 lp r o f e s s i o n a lm a s t e r sd e g r e et h e s i s u n i v e r s i t yc o d e ： l0 2 6 9 s t u d e n ti d ：6 3 0 8 1 5 0 0 3 1 8 ea s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y e m b e d d e d i n t e u i g e n th o u s e h o l dm o n i t o r i n g s y s t e mc i e s l g n 1 2 0 1 1 4 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文高校学生学籍管理系统的设计与实现， 是在华东师范大学攻读硕士学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文刁i 包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明 确说明并表示谢意。 。 作者徘主壁鲨 日期伊f 年月莎一日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 高校学生学籍管理系统的设计与实现系本人在华东师范大学攻读学位期 间在导师指导下完成的硕士学位论文，本论文的研究成果归华东师范大学所有。 本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门和相 关机构如国家图书馆、中信所和“知网送交学位论文的印刷版和电子版；允许 学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文 加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘 要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ，于年月 日解密，解密后适用上述授权。 ( 、2 不保密，适用上述授权。 导师签名 掌“涉密”学位论文应足已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委 员会审定过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉 密“ 审批表方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。 此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 l 堕肌逊“ ，吖一 年 各 签 矗 人本 谢晓娟硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 刘晓强教授东华大学信息学院主席 曾振柄教授华东师范大学软件学院 安丁康教授华东师范大学软件学院 杜育根副教授华东师范大学软件学院 金澈清副教授华东师范大学软件学院 摘要 ， 随着经济和科技的发展，人们对生活质量的要求越来越高，智能家居技术应 运而生。信息技术的快速发展为网络时代的来临为智能家居提供了良好的环境。 智能家居利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，把与家居生活 有关的各种子系统有机地结合在一起统一管理，使生活更加舒适、安全和高效， 具有巨大的发展前景。而基于嵌入式系统的家庭智能系统在国内刚开始起步，随 着嵌入式技术更加广泛的应用，成本的逐步降低，智能家居最终走向嵌入式。 本文详细的描述了在嵌入式系统上完成远程监控模块。通过了解视频分析算 法的实现过程，计算机智能视频监控是计算机视觉领域一个新兴的应用方向和备 受关注的前言课题。硬件上该采用t i 公司d a v i n c i 芯片t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 作为处 理器，采用c s 模式与b s 模式交叉并用的混合系统结构，而所有软件分为两部 分：嵌入式服务器部分和p c 客户端部分。本系统按照其具体功能可以划分为三 层：应用层，i o 处理层，信号处理层。其中应用层主要实现整个嵌入式的框架， 逻辑处理，网络处理，存储管理，告警管理，系统接口等功能；i o 处理层主要 完成设备驱动；信号处理层完成音、视频管理，视频分析，告警分析，0 s d ( 屏幕 字符叠加) 等等。嵌入式软件应用层子系统采用m o n t a v i s t a 公司的l i 肌x 平台，嵌 入式软件信号处理层子系统采用t i 公司的d s p b i o s 平台。整个软件系统使用 c c + + 语言作为开发语言，将系统中需要大量程序逻辑控制和网络控制的部分基 本上都包装为a r m 系统程序代码，然后将有大量计算的算法程序运行在d s p 侧， 从而实现系统的最优化配置。 最后通过对各个工作模块进行设计，初步实现了智能家居远程监控的需要。 当有陌生人进入家中时，视频监视器把整个画面都记录下来，并且发出警报通知 用户。 【关键词】智能家居；嵌入式；视频监控；视频分析 【论文类型】应用基础 h i a b s t r a c t a se c o n o m i ca n dt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n t ，p e o p l eh a v eb e c o m ei n c r e a s i n 舀y d e i n a n d i n gq u a l i t yo fl i f e ， s m a i r th o m et e c h n o l o g yc a m ei n t o b e i n g t h er a p i d d e v e l o p m e n to fi n f o n n a t i o nt e c h n o l o g yf o rt h ei n t e m e ta g et o1 e a dt h es m a r th o m e p r o v i d e sag o o de i l v i r o 眦e n t i n t e l l i g e n th o m eu s i n ga d v a i l c e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h i l o l o g ya i l di n t e 伊a t e dw i r i n gt e c i l i l 0 1 0 9 y ，m eh o m el i f e a 1 1 dt h ev 撕o u ss u b s y s t e l n st o g e t h e ro r g a n i c a l l yu n i f i e dm a i l a g e m e i l t ，m a k i n g1 i f e m o r e c o m f o r t a b l e s a f e柚d e f f i c i e n t ， h a s 孕e a tp r o s p e c t s f o r d e v e l o p m e n t f 锄i l y - b a s e di n t e l l i g e n ts y s t e mf o re m b e d d e ds y s t e m si nt h ec o u n t 巧h a sj u s ts t a n e d ， w i t ht h ee i l l b e d d e dt e c l l l l o l o g yi sm o r ew i d e l yu s e d ，蓼永i u a l l yr e d u c et h ec o s t ，s m a r t h o m ew i l lf i n a l l y 锄b e d d e d t h i sp a p e rd e s c r i b e sm ec o m p l e t ee l l l b e d d e ds y s t e mr e m o t em o n i t o r i n gm o d u l e b yl l i l d e r s t a l l d i n g t l l e p r o c e s so fv i d e oa n a l y s i sa 1 9 0 r i t h mi m p l e m e n t a t i o i l t h e c 0 i n p u t e ri n t e l l i g e n tv i d e 0s u r v e i l l 锄c ei s 觚锄e 哂n gf i e l do fc o m p u t e rv i s i o n a p p l i c a t i o nd i r e c t i o na i l di s s u e so fc o n c e n lf o r e w o r d t l l eh 莉w a r ec o m p a i l yu s i n gt i t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6d a v i n c i 出pa sm ep r o c e s s o r ，m eu s eo fc sm o d ea i l db sm o d e h y b r i ds y s t 锄w i t hac m s sa n dm es t m c t u r e ，a n da l ls o 小v a r ei sd i v i d e di n t ot w op a r t s ： m ee m b e d d e ds e e rp a r t 锄dc l i e l l tp a no ft h ep c n es y s t e i i li na c c o r d a l l c ew i t l li t s s p e c i f i cf i l n c t i o nc a i lb ed i v i d e di n t ot h r e el a y e 髑：印p l i c a t i o nl a y i op r o c e s s i n g l a y s i 盟a lp r o c e s s i n gl a y 盯o n em a i na c l l i e n 铋to fm ee i t l b e d d e da p p l i c a t i o n l a y e r 行锄e w o r k ，l o 百c a lp r o c e s s i n g ，n e t w o r kp r o c e s s i n g ，s t o r a g em a l l a g e m e i l t ，a l 锄 m a i l a g e l i l 锄t ，s y s t e i l li n t e 向c e 锄do t h e r 如n c t i o n s ；i od e v i c ed r i v e rp r o c e s s i n gl a y e r i s m a i n l yd o n e ；s i 印a lp r o c e s s i n gl a y e rt oc o m p l e t e 卸d i oa l l dv i d e 0m a l l a g e m e i l t ， v i d e oa i l a l ”i c s ，a l 锄锄a l y s i s ，o s d ( o s ds c r e e n ) a 1 1 ds oo n e t n b e d d e ds o 脚a r e 印p l i c a t i o nl a y 盯s u b s y s t e m sm o n t a v i s t a sl i n u xp l a t f 0 册，锄b e d d e ds o r w a r es i 印a l p r o c e s s i n gs u b - s y s t e i i ll e v e lu s i n gt i sd s p b i o sp l a t f 0 n n t h ee n t i r es o 胁a r e s y s t e f n su s ec c + + l a l l g u a g e 硒ad e v e l o p m e n tl a n g u a g e ，m es y s t 锄r e q u i r c sal o to f i v p r o 伊锄l o 季cc o n t r o l 锄dn e t w o r kc o n t i o lp a r to ft h eb a s i c a l l yp a c k e df o rt h ea r m s y s t e mc o d e ，t h e nal a r g en u m b e ro fc o m p u t i n ga l g o n t h m sm ：【u l i n gi nt h ed s ps i d e ，i n o r d e rt oa c h i e v eo p t i m i z a t i o no ft h es y s t e mc o n 6 9 u r a t i o n f i n a l l y ，t h ed e s i g no fe a c hm o d u l eo fw o r k ，t h ei n i t i a li m p l e m e n t a t i o no ft h e s m a r th o m er e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ln e e d s w h e nas t r a n g e re n t e r i n gt h eh o m e ， v i d e om o n i t o r sr e c o r dt h e 锄t i r ep i c t u r ea l a 肌s ，a n dn o t i 母t h eu s e r 【k e yw b r d s 】s m a nh o m e ；锄b e d d e d ；v i d e os u r v e i l l a i l c e ；v i d e oa i l a l y s i s 【t h e s i s1 e 】a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n v 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景l 1 2 国内外智能家居视频监控的发展历史2 1 3 智能视频监控系统的应用4 第2 章智能家居系统组成7 2 1 智能家居控制系统基本原理7 2 1 1 系统结构7 2 2 基于嵌入式的智能家居系统构成9 2 2 1 智能家居系统的组成9 2 2 2 智能家居系统构成9 2 3 智能园区系统的发展1 0 2 3 1 智能园区的概念1 0 2 3 2 智能园区的发展情况1 0 第3 章智能网络视频监控系统需求分析和关键技术12 3 1 应用需求和运行环境1 2 3 2 功能需求1 2 3 2 1 监控系统1 2 3 2 2 信息传输1 3 3 3 性能需求和指标1 4 3 4 本系统的关键技术视频分析算法1 5 3 4 1 图像预处理1 6 3 4 2 运动目标检测1 8 3 4 3 运动物体分割2 0 3 5 数据库设计2 0 3 5 1 后台服务器2 0 3 5 2 家庭信息机终端2 2 第4 章智能网络视频监控系统的设计2 4 4 1 智能网络视频监控系统的设计2 4 4 1 1 硬件架构设计2 4 4 1 2 本系统软件体系结构设计2 5 4 1 3 本系统的总体功能结构2 6 4 2 子系统及关键模块设计2 6 4 2 1 应用层子系统的设计2 7 4 2 2 信号处理层子系统的设计3 5 4 2 3 i o 处理层子系统的设计3 7 第5 章智能网络视频监控系统的实现3 8 5 1 系统实现方法3 8 5 2 应用层子系统的实现3 9 v i 5 2 1 注册模块的实现3 9 5 2 2 视频处理模块的实现4 0 5 2 3 控制模块的实现4 1 5 2 4 存储模块的实现4 2 5 2 5 告警模块的实现4 8 5 3 家庭安防功能的实现4 9 5 4 手机视频监控功能的实现5 1 5 5 信号处理层子系统的实现5 4 5 5 1 0 s d 字符叠加算法的实现5 4 5 5 2 警戒区告警功能的实现5 5 5 6 警戒线告警功能的实现5 7 第6 章系统测试与应用分析6 0 6 1 系统测试6 0 6 1 1 功能测试6 0 6 1 2 性能测试6 2 6 2 智能视频分析算法性能测试与分析6 3 结论6 5 参考文献6 6 致谢6 9 v i l 嵌入式智能家居监控系统的没汁 1 1 研究背景 第1 章绪论 从改革丌放到现在，我国经济进入了快速发展时期，经济的快速发展推 动着科技的不断进步。人们在满足了衣食住行的基础上又有了新的要求。人 们对生活质量提出了更高的要求，因此智能家居应运而生。智能家居信息技 术的快速发展为网络式智能家居提供了良好的环境。智能家居利用先进的计 算机技术、网络通信技术和综合布线技术，把与家居生活有关的各种子系统 有机地结合在一起统一管理，使生活更加舒适、安全和高效。智能家居市场 和普通的商品市场一样，针对不同的客户群，根据消费者不同的需要进行产 品的开发，推动新技术的开发和发展。在未来几年罩我国一些大中城市的住 宅将会采取智能家居这项技术，把它和住宅结合在一起成为我们生活的一部 分。未来中国将是智能家居潜藏的一个巨大市场。 智能家居一般被定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭管理 平台将与家居生活有关的各种子系统有机结合的一个系统。由于嵌入式系统 的发展迅速和相关技术的成熟，因此人们开始把嵌入式系统运用到智能家居 上来，例如监控系统。 如今视频监控系统越来越普遍的应用在生活的各个角落。传统的视频监 控系统只运用在公共场合依靠安保人员盯着监视器或者回放录相来查找可疑 情况。现在人们生活水平越来越高对居住条件的要求也越来越高，人们对自 身安全的保护从以前的被动式换成了主动式。人们希望自己在外出时也能清 楚的了解自己家里的任何情况。于是智能家居远程监控系统的产生满足了人 们的需求。 智能网络视频监控技术以其自动检测和跟踪各种目标、发现异常行为和 事件的智能化能力，其通过对摄像机拍录的图像序列进行自动分析来对动态 场景中的目标进行定位、跟踪和识别，并在此基础上分析和判断目标的行为， 从而做到既能完成常管理又能在异常情况发生的时候及时做出反应。因此智 能视频监控系统取代了监控任务中人的大部分工作，是新一代的具有高度智 嵌入式智能家居监控系统的设计 能的监控技术。智能视频监控技术具有广泛的应用日订景，可以应用于交通场 景，军事场景监控，国家重要安全部门，敏感的公共场合等等。智能视频监 控技术已经显示了巨大的市场价值，以智能交通系统为例，据p h i l i ps a y e g 和p h i l i pc h a r l e s 预测，到2 0 1 0 年，中国和南亚血国的智能交通系统市场 潜力估计在3 8 亿美元左右。特别是美国9 1 l 恐怖袭击事件以后，各国都高 度重视这样个问题，即如何对国家重要安全部门和敏感的公共场合进行全 天候、自动的、实时的监控，而智能视频系统就是解决这一问题的有效手段。 研究该系统的目的在于通过该系统改善当前同益恶化的社会治安环境和 交通状况，为公安机关和相关社会团体减少人力物力支出，创建和谐社会。 具有很高的社会价值和经济价值。 1 2 国内外智能家居视频监控的发展历史 2 0 世纪8 0 年代初，随着电子技术在家用电器中的大量应用，开始有了住 宅电子化这一概念。进入8 0 年代中期，形成了住宅自动化概念。8 0 年代术智 能家居才初见模型。智能家居的概念最早起源于美国。现在在美国、德国、 日本一些国家正在广泛的应用智能家居系统。智能家居市场巨大，面对这一 巨大诱惑各大公司如英特尔、摩托罗拉、i b m 、朗讯、北电、思科、爱立信等 公司都加快脚步进入这个领域，在各自不同的领域针对自身的优势进行智能 家居和智能信息家电的丌发和研究。 从上世纪9 0 年代发展到今天经过了二十几年，视频监控系统也由最初的 模拟监控发展到了数字监控1 ，再到现在的网络智能视频监控，从技术角度 出发，一共经历了三代。 第一代视频监控：传统模拟闭路电视监控系统。 模拟闭路视频监控系统是由摄像机、录像机、监视器和电缆等设备组成 的。模拟闭路视频监控系统存在大量局限性表现为：监控能力有限，由于模 拟信号通常采用同轴电缆传输在短距离中信号的衰减很小，但是超过一定距 离则需要放大器对信号进行放大，因此信号在经过多次放大处理时就发生了 失真现象。只有在一定距离范围内的监控能很好的发挥模拟闭路监控系统的 2 嵌入式智能家居监控系统的设计 作用，即本地监控；有限的可扩展性系统，通常受到视频两面分割器、矩阵 和切换器输入容量限制；录像负担重，由于只能使用机械式录像机和磁质录 像带，当录制一段时问后用户需要取出录像带并进行保存，同时换上新的录 像带继续录制。同时录像带容易受潮，磁化或者被无意中擦除；录像质量也 不高，拷贝的次数越多录像的质量也就越来越不好。 第二代视频监控：当前“模拟一数字“ 监控系统( d v r ，d i g i t a lv i d e o r e c o r d e r ) 。 “模拟一数字“ 监控系统其实就是半模拟一半数字的方案以数字硬盘录像 机为核心来实现的。由于d v r 的产品种类十分丰富也没有统一的标准，因此 系统使用的是非标准封闭系统。摄像机与d v r 之间的视频信号的传输任然是 采用同轴电缆，d v r 可以支持有限i p 网络访问，并且还可以同时支持录像和 回放。d v r 系统存在很大的局限性：布线复杂性，为了实现“模拟一数字”方 案在d v r 系统中出现了大量的摄像机，每台摄像机上都需要安装独立的视频 缆，因此布线量、复杂程度都大大的增加和提高；有限可管理性，d v r 和监控 点需要使用外部服务器和管理软件来进行控制；安全性差，d v r 方案录像没有 保护容易丢失，磁盘发生故障也存在一定风险；可扩展性受限，典型的d v r 有一定的限制一次最多只能对1 6 个摄像机进行连接；有限远程监视控制能 力，操作员只可以通过d v r 间接访问摄像机，不能从任意客户机访问任意摄 像机。 第三代视频监控：完全网络化的智能视频监控系统眩1 。 网络化的智能视频监控系统能自动的分析和抽取视频源中的关键信息。 智能视频监控系统与前两代有较大的区别：前者系统中内置w e b 服务器或设 备都具备网络功能，提供以太网端口；任何经授权客户机都可以通过设备生 成的数流从网络中任何位置访问、监视、记录并打印，而不是生成连续视频 信号形式图像。 网络化的智能视频监控系统还有以下优势： 简便性，所有的设备都通过有线或者无线以太网简单连接到网络，可使 用网络缆或无线网络方式传输图像以及进行p t z ( p a nt i1 tz o 鲫) 控制命令。 3 嵌入式智能家居监控系统的设计 中心控制强大，想要让整个监控系统运行起来只要有一台服务器和一套 控制管理应用软件就能满足需要，控制各台自订端设备和数千路的视频被监控 系统管理。 全面可扩展性与易于升级，使前端设备的增加变得轻松。 易于升级与全面可扩展性，轻松添加更多前端设备。中心服务器将来能 够方便升级到更快速处理器、更大容量磁盘驱动器以及更大带宽等。 远程监视是指任意摄像机都可以被任何一个授权的客户机直接访问。 智能的告警，用户可以根据自己设置的规则3 1 ，前端设备只对触犯该规 则的事件进行告警，大大“解放”操作员的眼睛。 1 3 智能视频监控系统的应用 目前得到主要应用的视频分析厂家主要是国外产品，国外的视频分析产 品相对国内发展比较早，并且已经具有一定的应用案例，主要集中在地铁、 铁路、机场、军事设施等场所4 1 。早期的视频分析产品一般都是实验室科研 开始，然后得到一些用户或安防厂家的合作并逐步推广。 在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下，国外提供视频智能 分析软件产品的厂商已经有许多：如以色列的n i c e 、m a t e 、i o i 、澳大利亚的 i o m n i s c i e n t 、以及被霍尼韦尔收购的a c t i v e y e 、被西门子收购的v i s t a s c a p e 等，另外就是众多安防大厂为了填补这块空白而采用的o v 的分析技术快速获 得产品，如v e r i n t ，b o s c h ，海康及t y c o 等。国内安防厂商也意识到视频分 析的强劲发展势头并大力发展，目前主要有一些研究所，如清华研究所，中 科院等，还有如汉王、智安邦、飞瑞斯、上海皓维等自主研发算法公司。 在智能视频监控方面，美国0 b j e c tv i d e o 公司走在最前列，他们在视频 背景建模，运动物体检测与跟踪，物体行为识别等领域都取得了相当高的成 就，起产品也广泛用于市场1 。 在芯片方面，德州仪器公司( t i ) 为其达芬奇产品线新增了几款数字信 号处理器，其目标应用是视频监视和包括数字视频录像机、互联网协议视频 服务器和机器视觉系统在内的基础设施应用。 4 嵌入式2 ；7 能家居监控系统的设汁 我相信在不久的将来，智能家居监控系统将出现在我们每个人的身边。 智能网络视频监控系统完成的功能包括将摄像机采集到的图像信息、麦 克风采集到的声音信号、报警设备采集到的报警信息等经过编码设备编码后， 将压缩后的流媒体文件通过宽带网络发送到监控中心中，供用户实时观看或 保存在存储设备中；同时，将监控中心传来的控制信令分离出来，进行命令 格式分析，按照命令内容执行相应的操作，控制云台转动以及摄像机镜头的 控制；并且提供智能视频分析功能，如越过警界线报警、周界报警、黑夜检 测、物体行为分析，交通流统计等等。 虽然智能视频分析系统在某些条件下已经取得比较大的突破，但是在复 杂场景条件下还存在许多技术难点和挑战： 第一，计算量与识别准确率的平衡。目前现有的算法往往不能满足计算 量小、准确性高的特点，例如光流法就需要进行大量的运算7 ，而差图像等 计算速度快的算法，其检测精度又值得探讨碍 9 l ，如何在计算量与准确性两者 之间折中，寻求最佳解决方案是目前所有算法的追求目标。 其次，复杂环境造成的视频可用信息减少。现实环境中，影响运动目标 检测的因素有很多，如光照产生的阴影可能被识别成运动目标，目标与背景 纹理接近时无法识别出运动目标1 。最大限度的减少环境因素对目标的影响 是必须解决的一个问题。c t o m a s i 等人通过对图像中像素点颜色分量的分布 建立区域模型，并且综合利用该模型和边缘模型对富含纹理的图像区域进行 角点检测，实现目标检测和跟踪，但当背景的纹理与目标的纹理相似时幼， 该算法却不能得到正确的结果。 最后，目标间的相对运动时的遮挡重叠问题。对于多个运动目标，如果 不是以相同的速度运动，大多数情况下会出现目标的遮挡、重叠等情况，目 标与目标之间的相对运动会直接影响序列图像的目标成像效果，给目标检测 工作带来了很大的不便”，这也正是当前许多算法不能彻底解决的问题。 智能网络视频监控系统完成的功能包括将摄像机采集到的图像信息、麦 克风采集到的声音信号、报警设备采集到的报警信息等经过编码设备编码后， 将压缩后的流媒体文件通过宽带网络发送到监控中心中，供用户实时观看或 5 嵌入式丰7 能家居监控系统的设计 保存在存储设备中；同时，将监控中心传末的控制信令分离出来，进行命令 格式分析，按照命令内容执行相应的操作，控制云台转动以及摄像机镜头的 控制；并且提供智能视频分析功能，如越过警界线报警、周界报警、黑夜检 测、物体行为分析，交通流统计等等。 6 嵌入式荃7 能家居监控系统的设计 第2 章智能家居系统组成 2 1 智能家居控制系统基本原理 2 1 1 系统结构 组成智能家居的几个关键部分是：嵌入式控制系统、网络总线、能源管 理系统等。智能家居控制系统如图2 1 所示： 6 蘩筑。交黪 诱潭籀荔， 。7 荔。移 一 电耱雏壤键缛 菇毪磐蔫嬲毂捧豢豫黟建磴羹 蒜襻渤 奄壤奄馕謦锯 缘 黪络荔缝一窜黔 ；謦缪 肇置臻 图2 1 智能家居控制控制系统 7 嵌入式智能家居监控系统的设计 智能家居由以前的集中控制逐步发展成分布控制。两者比较，后者的布 线更少并且可靠性也得到了提高。网络中节点与节点之问是不会相互干扰的， 如果其中有一个节点出现问题，那么只需要把出现故障的节点删除就可以解 决故障了。智能家居控制网络的组成包括：总线耦合器、家用电器、家庭网 关等。 1 总线耦合器( b c u ) 总线耦合器能自动识别所连接的总线端子，对输入输出建立过程映像。 b c u 用于在智能家居系统结构中连接网络、总线与家用设备，是组成这个网 络的关键部分。b c u 的作用是：首先对输入的信号进行处理；其次做出判断 确定信号的传送方式，是总线或者其他c b u 传送；最后就是把信息传送出去。 b c u 实现对家用设备的信号的获取( 输入) 或控制信号的输出的关键之处，实 现各个b c u 之间信息的交换。b c u 要确定信息来源，进行多个家用设备的连 接。 2 家用电器 传统的家用电器是指以电能驱动的用于家庭的各种电气和电子器具，而 智能家居中的家用电器指用于智能家庭中的电气和电子器具。两者之间的不 同之处是，后者可以和不同的b c u 进行连接并且配置了相应的接口，更具有 灵活性。针对智能家居中家用电器与b c u 的连接，家用电器做出了以下改变： 只有开关状态的家用设备不做改变；家用设备厂家对需要多种功能调节的家 用设备做较大的改动，为了可以接收来自b c u 的控制信号，同时接收来自耦 合器的控制信号用于监测，即为每个家电应增加一个与总线耦合器连接的接 口。 3 家庭网关 网关是一种复杂的网络连接设备，实现不同协议网络之间的连接。家庭 网关是智能家庭网络中的一个重要部分，是将单个家庭网络与局域网、i n t 锄e t 网和智能小区沟通的关键部分。家庭网关经过设置以后可以到任何网站上对 信息进行浏览，可以收发邮件等，也可以通过连接到i f l t 锄c t 上的计算机对家 庭中各种设备进行远程的控制和监测，就和计算机网络一样。 嵌入式智能家居监控系统的设计 2 2 基于嵌入式的智能家居系统构成 2 2 1 智能家居系统的组成 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、自动控 制技术等，兼顾自动化和智能化为一体的高效、安全、便利的家居环境。智 能家居监控的主要职能有： 家居稚线系统：智能家居布线系统其实就是一个综合的布线系统。在功 能上智能家居布线系统是智能家居的基础，是传输的通道。为了实现家庭智 能化，首先要进行家庭布线的基础设施，家居佰线系统要进行集中管理。家 居布线系统把家庭自动化控制系统( 如电话、有线电视、电脑网络、影音系 统) 的柿线统一规划和布局。 实现家庭智能化，首先对家庭布线的基础设施进行建设，命线要进行统 一规划、布局和集中管理。主要就是把有线电视、影音系统、电脑网络和家 庭自动化控制系统连接起来进行统一管理。其次，建立一个网络平台来实现 家居智能化即实现自动化控制。在家庭中想要在每个房制观看电影和欣赏音 乐，使多台计算机联网实现共享宽带服务等，只需要一台影碟机、音响和卫 星电视接收机就可以实现。在智能家居家庭布线中一般采用综合布线，能满 足不同用户不同时间的需要，使得家庭布线系统有良好的扩展性和可升级性。 家居安防系统：传统的安防系统已经不能满足现在人们地要求了，这时 家居安防系统出现在了人们的面前，家居安防系统通过技术手段实现安全防 范。一般人们所讲的家居安防指的是：防盗、防火和放燃气泄漏功能等，即 便住户在外也可以通过电话或网络随时随地掌握家里的情况，还可以对家庭 内部进行监控，这些工作都是智能家居的监控完成的。 2 2 2 智能家居系统构成 智能家居系统的总体结构是由物理层、网络层和应用层这3 层来构成。 物理层包括电力线、双绞线等各种传输媒介。网络层包括音频视频网络、控 9 嵌入式智能家居监控系统的没计 制网络和数据网络等。应用层包括各种智能终端、安全系统、家用电器和灯 光系统等。 控制系统分为主机和分机，即现场控制级和多个控制对象级。现场控制 级设备接收多个控制对象级收集的控制对象的各种信息，并对这些数据进行 分析处理。通过主机对所得信息进行分析，并在特定的条件下发出报警，并 通过电话或网络通知住户。住户通过现场控制级系统可以了解各家居的运行 状念，如：房间湿度、温度等，并根据现场情况对控制进行调整。 2 3 智能园区系统的发展 2 3 1 智能园区的概念 智能园区和智能家居相比范围更广、功能更齐全，是多个智能家庭和小 区物业的连接。智能园区其实就是小区的智能化。 智能园区和智能家居相似：技术上，智能园区和智能家居使用的都是建 立在计算机、网络、自动控制、传感等的快速发展的基础上的；功能上，智 能园区还包括环境、公共设施和服务等多项管理，为智能家居提供功能扩展 的平台，还提供一些信息服务。 2 3 2 智能园区的发展情况 在国外智能园区的使用不广泛，因为这是和居住环境有关在国外住宅相 对分散，所以在国外独立的智能家居备受人们的青睐，发展比智能家居快。 在我国，相对于国外住宅环境相对集中比较紧凑，智能家居能得到更好 的发展和使用，但同时智能园区在将来也能有很大的发展。2 1 世纪，智能化 已经进入居民住宅了，人们对此也是引起了高度的重视，智能住宅化进程的 脚步正在快速前进。而智能住宅在城市中的比重也是随着时间的变化在不断 提高。就拿2 0 0 5 年和2 0 0 6 年来说吧。在2 0 0 5 年，我国城市开始数字化建设 改造试点，已经达到l o 个城市。到2 0 0 6 年底，新建智能化住宅的比例将达 到6 0 。“数字社区数字城市“ 一切都将逐步实现，不再是口号和概念。 l o 嵌入式智能家居峪控系统的设计 从事智能园区建设的企业也逐步增多，如清华同方、海尔等。都有各自 的方案以及相关产品。相信在不久的将来，智能化的广度和深度都会提高。 距离理想的生活环境将会更近一步。 嵌入式智能家居监控系统的设计 第3 章智能网络视频监控系统需求分析和关键技术 3 1 应用需求和运行环境 智能网络视频监控系统完成的功能包括将摄像机采集到的图像信息、麦 克风采集到的声音信号、报警设备采集到的报警信息等经过编码设备编码后， 将压缩后的流媒体文件通过宽带网络发送到监控中心中，供用户实时观看或 保存在存储设备中；同时，将监控中心传来的控制信令分离出来，进行命令 格式分析，按照命令内容执行相应的操作，控制云台转动以及摄像机镜头的 控制。 其主要客户分为两类，一类是通讯网络运营商，他们利用产品建设远程 网络视频监控系统，然后再提供视频监控业务给个人、家庭、企业等最终用 户；另一类是行业客户，包括公安、环保等，他们利用智能网络视频监控系 统建设基于自己的专用网络，构建网络视频监控系统。现在出现了把网络视 频与家居结合在一起组成了智能家居远程监控系统，通过摄像头进行视频捕 捉，然后通过h n e n l c t 网络、手机把视频发送给用户。 然而智能家居远程监控系统主要运用于网络监控技术，这项技术主要用 于国内外网络视频监控系统的建设，根据客户实际使用环境的不同，既可能 用于室内，也可能用于室外。当用于室外坏境时，需要安置在室外箱中。 3 2 功能需求 3 2 1 监控系统 作为一套先进的网络智能监控系统，按照目前行业的现状以及竞争对手 的产品和监控系统将来的发展趋势以及技术的实现，定义了如表3 1 的功能需 求。表3 1 中，视频相关功能主要是用来实时监控现场画面的，采用h 2 6 4 视 频编码算法是为了更好的网络传输；音频功能用来语音对讲和对监控现场进 行监听，行业对手都有这个功能；作为一个网络视频系统，必须具备比较强 1 2 嵌入式智能家居监控系统的设计 大的网络功能，所以本表中的网络功能必须实现；本设备提供基本的视频输 入、输出功能，音频输入输出功能和数字量输入功能；本表中罗列的各种告 警功能f 是本设备的亮点；控制和管理相关功能提供了远程的控制和管理接 口，是本系统区别于第一代和第二代监控系统的重要标志；智能分析功能是 本系统最具特色的功能，也是本项目的重点研究内容。 表3 1 需求汇总 分类需求名称重要等级需求来源修改记录 支持基丁h 2 6 4 的视频压缩编码高行业现状基线 视频视频参数实时控制功能高行业现状基线 相关o s d 功能高行业现状基线 支持多码流功能 古 行业现状基线同 本地语音对讲 同r 行业现状基线 音频 音频压缩高行业现状基线 支持t c p i p 协议高行业现状基线 网络音、视频流的传输高行业现状基线 相关混合组网高行业现状基线 网络参数配置 高 行业现状基线 复合视频输入接口 高 行业现状基线 一 接口 音频输入接口 局 行业现状 基线 提供数字量输入、输出接口高行业现状基线 视频分析告警高行业现状基线 设备 视频丢失告警高行业现状基线 数字量输入d i 告警高行业现状基线 告警 d o 告警联动高行业现状基线 p t z 告警联动高行业现状基线 支持远程升级、复位高行业现状基线 控制 支持远程控制高行业现状基线 和管提供日志功能高行业现状基线 理w e bs e r v e r 支持 中行业现状基线 硬盘分区管理及格式化硬盘功能中竞争对手基线 智能 移动物体检测高竞争对手基线 视频遮挡检测 高竞争对手基线 分析 入侵检测高竞争对手基线 3 2 2 信息传输 通过在智能手机安装家庭信息机相应型号的手机客户端软件，可以远程 1 3 嵌入式智能家居监控系统的设计 实时查看家罩现场情况。也可操作家居控制，以及家庭安防的撤防和布防。 需要把监控系统与i n t e m e t 网络进行连接，当出现报警情况时，立即把视频内 容传送给小区物业、警察局和用户手机上，使危险尽快排除。变现出智能家 居监控系统的实时性。 3 3 性能需求和指标 智能家居监控系统是一个可以远距离传输的稳定可靠、无人看守的嵌入 式设备。因此，我们希望我们的系统完成后达到以下指标： 稳定性和可靠性：嵌入式的操作系统的稳定决定了监控系统不容易发生 故障。为了便于施工、安装、调试必须实现高度一体化、高度工程化。系统 的软件操作简便、模块化结构。该系统至少稳定运行l o 万小时不死机。 易用性：一般的监控系统在每次使用前要进行单独的设置，而智能家居 监控系统不一样。它只需要安装相应的软件就可以进行监控，并且软件的使 用界面非常好。一般软件都具备升级功能，安装在智能家居监控系统中的软 件也不例外并且升级十分方便，能保证用户投资。 开放式结构：软件可以与第三方系统相融合，可以读取第三方系统的相 关数据，可以为第三方系统提供其需要的相关数据，提供s d k ( 二次开发包) 。 可扩展性：由于用户以后的需求会不断发展，监控数量将随之扩大，系 统只需要增加前端设备和升级软件，不用添加其他附加设备就可以升级系统。 图像质量：图像能达到d 1 的最高分辨率，图像清晰，图像无马塞克，图 像无拖影，图像局部细节细腻，垂直分辨率达到最少2 5 0 线，水平分辨率至 少达到5 0 0 线。 网络质量：图像在网络上传输是否有延时，图像在网络上传输时无丢帧， 图像在网络上传输时无停滞现象，网络时延小于4 0 0 毫秒。 高智能性：提供强大的智能分析功能，智能功能极小受外界环境影响。 视频分析误报警率控制在1 0 以内，漏报警率控制在5 以内。 实时性：实时性是指在外部事件发生的同时，程序的处理在时间上应该 是同步的。我们应该了解实时性和快速的定义并不相同。如果用即时来解释