智能家居中android系统与监控系统的融合

    近一两年，智能家居概念兴起，智能家居的内容，从现状来看，大多体现在对家电设备的远程控制以及自动化控制上面，其实，对家电设备的控制只是智能家居部分内容，家庭的安防监控以及视频交互将是智能家居中不可或缺的内容。

    安防监控能够使业主能够在屋内观察到门外以及小区门口的情况，能够及时地获取来访人员的情况，这在别墅或者高档小区里是非常有必要的。

    视频交互能够使屋内的业主能够与远方的家人进行亲密沟通，这包括远程的视频电话、视频留言以及照片分享等。考虑到当今中国人口老龄化现状，而年轻人由于工作原因大多在外地，因此这项功能在用户体验上要更多地考虑中国老龄化人口的感受，要比在手机以及在平板上更加便捷，要让老年人很方便地使用，这项功能才有价值。

        

一、视频交互

承载视频交互和监控功能的实体就是中控平板电脑，如下图所示。系统分为三个部分：视频接口板、平板电脑、以及电话听筒。中控平板电脑与一般平板电脑区别在于，它能够接受视频输入，可以是模拟视频输入，也可以是HD-SDI输入（模拟高清），模拟视频相对于网络摄像机而言，具有传输延迟短的特点，而且HD-SDI的视频信号能够达到百万高清的分辨率。视频输入是以接口板的形式与平板电脑连接的，这样平板电脑可以单独取出来，用于娱乐以及游戏目的。另外，平板电脑的右边是一个类似座机的电话听筒。很多老年人不习惯使用触摸屏，他们习惯于拿起话筒就能通话，因此，我们设立了电话听筒，当有视频电话呼叫时，户主只需拿起听筒即可完成视频通话。

图 智能家居中中控平板的构成

 

        

下面以2个情景为出发点，设想一下中控平板如何承载视频交互的功能：

情景1：（视频通话）

         外地的子女给父母打电话时，父母只需像接座机电话那样拿起听筒，电话接通后，远方的子女可以使用手机的APP远程操控中控平板，开启视频通话功能，中控平板的前置摄像头会自动打开，从而实现视频通信。在这个情景中，父母只需向往常一样接通电话即可，不需要任何的按键或者触摸屏操作，即可实现视频通话，比用平板或者手机要方便得多。打电话时仍然使用3G网络，确保通话流程，视频通信则使用wifi网络。

 

情景2：（远程照片分享）

         子女如果只是想把照片（小孩照片或者旅游照片）分享给父母时，可以使用手机app发照片到远程中控平板上，中控平板会自动播放照片或者视频，此时，该中控平板就相当于一个数码相框，数码相框的内容可以由远方的子女更新，父母只需观看即可。

 

         中控平板电脑一般安装于墙上，可以取代对讲机或者门控机。中控平板电脑既可以充当传统安防监控的角色，又可以实现交互极为简便的视频交互功能，起到了家庭成员感情沟通桥梁的作用，更接地气，将使智能家居能够真正地被用户所接收。

        

        

二、安防监控

         传统的安防监控需要有摄像头、硬盘录像机、以及显示器，这套系统体积庞大，不适合安装在家居环境中。我们使用中控平板电脑即可实现传统的安防监控功能，硬盘录像机和显示器的功能可以被中控平板替代，由于OMAP4 有1080p High profile的编解码能力，我们看一下OMAP4可以驳接的摄像头组合：

组合1	四路模拟视频，其中CSI2A（两路），CSI2B（两路）
组合2	两路模拟高清HD-SDI，其中CSI2A 1路，CSI2B 1路
组合3	两路网络高清摄像头

        

         由于OMAP4的视频编解码是在IVA-HD硬件中完成的，其双核A9的CPU资源仍然可以用来运行android系统以及其他计算。

         传统的监控系统会一直编码以及存储视频流，这样需要海量的硬盘进行存储，但考虑到家居环境的特殊性，其实不需要一直存储视频流。设想这样一个情景，当一个摄像头在监控家庭的门口环境时，那么只有视频流中有物体在动时，才需要存储视频流。因此，我们可以使用图像分析的方法进行视频移动帧检测，通过分析，如果视频流中有物体移动，中控平板才会编码以及存储视频流，这样可以大大降低所需的存储空间。考虑到OMAP4在编码时，其CortexA9的CPU资源是闲置的，因此可以使用CPU资源进行视频分析。

         因此，家居中控平板所搭载的监控系统是一种智能的、轻量级的系统，其成本更加低，因此它将有力地提升智能家居系统的实用价值。

 

三、具体实施方案

         整个系统的关键在于中控平板电脑，其软件环境为Android系统，我们需要对Android系统做一下两个方面的改造。

1. 交互方面的改造

Android系统是以触摸输入为主的，我们要将其改造，使用按键或则听筒即可完成视频交互。比如当有时电话进来时，用户只需摘下听筒即可实现视频连接的简历，同样，当用户需要主动发起视频通话时，也只需要简单的2,3个按键操作即可完成整个动作。

 

1. 监控系统与android系统的整合

Android系统在设计之初是没有考虑监控需求的，因此我们需要将监控系统整合到Android系统中，实现监控摄像头的视频预览、编码以及存储功能。具体来说，这设计到Android多媒体子系统stagefright的修改。

 

四  BOM成本以及对比

     我们将监控系统与视频交互系统整合在一起，成本极具优势，下表列出了与传统方案的对比：

        

BOM成本比对	本文方案	传统方案（监控系统+平板）
	模拟摄像头2个	模拟摄像头2个
	OMAP4平板1个	平板1个
	无	DVR
	无	显示器
软件性能
	适合于老年人的交互系统	典型的触摸屏系统，不适合老年人使用
	集成智能视频分析	无智能视频分析，若引入，还需额外成本
可扩展性
	可在中控平板中加入蓝牙、zigbee功能，实现智能家居的其他功能	无法扩展。

 

     上表综合对比了成本、软件性能以及可扩展性，本文的方案很适用于推广到智能家居系统中，其所实现的交互系统改造，智能的视频分析，将使智能家居用户体验上升到一个新的层次，实现真正有用的智能化。