基于Android系统的H.264视频压缩技术实现

视频服务器在目前视频领域中的应用，主要是利用网络视频服务器构建远程监控系统。基于网络视频服务器的多通道数字传播技术，具有传统的模拟视频输出系统无可比拟的诸多优势。但要使网络视频监控得到普及还有待于解决以下问题：尽快提高视频压缩的技术水平，目前先进的压缩标准H.264可以部分解决视频质量和网络带宽占用这个矛盾。

H.264／AVC标准是一种高性能的视频编解码技术，相比以前的标准，具有更高的压缩率、高质量图像、容错功能、并有很强的网络适应性。

随着Android技术的迅猛发展和日趋成熟，其开放性、便携性、良好的兼容性、无缝结合网络通信等特点将使Android操作系统在未来工业领域中有广泛的应用。

1 系统概述

基于Android平台的视频服务器监控系统由监控前端、监控终端和网络3部分组成。监控前端是一个嵌入式Android系统，通过S3C6410的USB摄像头采集视频数据，并传送给Android应用层的编解码模块，应用层通过调用JNI接口链接Android底层封装的动态库，实现基于H.264标准视频压缩，将压缩数据打包发送到IP网络上，监控终端通过网络接收数据包，最后解码进行实时播放。基于Android平台的H.264视频压缩技术的总体框架图，如图1所示。

2 系统的硬件设计

基于Android视频服务器系统包括视频信息采集模块、视频信息编解码模块、视频数据传输和显示模块组成。视频信息采集和编码模块是整个监控系统的前端，主要由USB摄像头和Android底层的系统库实现；视频数据传输模块是整个监控系统的中继，负责监控前端和监控终端视频数据的交互工作；监控终端主要由LCD显示模块和电源模块组成，LCD显示模块实时查看视频，电源模块为系统提供运行所需的能量。

该技术设计采用Samsung公司的ARM11 S3C6410嵌入式处理器为核心，其主频为533 MHz／667 MHz，S3C6410是基于16／32-bitRISC内核的低成本、低功耗、高性能微处理器解决方案，内部集成多个功能强大的硬件加速器，结合外部极佳的接口设备，能够满足Android程序开发的需求。其外接存储设备包括256 M的DDR-SDRAM、2MB的NOR Flash、2 GB的NAND Flash。外围接口包括串行口、JTAG调试接口和USB接口，其中USB接口连接摄像头负责视频数据的采集，LCD进行实时显示。视频采集设备硬件结构如图2所示。

3 软件设计概述

Android的系统构架分为应用层、应用框架层、系统运行库和IJnux内核层，Android应用程序的开发通过应用框架与Android底层进行交互。技术实现设计采用模块化设计方案，主要包括底层驱动移植模块、视频采集模块、视频压缩传输模块和视频显示模块。

基于Android的视频服务器系统主要包括监控前端、中间网络和监控终端。监控前端的USB摄像头采集视频数据，Android应用层调用封装的JNI库进行标准的H.264压缩，经过网络打包发送给监控终端，终端通过解码实时查看视频。其中流媒体服务器主要由3层结构组成：服务器、网络服务接口和驱动模块，如图3所示。

3．1 操作系统结构

Android作为终端操作系统，其软件层次自下而上分为：基于Linux内核的操作系统层，各种库和Android运行环境，应用程序框架和应用程序。结构图如图4所示。

(1)应用程序。应用程序包括Email客户端，SMS短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。所有应用程序均使用Java语言编写。

(2)应用程序框架。应用程序架构设计简化了组件的重用；任一个应用程序都可以发布功能块并且其它应用程序都可以使用其所发布的功能块。

(3)系统运行库。当使用Android应用框架时，Android系统会通过一些C／C++库来支持使用的各个组件，使其能更好地服务。其中包括Bionic系统C库，多媒体库，关系数据库SQLite，Web浏览器引擎Webkit等。

(4)Linux内核。Android的核心系统依赖于Linux 2．6内核，它同时也是硬件和软件之间的抽象层。此外Android对其做了部分修改，主要涉及两部分。Binder(IPC)：提供有效的进程间通信，实现了自己的功能；电源管理：主要为省电，作为手持终端设备低耗电是追求目标。

3．2 底层驱动移植模块设计

Android系统本身是一个庞大的系统，移植需要考虑Android系统的硬件抽象层(HAL)和Linux中的相关设备驱动程序。移植的目的就是为了改动较小的内容，支撑较为庞大的上层系统。该系统驱动的移植主要为满足上层应用层的USB摄像头视频采集需求。

Android系统驱动移植首先要熟悉硬件抽象层的接口，其次要集成和复用已有的驱动程序，主要的工作量在硬件抽象层的实现中。移植的主要工作有两方面：Linux驱动、Android系统硬件抽象层。

USB摄像头驱动程序介于视频采集应用程序与Linux内核中USB核心的中间层。其一，USB摄像头驱动向USB核心注册本身的信息，并调用USB核心提供的API函数为上层服务；其二，应用程序通过调用USB摄像头驱动的一套接口函数进行视频采集和调整摄像头参数等操作，如图5所示。