Đồ Án Thiết kế hệ thống IP camera hỗ trợ chuẩn MJPEG trên nền FPGA ứng dụng trong giám sát và điều khiển t

MỤC LỤC
LỜI N I Đ U . i
T M TẮT ĐỒ N iii
ABSTRACT . iv
M C L C v
DANH M C C C H NH V ix
DANH S CH C C ẢNG IỂU xi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .xiii
PH N MỞ Đ U . 1
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG 3
1.1 Giới thiệu . 3
1.2 Tính khả thi của đề tài 4
1.2.1 Tính khả thi về mặt kỹ thuật 4
1.2.2 Khả thi về mặt kinh tế 4
1.2.3 Khả thi về mặt vận hành 5
1.2.4 Khả thi về mặt thời gian . 5
1.3 Phân tích yêu cầu 5
1.3.1 Phân tích yêu cầu chức năng của hệ thống . 5
1.3.2 Phân tích yêu cầu phi chức năng của hệ thống . 8
1.4 Giới thiệu về công nghệ sử dụng 9
1.4.1 Công nghệ FPGA [6] . 9
1.5 Các phần mềm sử dụng trong đề tài 9
1.6 Kết luận chương . 10
Chương 2. HỆ THỐNG NHÚNG VỚI MICROBLAZE VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH
XILKERNEL 11
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012
vi
2.1 Vi xử lý Microblaze [9] 11
2.1.1 Kiến trúc 11
2.1.2 Giao diện tín hiệu 20
2.1.3 Giao diện ứng dụng 24
2.1.4 Kiến trúc tập lệnh 27
2.2 Kiến trúc hệ thống nhúng với Microblaze . 29
2.3 Hệ điều hành Xilkernel [10] . 30
2.3.1 Tổng quan 30
2.3.2 Tổ chức của hệ điều hành Xilkernel . 31
2.3.3 Xây dựng ứng dụng cho Xilkernel . 31
2.4 Kết luận chương . 32
Chương 3. THIẾT KỂ HỆ THỐNG . 33
3.1 Sơ đồ khối nền tảng cứng cho hệ thống 33
3.2 Cấu hình nền tảng phần cứng 35
3.3 Khối nén ảnh MJPEG . 36
3.4 Thiết kế phần mềm cho hệ thống 38
3.4.1 Cấu hình thư viện phần mềm cho hệ thống 38
3.4.2 Thiết kế phần mềm cho hệ thống . 43
3.5 Kết luận chương . 48
Chương 4. THIẾT KẾ LÕI M-JPEG 49
4.1 Khối Lẫy mẫu dữ liệu . 50
4.1.1 Phân tích chức năng . 50
4.1.2 Thiết kế chi tiết 54
4.1.3 Kết quả tổng hợp khối 57
4.2 Khối Biến đổi Cosin rời rạc (DCT) . 58
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012
vii
4.2.1 Phân tích chức năng . 58
4.2.2 Thiết kế chi tiết 59
4.2.3 Kết quả tổng hợp khối 60
4.3 Khối Lượng tử hóa . 61
4.3.1 Phân tích chức năng . 61
4.3.2 Thiết kế chi tiết 62
4.3.3 Kết quả tổng hợp khối 63
4.4 Khối Quét zigzag 63
4.4.1 Phân tích chức năng . 63
4.4.2 Thiết kế chi tiết 64
4.4.3 Kết quả tổng hợp khối 65
4.5 Khối RLE và Delta DC . 65
4.5.1 Phân tích chức năng . 65
4.5.2 Thiết kế chi tiết 67
4.5.3 Kết quả tổng hợp khối 68
4.6 Khối Mã hóa Huffman 69
4.6.1 Phân tích chức năng . 69
4.6.2 Thiết kế 71
4.6.3 Kết quả tổng hợp khối 73
4.7 Khối AddHeader 74
4.7.1 Phân tích chức năng . 74
4.7.2 Thiết kế 75
4.7.3 Kết quả tổng hợp khối 75
4.8 Khối FIFO2750 75
4.8.1 Phân tích chức năng . 75
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012
viii
4.8.2 Thiết kế 76
4.8.3 Kết quả tổng hợp khối 76
4.9 Kết quả tổng hợp khối nén ảnh JPEG . 77
4.10 Kết luận chương . 77
Chương 5. THIẾT KẾ PH N MỀM DÀNH CHO NGƯỜI SỬ D NG . 78
5.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu . 78
5.1.1 Chuẩn hóa 78
5.1.2 Chuẩn hóa các bảng dữ liệu . 79
5.2 Phần mềm người sử dụng . 89
5.2.1 Chức năng giám sát hệ thống . 89
5.2.2 Chức năng quản trị hệ thống 95
5.3 Kết luận chương . 98
KẾT LUẬN . 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 100
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH VIỆT 102
PH L C 1
Phụ lục 1: Code VHDL cho khối Quét zigzag 1
Phụ lục 2: Hồ sơ sinh viên 5
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tổng quan về hệ thống IP Camera đã thiết kế . 3
Hình 1.2 Kế hoạch thực hiện đề tài 5
Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng của MicroBlaze [9] . 12
Hình 2.2 Pipeline ba trạng thái của MicroBlaze . 13
Hình 2.3 Pipeline năm trạng thái của MicroBlaze 14
Hình 2.4 Mô hình quản lí bộ nhớ ảo [9] . 15
Hình 2.5 Xử lí cache lệnh 17
Hình 2.6 Xử lí cache dữ liệu 19
Hình 2.7 Giao diện tín hiệu của MicroBlaze 20
Hình 2.8 Sơ đồ chân của một liên kết FSL . 22
Hình 2.9 Khối IDCT liên kết với MicroBlaze qua FSL 23
Hình 2.1 Lệnh loại A . 29
Hình 2.11 Lệnh loại B . 29
Hình 2.12 Kiến trúc hệ nhúng với MicroBlaze [9] . 30
Hình 2.13 Các mô đun của Xilkernel . 31
Hình 3.1 Sơ đồ khối của Hệ thống IP Camera 33
Hình 3.2 Sơ đồ giao tiếp khối MJPEG core với các khối khác . 37
Hình 3.3 Các tín hiệu vào ra khối MJPEG core . 38
Hình 3.4 Cửa sổ chọn Hệ điều hành Xilkernel . 39
Hình 3.5 Cửa sổ cấu hình cho Xilkernel 40
Hình 3.6 Tùy chọn sử dụng giao thức Lwip . 41
Hình 3.7 Chương trình server cho máy chủ 44
Hình 3.8 Giải thuật truyền dữ liệu lên Internet . 47
Hình 4.1 Quy trình nén ảnh JPEG 49
Hình 4.2 Tín hiệu vào/ra khối Lấy mẫu dữ liệu 51
Hình 4.3 Cấu trúc dữ liệu của một dòng theo chuẩn ITU-601 52
Hình 4.4 Xác định tín hiệu SAV và EAV mành 0 55
Hình 4.5 ố trí dữ liệu trong mỗi thanh RAM . 56
Hình 4.6 Tín hiệu vào/ra khối Biến đổi DCT . 58
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012
x
Hình 4.7 Ma trận A
T
59
Hình 4.8 Ma trận A
T
sau khi nhân các hệ số với 2
16
. 60
Hình 4.9 Tín hiệu vào/ra khối Lượng tử hóa 62
Hình 4.1 Sơ đồ quét zigzag 8*8 . 64
Hình 4.11 Tín hiệu vào/ra khối Quét zigzag 64
Hình 4.12 Tín hiệu vào/ra khối RLE và Delta DC . 67
Hình 4.13 Thuật toán tìm phần tử cuối cùng khác không trong một block . 68
Hình 4.14 Tín hiệu vào/ra khối Mã hóa Huffman 71
Hình 4.15 Code VHDL tìm SSSS của các số dương 72
Hình 4.16 Code VHDL tìm SSSS của các số âm . 73
Hình 4.17 Các tín hiệu vào/ra khối AddHeader 74
Hình 4.18 Tín hiệu vào ra khối FIFO2750 . 76
Hình 5.1 Sơ đồ thực thể liên kết 89
Hình 5.2 Sử dụng thread trong C# [19] 90
Hình 5.3 Sơ đồ thuật toán việc nhận và hiển thị dữ liệu . 92
Hình 5.4 Giao diện chính theo dõi các camera . 94
Hình 5.5 Giao diện chỉnh sửa các thông số của camera 95
Hình 5.6 Giao diện chương trình thêm vào một hệ thống IP Camera . 95
Hình 5.7 Giao diện đăng nhập của người quản trị hệ thống 96
Hình 5.8 Giao diện phát lại Video . 97
Hình 5.9 Giao diện tìm kiếm các hệ thống IP Camera 97
Hình 5.1 Giao diện kiểm tra tác động của User lên cơ sở dữ liệu . 98