Thạc Sĩ Xây dựng hệ thống hiển thị thông tin hình ảnh thông qua mạng Internet

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Xây dựng hệ thống hiển thị thông tin hình ảnh thông qua mạng Internet” là sản phẩm do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Xuân Tú. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình.

MỞ ĐẦU
Việc cung cấp thông tin kịp thời tới người dùng một cách nhanh chóng và chính xác là cần thiết trong xã hội hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, ngày nay chúng ta có thể nhận thông tin mọi lúc, mọi nơi một cách nhanh chóng thông qua mạng Internet. Các hệ thống hiển thị thông tin truyền thống cũng đang dần được thay thế bằng các màn hình kích thước lớn có kết nối mạng. Tuy nhiên, việc truyền nhận và xử lý thông tin trước khi hiển thị phần lớn vẫn được thực hiện trên các hệ máy tính đa năng với giá thành tương đối cao. Việc xây dựng một hệ thống chuyên dụng dạng “system-on-a-chip” để thực hiện việc thu nhận thông tin hình ảnh và hiển thị là cần thiết nhằm tối ưu hoá ứng dụng và giảm giá thành sản xuất. Hệ thống này có nhiệm vụ thiết lập kết nối máy chủ thông qua mạng Internet để lấy dữ liệu hình ảnh, giải mã và truy xuất hình ảnh ra màn hiển thị tương thích với chuẩn VGA.
Ứng dụng hiển thị hình ảnh thông qua kết nối Internet đang là vấn đề rất thực tế, phục vụ cho lĩnh vực truyền thông, quảng bá thông tin tại các cơ quan, đơn vị, trường học, hay các doanh nghiệp, hay thậm chí tại các khu chung cư mới hoặc các cơ quan thông tin của phường/xã.
Chính vì lý do trên, em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống hiển thị thông tin hình ảnh thông qua mạng Internet” để nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sỹ của mình.
Bố cục của luận văn gồm có bốn phần:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về mã hoá và hiển thị hình ảnh.
Chương 2: Công nghệ nền tảng FPGA và phương pháp xây dựng hệ thống nhúng trên FPGA
Chương 3: Hệ thống hiển thị thông tin hình ảnh thông qua mạng Internet
Chương 4: Kết quả thực nghiệm và đánh giá

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . 2
LỜI CẢM ƠN . 3
MỤC LỤC . 4
DANH MỤC HÌNH VẼ . 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT . 9
MỞ ĐẦU . 10
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÃ HÓA VÀ HIỂN THỊ HÌNH ẢNH . 11
1.1. Cơ sở lý thuyết về mã hóa hình ảnh JPEG . 11
1.1.1. Quá trình mã hóa 12
1.1.2. Chuyển đổi hệ màu 12
1.1.3. Lấy mẫu 13
1.1.4. Quá trình giải mã 14
1.2. Hiển thị hình ảnh lên màn hình chuẩn VGA 15
1.2.1. Nguyên lý quét hình ảnh 15
1.2.2. Tín hiệu màu VGA . 17
1.2.3. Bộ điều khiển tín hiệu hiển thị hình ảnh – VGA core . 18
1.2.4. Nguyên tắc hoạt động của bộ hiển thị hình ảnh VGA . 20
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG FPGA – PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHÚNG TRÊN FPGA . 22
2.1. Giới thiệu công nghệ nền tảng FPGA . 22
2.1.1. Kiến trúc FPGA 23
2.1.2. Ngôn ngữ lập trình mô tả phần cứng VHDL 25
2.2. Phương pháp xây dựng hệ thống nhúng trên FPGA . 27
5
2.2.1. Trình tự thiết kế một vi mạch FPGA 27
2.2.2. Giải pháp thiết kế hệ thống sử dụng bộ công cụ của hãng Xilinx . 29
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG TIN HÌNH ẢNH THÔNG QUA MẠNG INTERNET 39
3.1. Mô tả ý tưởng thiết kế hệ thống 39
3.2. Hệ thống phần cứng . 40
3.2.1. Xây dựng hệ thống phần cứng trên chip 41
3.2.2. Thiết kế ngoại vi giao tiếp màn hình VGA 46
3.3. Đặc tả hệ thống phần mềm 50
3.3.1. Thiết kế chi tiết hệ thống phần mềm 51
3.3.2. Thư viện lwIP hỗ trợ truyền thông Ethernet 54
3.3.3. Thư viện giải mã ảnh JPEG – TinyJPEG . 56
CHƯƠNG 4: : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ . 59
4.1. Nền tảng thực thi hệ thống 59
4.2. Kết quả kiểm tra chức năng hệ thống 59
4.2.1. Kiểm tra kết nối Ethernet . 59
4.2.2. Kiểm tra kết nối màn hình VGA, hiển thị hình ảnh . 60
4.2.3. Kiểm tra kết quả giải mã hình ảnh JPEG . 61
4.2.4. Kiểm tra kết nối tổng thể toàn hệ thống . 61
4.3. Đánh giá giải pháp thực hiện hệ thống 62
KẾT LUẬN . 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64