Thông tin tài liệu
Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 i LỜI NI ĐU Ngày nay, các camera giám sát có kèm theo chu khin có mt khp mi c s dm nóng giao thông hay các v t chân ti. Ngoài các chng, các camera loi này còn có kh u khin các thit b n ti th này hoc nhp khu toàn b t c ngoài, có chi phí cao và kh u hình li thp. Ngoài ra, t truyn hình ng là mt trong nhm ca các h thng này. K thut nén d li c khi truy ct lõi ca các sn phm IP ng, có hai cách nén d liu: mt là nén bng phn mm, hai là nén bng IC chuyên dng. Vi gii pháp th nht, giá thành ca sn phm có th c gim b truyn hình nh s rt thp hoc chng hình nh m bo. Vi gii pháp th hai, ngoài vic có giá thành cao thì vic cu hình li s r T ng mun xây dng mt h thng Camera có kh n hình nh ti nhii dùng có th u khin các thit b n t xa và có th i chc nâng cp h thng, kt hp vi các kin thc trong sut thi gian hi hc, chúng em nhn thy rng công ngh FPGA có th ng c các yêu cu trên. Cng vi vic mt h th c thc hin và có các kt qu kh quan trên phòng Nghiên cu H thng nhúng và Tính toán kh cu hình (ESRC Lab) ca Vin T Vin Thông, chúng em quynh ch tài Thiết kế hệ thống IP camera hỗ trợ chuẩn MJPEG trên nền FPGA ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa án tt nghip i hc ca mình. Sau ba tháng phân tích và thit kc các kt qu : lõi nén c thc hin thành công, phn mc xây dng hoàn chnh, vic giao tip vi các thit b bên ngoài qua mt mch m rng n cu c các kt qu này, nhóm tác gi c Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 ii gi li ci Tin s Phm Ngng dn trc tip và cung cp trang thit b cho nhóm. Nhóm tác gi chc, các cá nhân: Phòng Nghiên cu H thng nhúng và Tính toán kh cu hình. Tp th lp KSTN i hc Bách Khoa Hà Ni. Thc s Nguyn Minh Tin K K n Chu Tin Mnh K Hãng cung cp Xilinx ã án Tt nghip ca mình. Hà Nội, tháng 6 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện u Tip Tin Thành Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 iii TM TẮT ĐỒ N Mc tiêu chính ca h thng là thit k c mi dùng theo dõi u khin các thit b n tng Internet da trên nn tng FPGA ca Xilinx. Hình c t mt Camera truyn hình chun PAL s t IC gi - sc nén li theo chun MJPEG. D lim thc c gi dùng mi khi có yêu ci dùng mi khi mun xem thông tin v n quan sát, h cc admin phân quyn và có th s dng các trình duyc mt phn mm chuyên bit. Tt camera, mt mch ngoài có các cm bin v nhi m, t hp vi chu khin các thit b c ni vi mch chính IP camera qua chun giao tip RS485. Các thit b n này có th u khin t ng hoc thc hin các chi dùng yêu cu. Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 iv ABSTRACT The main purpose of this project is to design and implement a Xilinx FPGA platform based IP camera which has ability to capture images from the supervising place by an analog camera and control some electrical devices in the field. Images captured from a camera go through an ADC integrated circuit before being compressed by hardware (based on JPEG baseline standard) and transmitted to DDR SDRAM. Users, who have been decentralized by admin, can monitor by accessing to IP address of system through web-browsers such as Firefox, Chrome or a specialized software. Additionally, a external board which has ability to mesure environment parameters connected to the IP Camera board through RS485 protocol. Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 v MC LC i iii ABSTRACT iv v ix xi DANH SÁCH CÁC T VIT TT xiii PHN M U 1 GII THIU CHUNG 3 1.1 Gii thiu 3 1.2 Tính kh thi c tài 4 1.2.1 Tính kh thi v mt k thut 4 1.2.2 Kh thi v mt kinh t 4 1.2.3 Kh thi v mt vn hành 5 1.2.4 Kh thi v mt thi gian 5 1.3 Phân tích yêu cu 5 1.3.1 Phân tích yêu cu cha h thng 5 1.3.2 Phân tích yêu cu phi cha h thng 8 1.4 Gii thiu v công ngh s dng 9 1.4.1 Công ngh FPGA [6] 9 1.5 Các phn mm s d tài 9 1.6 Kt lu 10 H THNG NHÚNG VI MICROBLAZE VÀ H U HÀNH XILKERNEL 11 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 vi 2.1 Vi x lý Microblaze [9] 11 2.1.1 Kin trúc 11 2.1.2 Giao din tín hiu 20 2.1.3 Giao din ng dng 24 2.1.4 Kin trúc tp lnh 27 2.2 Kin trúc h thng nhúng vi Microblaze 29 2.3 H u hành Xilkernel [10] 30 2.3.1 Tng quan 30 2.3.2 T chc ca h u hành Xilkernel 31 2.3.3 Xây dng ng dng cho Xilkernel 31 2.4 Kt lu 32 THIT K H THNG 33 3.1 khi nn tng cng cho h thng 33 3.2 Cu hình nn tng phn cng 35 3.3 Khi nén nh MJPEG 36 3.4 Thit k phn mm cho h thng 38 3.4.1 Cn phn mm cho h thng 38 3.4.2 Thit k phn mm cho h thng 43 3.5 Kt lu 48 THIT K LÕI M-JPEG 49 4.1 Khi Ly mu d liu 50 4.1.1 Phân tích ch 50 4.1.2 Thit k chi tit 54 4.1.3 Kt qu tng hp khi 57 4.2 Khi Bii Cosin ri rc (DCT) 58 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 vii 4.2.1 Phân tích ch 58 4.2.2 Thit k chi tit 59 4.2.3 Kt qu tng hp khi 60 4.3 Khng t hóa 61 4.3.1 Phân tích ch 61 4.3.2 Thit k chi tit 62 4.3.3 Kt qu tng hp khi 63 4.4 Khi Quét zigzag 63 4.4.1 Phân tích ch 63 4.4.2 Thit k chi tit 64 4.4.3 Kt qu tng hp khi 65 4.5 Khi RLE và Delta DC 65 4.5.1 Phân tích ch 65 4.5.2 Thit k chi tit 67 4.5.3 Kt qu tng hp khi 68 4.6 Khi Mã hóa Huffman 69 4.6.1 Phân tích ch 69 4.6.2 Thit k 71 4.6.3 Kt qu tng hp khi 73 4.7 Khi AddHeader 74 4.7.1 Phân tích ch 74 4.7.2 Thit k 75 4.7.3 Kt qu tng hp khi 75 4.8 Khi FIFO2750 75 4.8.1 Phân tích ch 75 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 viii 4.8.2 Thit k 76 4.8.3 Kt qu tng hp khi 76 4.9 Kt qu tng hp khi nén nh JPEG 77 4.10 Kt lu 77 THIT K PHN MI S DNG 78 5.1 Thit k d liu 78 5.1.1 Chun hóa 78 5.1.2 Chun hóa các bng d liu 79 5.2 Phn mi s dng 89 5.2.1 Ch thng 89 5.2.2 Chn tr h thng 95 5.3 Kt lu 98 KT LUN 99 TÀI LIU THAM KHO 100 BI CHIU THUT NG ANH VIT 102 PH LC 1 Ph lc 1: Code VHDL cho khi Quét zigzag 1 Ph lc 2: H 5 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 ix DANH MC CC HNH V ng quan v h tht k 3 hoch thc hi tài 5 khi cha MicroBlaze [9] 12 ng thái ca MicroBlaze 13 ng thái ca MicroBlaze 14 n lí b nh o [9] 15 lí cache lnh 17 lí cache d liu 19 n tín hiu ca MicroBlaze 20 chân ca mt liên kt FSL 22 i IDCT liên kt vi MicroBlaze qua FSL 23 nh loi A 29 1 Lnh loi B 29 n trúc h nhúng vi MicroBlaze [9] 30 a Xilkernel 31 khi ca H thng IP Camera 33 giao tip khi MJPEG core vi các khi khác 37 38 a s chn H u hành Xilkernel 39 h 3.5 Ca s cu hình cho Xilkernel 40 n s dng giao thc Lwip 41 44 i thut truyn d liu lên Internet 47 nh JPEG 49 u vào/ra khi Ly mu d liu 51 u trúc d liu ca mt dòng theo chun ITU-601 52 nh tín hiu SAV và EAV mành 0 55 trí d liu trong mi thanh RAM 56 u vào/ra khi Bii DCT 58 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 x n A T 59 n A T sau khi nhân các h s vi 2 16 60 u vào/ra khng t hóa 62 quét zigzag 8*8 64 h 4.11 Tín hiu vào/ra khi Quét zigzag 64 u vào/ra khi RLE và Delta DC 67 t toán tìm phn t cui cùng khác không trong mt block 68 u vào/ra khi Mã hóa Huffman 71 a các s 72 a các s âm 73 u vào/ra khi AddHeader 74 u vào ra khi FIFO2750 76 thc th liên kt 89 nh 5.2 S dng thread trong C# [19] 90 thut toán vic nhn và hin th d liu 92 n chính theo dõi các camera 94 n chnh sa các thông s ca camera 95 t h thng IP Camera 95 p ci qun tr h thng 96 n phát li Video 97 n tìm kim các h thng IP Camera 97 n king c d liu 98 [...]... nêu ở phần “Tóm tắt Đồ án”, hệ thống IP Camera đã được ESRC Lab thiết kế trước đây có sơ đồ như trên Hình 1.1 dưới đây: Mạch điều khiển mở rộng text H nh 1.1 Tổng quan về hệ thống IP Camera đã thiết kế Trong đồ án này, nhóm tác giả sử dụng lại các mạch của hệ thống trên và thiết kế lại lõi nén ảnh MJPEG [1], thiết kế phần mềm cho người dùng và cách giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm Nhóm SV thực hiện:... theo chuẩn MJPEG với tốc độ ảnh truyền đi từ 1 đến 15 frame/s Có khả năng gửi và nhận thông tin tới/ từ người dùng qua cồng Ethernet Có khả năng nhận thông tin từ mạch mở rộng và gửi các tín hiệu điều khiển xuống mạch đó 1.3.1.2 Phần mềm cho hệ thống giám sát và điều kiển từ xa Đi kèm theo hệ thống là một phần mềm được thiết kế giành riêng cho ứng dụng của hệ thống Trên màn hình người quan sát có... 3 khối chức năng chính như sau: Mạch điều khiển chính cho IP camera Phần mềm cho hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, hoạt động trên hệ điều hành Windows XP, Windows Vista, Windows 7 Mạch điều khiển các thiết bị ngoài Nhóm SV thực hiện: Vũ Hữu Tiệp, Đỗ Tiến Thành Trang 5 Đồ án Tốt nghiệp Đại học 2012 1.3.1.1 Mạch điều khiển chính cho IP Camera Mạch IP Camera hoàn chỉnh cuối cùng có các yêu... Tiệp Giới thiệu các hệ thống IP camera hiện thời, báo cáo khả thi, công nghệ và các phần mềm được sử dụng Chương 2 Hệ thống nhúng với MicroBlaze và Hệ điều hành Xilkernel – Đỗ Tiến Thành Trình bày kiến trúc của vi xử lý MicroBlaze và Hệ điều hành Xilkernel Chương 3 Thiết kế hệ thống – Vũ Hữu Tiệp, Đỗ Tiến Thành Trình bày các khối chức năng chính của hệ thống Chương 4 Thiết kế lõi MJPEG – Vũ Hữu Tiệp... các camera Cung cấp giao diện điều khiển: khi người dùng muốn điều khiển các thiết bị thủ công, người sử dụng sẽ tick vào nút bấm thiết bị điều khiển Sau khi chọn xong người dùng ấn Submit để truyền tín hiệu điều khiển tới chip điều khiển trung tâm Chương trình cho phép cấu hình các thông số của từng camera cần quan sát bao gồm: địa chỉ IP của camera người dùng muốn quan sát, độ lớn buffer sử dụng, ... thống trong đề tài là chip của hãng Xilinx cung cấp, do đó toàn bộ môi trường phát triển và công cụ phát triển hệ thống logic trên FPGA là phần mềm của hãng Xilinx, bao gồm: Xilinx EDK (Embedded Development Kit): Công cụ phát triển hệ thống nhúng trên FPGA Công cụ này được coi là công cụ thiết kế và phát triển hệ thống logic trên FPGA, cho phép công cấp một hệ vi xử lý hoàn chỉnh trên FPGA gồm các IP. .. năng sau: Nhận thông tin từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khói,… và gửi đến mạch IP Camera Điều khiển các thiết bị điện theo chế độ tự động hoặc theo lệnh điều khiển nhận được từ mạch IP Camera 1.3.2 Phân tích yêu cầu phi chức năng của hệ thống Bên cạnh các yêu cầu chức năng của hệ thống là các yêu cầu phi chức năng của hệ thống Các yêu cầu này quyết định tính hiệu năng của hệ thống, môi trường hoạt động,... lớn, FPGA được ứng dụng cho những bài toán đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và dùng trong các hệ thống làm việc theo thời gian thực Đặc tính nổi trội nhất của FPGA là khả năng tái cấu hình của nó Các hệ thống sử dụng FPGA hoàn toàn có thể cấu hình lại tùy thuộc vào mục đích sử dụng, ngay cả khi sản phẩm đã được giao cho người dùng 1.5 Các phần mềm sử dụng trong đề tài Chip FPGA dùng để phát triển hệ thống. .. được từ camera, quan sát nhiều màn hình và các chức năng điều khiển thông qua các nút bấm Trong trường hợp người dùng chưa cài phần mềm thì có thể sử dụng thong qua trình duyệt web browses để truy nhập và hệ thống Dưới đây nhóm xin trình bày về các yêu cầu chức năng của phần mềm được thiết kết cho hệ thống: Cung cấp chức năng phân quyền cho người sử dụng: khi truy nhập vào hệ thống, người sử dụng. .. có thể rút ngắn thời gian thiết kế và có thể dễ dàng kiểm thử, bắt lỗi bằng các công cụ phần mềm mà hãng hỗ trợ 1.3 Phân tích yêu cầu 1.3.1 Phân tích yêu cầu chức năng của hệ thống Đề tài của nhóm được thiết kế với hai chức năng chính là giám sát và điều khiển Sau khi phân tích các điều kiện khả thi và các chức năng của hệ thống một cách chi tiết, nhóm tác giả chia hệ thống cần xây dựng thành 3 khối . quan trên phòng Nghiên cu H thng nhúng và Tính toán kh cu hình (ESRC Lab) ca Vin T Vin Thông, chúng em quynh ch tài Thiết kế hệ thống IP camera hỗ trợ chuẩn MJPEG trên. thống IP camera hỗ trợ chuẩn MJPEG trên nền FPGA ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa án tt nghip i hc ca mình. Sau ba tháng phân tích và thit kc các kt. Hữu Tiệp. Gii thiu các h thng IP camera hin thi, báo cáo kh thi, công ngh và các phn mc s dng. Chương 2. Hệ thống nhúng với MicroBlaze và Hệ điều hành Xilkernel Đỗ Tiến Thành.
Ngày đăng: 21/04/2014, 08:22
Xem thêm: thiết kế hệ thống ip camera hỗ trợ chuẩn mjpeg trên nền fpga ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa, thiết kế hệ thống ip camera hỗ trợ chuẩn mjpeg trên nền fpga ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa