BÁO cáo kết QUẢ đề tài NCKH nghiên cứu kỹ thuật tạo thông tin phụ trợ trong mã hóa video phân tán

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NCKH Nghiên cứu kỹ thuật tạo thông tin phụ trợ mã hóa video phân tán Mã số: 10 –HV- 2017 – KTĐT Chủ trì: Mai Liêm Chính Họ tên SV: Nguyễn Thành Đồng Mã sinh viên: B20DCVT113 Hà Nội, tháng 12/2017 Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Ebook tài trợ bởi IoT Maker Việt Nam Internet Of Things (IoT) – Internet vạn vật dường đứng trước bước ngoặt để đến giai đoạn cho giới đại, văn minh Đó viễn cảnh mà vật kết nối với thơng qua Internet khơng dây Các doanh nghiệp có xu hướng ứng dụng sản phẩm công nghệ IoT vào sản xuất ngày nhiều thị trường sáng tạo tiềm chi phí sản xuất ngày thấp Chứng kiến phát triển vũ bão sản phẩm ứng dụng công nghệ IoT thị trường công nghệ Start up tiềm ngày sôi động hết, sách cung cấp nội dung IoT với triết lí Khơng thực tế – không rời rạc, hướng đến người trẻ tuổi đã, muốn tập trung lực cho khơng gian Internet Of Things Mong muốn cho đời sản phẩm độc đáo, sáng tạo, ngày hồn thiện đồng để đáp ứng nhu cầu sống Nội dung thiết kế cách giúp học viên có nhìn tổng quan việc xây dựng hệ thống, sản xuất thiết bị dễ dàng tham gia vào lĩnh vực IoT mẻ Hà Nội, ngày … tháng … năm … Sinh viên Nguyễn Thành Đồng Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết tắt DIP OpenCV SIFT SURF PEX CGA DOG LoG GIS Nghĩa tiếng Anh Digital Image Processing Open Source Computer Vision Scale Invariant Feature Transform Speed-Up Robust Feature Picture Element Compact Genetic Algorithm Difference of Gaussian Laplacian of Gaussian Geographic Information System Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Nghĩa tiếng Việt Xử lý ảnh số Thư viện mã nguồn mở thị giác máy tính Đặc trưng bất biến Đặc trưng tốc độ cao Điểm ảnh Thuật toán thừa kế Sai khác Gaussian Hệ thống thông tin địa lý Đồ án tốt nghiệp KIẾN THỨC CƠ BẢN Trong phần này, bắt đầu việc tìm hiểu tổng quan hệ thống  IoT, tổng quan dòng chip ESP8266, đến việc cài đặt cơng cụ phát triển Arduino trên máy tính bạn Tiếp đến việc biên dịch dự án mẫu, lựa chọn trình thư viện, trình soạn thảo làm việc Kết thúc chương có nhìn tổng quát hệ thống IoT, làm sử dụng cơng cụ để lập trình ứng dụng với ESP8266 Điểm qua phần sau:  IoT và ứng dụng thực tế  Tìm hiểu chip WiFi ESP8266  Arduino IDE và sử dụng Arduino với ESP8266  Starter Kit bộ công cụ khởi động việc học lập trình IoT  Node.js - Javascript ngơn ngữ lập trình Server Side  Cài đặt tất công cụ Với hiểu rõ ESP8266, làm hệ thống IoT, chun nghiệp lập trình C/C++ có thể bỏ qua chương Internet Of Things (IoT) Internet of Things (IoT) gì? Internet of Things (IoT) - Mạng lưới vạn vật kết nối Internet kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử Internet[1] Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc đó. Link: vi.wikipedia.org/wiki/Mạng_lưới_vạn_vật_kết_nới_Internet — Wikipedia Internet of things (IoT) dùng để đối tượng nhận biết tồn chúng kiến trúc tổng hòa mang tính kết nối: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet, hay gọi đơn giản là Things IoT cảm ứng lắp ráp tủ lạnh để ghi lại nhiệt độ, trái tim cấy ghép thể người,… Hiểu đơn giản, IoT khiến vật giao tiếp với dễ dàng ưu điểm lớn của “Thơng minh” là khả phịng ngừa cảnh báo đâu Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp Cụm từ Internet of things đưa Kevin Ashton vào năm 1999, tiếp sau dùng nhiều ấn phẩm đến từ hãng nhà phân tích Họ cho IoT hệ thống phức tạp, lượng lớn đường liên kết máy móc, thiết bị dịch vụ với Ban đầu, IoT không mang ý nghĩa tự động thông minh Về sau, người ta nghĩ đến khả kết hợp hai khái niệm IoT - Autonomous control lại với Nó quan sát thay đổi phản hồi với môi trường xung quanh, tự điều khiển thân mà khơng cần kết nối mạng Việc tích hợp trí thơng minh vào IoT cịn giúp thiết bị, máy móc, phần mềm thu thập phân tích liệu điện tử người tương tác với chúng Xu hướng tất yếu tương lai, người giao tiếp với máy móc qua mạng internet không dây mà không cần thêm hình thức trung gian khác Câu hỏi đặt là, điều giúp IoT “thơng minh” “hiểu” người? Ban đầu, người ta cho Internet vạn vật chủ yếu xoay quanh giao tiếp M2M (các thiết bị kết nối với thông qua thiết bị khác điều khiển) Nhưng hướng đến “thơng minh hóa”, khơng giao tiếp M2M mà cần phải đề cập đến cảm biến (sensor) Và đừng lầm tưởng Sensor cỗ máy hoạt động vận hành thiết bị khác mà thực chất, tương tự đơi mắt đơi tai lồi người với ghi nhận liên tục đo lường, định lượng, thu thập liệu từ giới bên Suy cho cùng, Internet of things đem đến kết nối máy móc cảm biến, nhờ đến liệu điện tốn đám mây để mã hóa liệu Những ứng dụng điện tốn đám mây mắt xích quan trọng giúp cho Internet of things hoạt động nhờ phân tích, xử lí sử dụng liệu mà cảm biến thu thập Tình hình giới nay, tác động IOT đa dạng tích cực nhiều lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng tự động hóa, giao thơng… John Chambers (CEO Cisco) cơng bố: Cho đến năm 2024 có 500 tỷ thiết bị kết nối Thực tế, số lớn gần 100 lần số người Trái đất, điều cho thấy “vạn vật” nhiều người nhiều Chúng ta biết ứng dụng IoT “nói chuyện” với người thơng qua bàn phím, thiết bị thiết kế ngày hoàn thiện với nhiều cảm biến để giao tiếp cách nhanh xác với người, thu thập liệu đơn giản từ người Nhưng quan trọng nhất, giao tiếp với người ứng dụng IoT người Người ta cho rằng, IoT chìa khóa thành công, bước ngoặt hội lớn tương lai Để khơng bị tụt lại phía sau, phủ doanh nghiệp cần có đổi đầu tư mạnh tay để phát triển sản phẩm ứng dụng công nghệ Internet of things Các hashtag: #IoT #InternetOfThings Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống Internet of Things (IoT) Hệ thống IoT cho phép người dùng tiến sâu vào việc tự động hóa, phân tích, tích hợp Giúp cho việc cải thiện tầm nhìn, tính xác, nâng tầm công nghệ cảm biến, kết nối, robot để đạt hiệu cao Các hệ thống IoT phát triển, khai thác tiến phần mềm, giảm giá thành xây dụng phần cứng tận dụng công nghệ đại Những cải tiến làm thay đổi cách vận hành trình sản xuất sản phẩm, dịch vụ, xã hội, kinh tế ảnh hưởng đến trị Những điểm mấu chốt IoT Những vấn đề quan trọng hệ thống IoT bao gồm trí thơng minh nhân tạo, kết nối, cảm biến thiết bị nhỏ mang tính động cao, chúng mô tả sơ lược bên dưới:  AI (Artifical Intelligence) - Hệ thống IoT hiểu làm cho thiết bị trở nên thơng minh, nghĩa giúp nâng cao khía cạnh sống liệu thu thập được, thơng qua thuật tốn tính tốn nhân tạo kết nối mạng Một ví dụ đơn giản hộp đựng gạo bạn, biết gạo hết, hệ thống tự động đặt đơn hàng cho nhà cung cấp  Connectivity - Là đặc trưng IoT, mạng thiết bị trở nên phổ biến, nhiều mạng thiết bị ngày nhỏ hơn, rẻ phát triển phù hợp với thực tế nhu cầu người dùng  Sensors - IoT quan trọng khơng có sensors Các cảm biến hoạt động giống công cụ giúp IoT chuyển từ mạng lưới thiết bị thụ động sang mạng lưới thiết bị tích cực, đồng thời tương tác với giới thực  Active Engagement Ngày nay, phần lớn tương tác công nghệ kết nối xảy cách thụ động IoT cho đem đến hệ thống mang tích tích cực nội dung, sản phẩm dịch vụ gắn kết  Small Devices - Như dự đoán từ trước, thiết bị ngày tối ưu với mục đích nâng cao độ xác, khả mở rộng tính linh hoạt Nó thiết kế ngày nhỏ hơn, rẻ mạnh mẽ theo thời gian IoT − Những lợi ích mang lại Những lợi ích mà IoT đem lại dàn trải hầu hết đến tất lĩnh vực đời sống, kinh doanh… Dưới liệt kê ngắn gọn số tính hữu ích IoT:  Cải thiện việc gắn kết khách hàng - Hệ thống IoT giúp phân tích điểm mù tại, tìm sai sót độ xác IoT thay đổi điều để mang lại nhiều gắn kết hiệu với người dùng Một ứng dụng cửa hàng, dịch vụ iBeacon Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp giúp tăng số lượng sản phẩm tới người tiêu dùng cách dẫn người dùng tới khu vực cụ thể cửa hàng đưa gợi ý sản phẩm Chúng cung cấp thông tin chi tiết, đánh giá sản phẩm, …Bên cạnh chúng có khả cho phép người dùng chia sẻ sản phẩm qua mạng xã hội …  Tối ưu hóa cơng nghệ - giúp nâng cao trải nghiệm khách hàng cải thiện việc sử dụng thiết bị hỗ trợ cải tiến công nghệ  Giảm hao phí - IoT giúp việc quản lí tài nguyên lĩnh vực cải thiện cách rõ ràng Các phân tích thường cung cấp cho nhìn khía cạnh bên ngồi, IoT cung cấp liêu, thông tin thực tế để quản lí tài nguyên cách hiệu  Tăng cường việc thu thập liệu - Thông thường, việc thu thập liệu bị hạn chế thiết kế hệ thống mang tính thụ động IoT phá vỡ ràng buộc, giới hạn thiết kế tạo hình ảnh xác tất thứ IoT − Những thách thức gặp phải Mặc dù IoT mang lại nhiều lợi ích ấn tượng, gặp phải thách thức đáng kể Dưới số vấn đề IoT :  Kiểm soát an ninh - IoT tạo hệ sinh thái mà thiết bị kết nối liên tục giao tiếp với qua mạng lưới kết nối Tuy nhiên, hệ thống thường chưa trọng đến biện pháp an ninh nhằm bảo mật thông tin, dẫn đến gặp phải công nhằm lấy cắp thông tin người dùng  Tính bảo mật - Do tính bảo mật chưa cao cộng với chất IoT không cần nhiều tương tác người nên kẻ cơng cung cấp thơng tin người dùng giả mạo  Tính phức tạp - Một số hệ thống IoT có độ phức tạp thiết kế triển khai ứng dụng khó khăn việc bảo trì, nâng cấp hệ thống sử dụng nhiều cơng nghệ cịn mẻ  Tính linh hoạt - Có nhiều lo ngại đề cập đến tính linh hoạt hệ thống IoT tích hợp với hệ thống khác hệ thống kết hợp xảy xung đột tính bị khóa lẫn  Tuân thủ tiêu chuẩn - Giống công nghệ khác lĩnh vực thương mại, IoT phải tuân thủ tiêu chuẩn, quy định đặt trước Tính phức tạp IoT làm cho việc tuân thủ tiêu chuẩn thử thách thực Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp Hình Hình minh họa Hình Sự phát triển iot dự đốn đến năm 2020 Những ứng dụng thực tế sống Những ứng dụng IoT vào lĩnh vực đời sống vô phong phú đa dạng Chúng ta điểm qua số ứng dụng điển hình mang lại "tiếng tăm" cho IoT:  Smart Home - Theo thống kê, smart home ứng dụng liên quan đến IoT tìm kiếm nhiều Google Smart Home ngơi nhà với nhiều tính tự động bật máy điều khơng khí bạn tới nhà, tắt đèn bạn rời khỏi nhà, mở Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp khóa người thân gia đình cửa nhà, mở garage bạn lái xe làm … cịn nhiều tính giúp nâng cao chất lượng sống sử dụng smart home  Vật dụng mang theo người - Có thể kể đến số thiết bị như Dashbon Mask, smart headphone giúp bạn vừa nghe nhạc với âm có độ trung thực cao vừa xem phim HD với máy chiếu ảo , hoặc AMPL SmartBag ba lơ có pin dự phịng sạc điện cho thiết bị di động, kể máy tính  Connected cars - Giúp nâng cao trải nghiệm cho người dùng xe ơtơ, chiếc Connected car có thể tối ưu hoạt động thơng báo hết nhiên liệu, đưa cảnh báo có vật tới gần xe điện tự lái hãng Tesla… ESP8266 ESP8266 dịng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz lập trình được, rẻ tiền sản xuất công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems Được phát hành vào tháng năm 2014, đóng gói đưa thị trường dạng Mô dun ESP01, sản xuất bên thứ 3: AI-Thinker Có khả kết nối Internet qua mạng Wi-Fi cách nhanh chóng sử dụng linh kiện kèm Với giá nói rẻ so với tính khả ESP8266 làm ESP8266 có cộng đồng nhà phát triển giới lớn, cung cấp nhiều Module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người tiếp cận xây dựng ứng dụng nhanh Hiện tất dòng chip ESP8266 thị trường mang nhãn ESP8266EX, phiên nâng cấp ESP8266 Sơ đồ chân Hình Sơ đồ chân ESP8266EX Thông số phần cứng  32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 chạy xung nhịp 80 MHz  Hổ trợ Flash từ 512KiB đến 4MiB  64KBytes RAM thực thi lệnh  96KBytes RAM liệu  64KBytes boot ROM  Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp o Tích hợp TR switch, balun, LNA, khuếch đại công suất matching network o Hổ trợ WEP, WPA/WPA2, Open network  Tích hợp giao thức TCP/IP  Hổ trợ nhiều loại anten  16 chân GPIO  Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM,I²S với DMA  ADC 10-bit  Dải nhiệt độ hoạt động rộng : -40C ~ 125C Hình Một module tích hợp phổ biến (Module ESP12E) SDK hỗ trợ thức từ hãng Espressif hỗ trợ tảng SDK (Software Development Kit - Gói phát triển phần mềm) độc lập, là: NONOS SDK, RTOS SDK và Arduino Cả có ưu điểm riêng phù hợp với ứng dụng định, sử dụng chung nhiều hàm điều khiển phần cứng Hiện nay Arduino đang sử dụng rộng rãi tính dễ sử dụng, kiến trúc phần mềm tốt tận dụng nhiều thư viện cộng đồng ESP8266 NONOS SDK Hiện nay, NONOS SDK phiên từ 2.0.0 trở lên ổn định cung cấp gần đầy đủ tất tính mà ESP8266 thực hiện:  Các API cho Timer, System, Wifi, đọc ghi SPI Flash, Sleep Module phần cứng: GPIO, SPI, I²C, PWM, I²S với DMA  Smartconfig: Hỗ trợ cấu hình thơng số Wi-Fi cho ESP8266 nhanh chóng Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 Đồ án tốt nghiệp  Sniffer API: Bắt gói tin mạng khơng dây 2.4Ghz  SNTP API: Đồng thời gian với Máy chủ thời gian  WPA2 Enterprise API: Cung cấp việc quản lý kết nối Wi-Fi tài khoản sử dụng máy chủ RADIUS  TCP/UDP API: Cho kết nối internet hỗ trợ Module dựa giao thức như: HTTP, MQTT, CoAP  mDNS API: Giúp tìm ra IP của thiết bị mạng nội tên (hostname)  MESH API: Liên kết module ESP8266 với cấu trúc mạng MESH  FOTA API: Firmware Over The Air - cập nhật firmware từ xa cho thiết bị  ESP-Now API: Sử dụng gói tin Wireless 2.4GHz trao đổi trực tiếp với ESP8266 khác mà không cần kết nối tới Access Point  Simple Pair API: Thiết lập kết nối bảo mật thiết bị tự động ESP8266 RTOS SDK RTOS SDK sử dụng FreeRTOS làm tảng, đồng thời hầu hết API của NON OS SDK sử dụng với RTOS SDK ESP8285 ESP8285 phiên khác sau ESP8266EX, giống hoàn toàn ESP8266EX ngoại trừ việc thay dùng SPI FLASH bên ngồi ESP8285 tích hợp 1MiB Flash bên giúp giảm diện tích phần cứng đơn giản hóa q trình sản xuất n ∑ n+1n2 Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 10 Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ Nhập kí tự Nếu số Nguyễn Thành Đồng - B20DCVT113 11 ... hỗ trợ cải tiến công nghệ  Giảm hao phí - IoT giúp việc quản lí tài nguyên lĩnh vực cải thiện cách rõ ràng Các phân tích thường cung cấp cho nhìn khía cạnh bên ngồi, IoT cung cấp liêu, thông tin. .. xoay quanh giao tiếp M2M (các thiết bị kết nối với thông qua thiết bị khác điều khiển) Nhưng hướng đến ? ?thông minh hóa? ??, khơng giao tiếp M2M mà cần phải đề cập đến cảm biến (sensor) Và đừng lầm... Thư viện mã nguồn mở thị giác máy tính Đặc trưng bất biến Đặc trưng tốc độ cao Điểm ảnh Thuật toán thừa kế Sai khác Gaussian Hệ thống thông tin địa lý Đồ án tốt nghiệp KIẾN THỨC CƠ BẢN Trong phần