nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lâm Ngọc Chiến NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ GIÁM SÁT HÌNH ẢNH QUA MẠNG INTERNET Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HOÀNG DŨNG Trang phụ bìa Hà Nội – 2015 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet LỜI CAM ĐOAN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô Viện Điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trường thuận lợi sở vật chất chuyên môn trình thực đề tài Tôi xin cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo sau đại học quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Và đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Hoàng Dũng tận tình bảo, định hướng khoa học hướng dẫn, sửa chữa cho nội dung luận văn Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất thực cẩn thận có định hướng sửa chữa giáo viên hướng dẫn Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung luận văn Tác giả Lâm Ngọc Chiến Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet MỤC LỤC Trang phụ bìa MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 10 Chương LÝ THUYẾT MẠNG 13 1.1 Sơ lược mạng Internet 13 1.2 Giao thức RTP .15 1.3 Giao thức RTCP 18 1.4 Kết luận chương 25 Chương LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ VIDEO .26 2.1 Sơ lược xử lý tín hiệu 26 2.2 Sơ lược xử lý video 26 2.3 Chuẩn nén video H264 27 2.3.1 Cấu trúc ảnh 30 2.3.2 Nhóm ảnh GOP .32 2.3.3 Cấu trúc bittream video .32 2.3.4 Thuật toán nén H.264 34 2.3.5 Mã hóa H.264 .35 2.3.6 Giải mã H.264 .41 2.3.7 Cấp hồ sơ ứng dụng 43 2.4 Thư viện ffmpeg 43 2.5 Kết luận chương 45 Chương THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 46 3.1 Sơ đồ khối hệ thống .46 3.2 Khối điều khiển trung tâm 47 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet 3.2.1 Raspberry Pi B+ 47 3.2.2 Giới thiệu LAN9514 .57 3.3 Khối cảm biến hình ảnh .62 3.4 Khối cảm biến nhiệt DS18b20 65 3.5 Khối điều khiển thiết bị .68 3.6 Khối động bước 69 3.7 Kết luận chương 74 Chương LẬP TRÌNH PHẦN MỀM 75 4.1 Giới thiệu Rasbian 75 4.2 Ngôn ngữ lập trình python 75 4.3 Lưu đồ thuật toán 78 4.3.1 Lưu đồ thuật toán lúc đăng nhập 78 4.3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị 79 4.3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển camera 80 4.3.4 Lưu đồ thuật toán hẹn theo thời gian 81 4.3.5 Lưu đồ thuật toán hẹn theo nhiệt 82 4.3.6 Lưu đồ thuật toán thu thập liệu nhiệt độ 83 4.3.7 Lưu đồ thuật toán thu thập liệu video 84 4.3.8 Lưu đồ thuật toán tải trang quản trị 85 4.4 Giới thiệu giao diện điều khiển 85 4.5 Kết luận chương 89 Chương KẾT LUẬN 90 5.1 Kết luận chung .90 5.2 Đánh giá chất lượng truyền tải hình ảnh .90 5.3 Những điểm hạn chế hướng khắc phục 92 5.3.1 Những điểm hạn chế .92 5.3.2 Hướng khắc phục mở rộng .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình mạng LAN .13 Hình 1.2: Mô hình đơn giản mạng WAN 14 Hình 1.3: Header cố định gói RTP 15 Hình 1.4: Heaer phần mở rộng 17 Hình 1.5: Cấu trúc gói SR 20 Hình 1.6: Xác định độ delay 22 Hình 1.7: Cấu trúc gói RR (Receiver Report) .23 Hình 1.8: Cấu trúc gói SDES (System Description) .23 Hình 1.9: Cấu trúc SDES Items 23 Hình 1.10: Cấu trúc gói BYE .24 Hình 1.11: Cấu trúc gói APP .25 Hình 2.1:Sơ lược hệ thống CODEC 27 Hình 2.2: Biểu đồ PSNR H.264 so với MPEG-4 JPEG 30 Hình 2.3: Dự đoán bù chuyển động chiều hai chiều 31 Hình 2.4: Thứ tự frame ảnh nén video 31 Hình 2.5:Mô hình biểu diễn thành phần mã hóa video .33 Hình 2.6: Cấu trúc header data cho thành phần mã hóa video 34 Hình 2.7: Mô hình tiến trình Coding and Decoding H.264 .35 Hình 2.8: Mô hình hoạt động hệ thống CODEC H.264 35 Hình 2.9: Mô hình chi tiết trình H.264 Encoder 35 Hình 2.10: Mô hình cấu trúc Slice H.264 37 Hình 2.11: Mô hình kiểu dự đoán Intra 4x4 38 Hình 2.12: Mô hình kiểu dự đoán Intra 16x16 39 Hình 2.13: Mô hình chi tiết trình H.264 Decoder 42 Hình 2.14: Ví dụ chuyển đổi hệ số lượng tử 42 Hình 2.15: Mô hìn htái cấu trúc (Reconstructors) 42 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống .46 Hình 3.2: Hình ảnh Raspberry Pi B+ 47 Hình 3.3: Sơ đồ khối Raspberry PiB+ 48 Hình 3.4: Bản đồ nhớ BCM2835 49 Hình 3.5: Sơ đồ khối chân GPIO 53 Hình 3.6: Sơ đồ chân GPIO raspberry pi b+ 54 Hình 3.7: Sơ đồ chân kết nối CSI-2 55 Hình 3.8: Sơ đồ nội khối LAN9514 .58 Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc chân LAN9514 58 Hình 3.10: Cổng kiểm soát nguồn với chuyển mạch nguồn USB 59 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Hình 3.11: Kết nối nguồn LAN9514 61 Hình 3.12: Module camera Raspberry Pi .62 Hình 3.13: Sơ đồ chân DS18B20 65 Hình 3.14: Sơ đồ khối DS18B20 65 Hình 3.15: Cấu trúc ROM code DS18B20 .66 Hình 3.16: Tổ chức nhớ DS18B20 66 Hình 3.17: Cấu trúc byte4 nhớ Scratchpad 67 Hình 3.18: Cấu trúc ghi nhiệt độ nhớ Scratchpad 68 Hình 3.19: Sơ đồ ghép nối DS18B20 68 Hình 3.20: Hình ảnh module relay kênh 68 Hình 3.21: Sơ đồ nguyến lý khối relay kênh .69 Hình 3.22: Cấu tạo động lưỡng cực 70 Hình 3.23: Moment xoắn tổng hợp cấp điện nhiều mấu 70 Hình 3.24: Nguyên lý điều khiển vi bước .71 Hình 3.25: Module điều khiển động bước TB6560 72 Hình 3.26: Sơ đồ khối chức module TB 6560 72 Hình 3.27: Sơ đồ ghép nối với module TB6560 73 Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán lúc đăng nhập 78 Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị 79 Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán điều khiển camera 80 Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán hẹn theo thời gian 81 Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán hẹn theo nhiệt 82 Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán thu thập liệu nhiệt độ 83 Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán thu thập liệu video 84 Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán tải trang quản trị 85 Hình 4.9:Giao diện đăng nhập raspi 86 Hình 4.10: Giao diện control panel raspi .86 Hình 4.11: Giao diện biểu đồ nhiệt không gian giám sát .87 Hình 4.12: Giao diện video raspi 87 Hình 4.13: Trang quản trị hệ thống .88 Hình 4.14: Giao diện thay đổi thiết lập mặc định lưu trữ video 88 Hình 4.15: Giao diện phân cấp người dùng raspi 88 Hình 4.16: Giao diện thiết lập thiết bị điều khiển .89 Hình 4.17: Giao diện lưu trữ video 89 Hình 5.1: PNSR qHD sau truyền 91 Hình 5.2: PNSR HD 720p sau truyền 91 Hình 5.3: PNSR HD 1080p sau truyền 92 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giá trị trường PT 18 Bảng 2.1: Độ phân giải tốc độ bit yêu cầu môi trường Internet chuẩn video 26 Bảng 2.2: Các loại slice H.264 37 Bảng 2.3: Các thành phần cấu trúc Macroblock .38 Bảng 2.4: H.264 profile level .43 Bảng 3.1: Sơ đồ chi tiết kết nối CSI Raspberry Pi 56 Bảng 3.2: Các chân LAN9514 59 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật Raspberry Pi Camera .63 Bảng 3.4: Tính phần cứng raspicam 63 Bảng 3.5:Tính phần mềm raspicam .64 Bảng 3.6: Bảng độ phân giải DS18B20 .67 Bảng 3.7: Bảng cấu hình dòng điều khiều động bước module 74 Bảng 3.8: Bảng cấu hình dòng giữ (Stop current) .74 Bảng 3.9: Bảng cấu hình góc quay.(Excitation Mode) 74 Bảng 3.10: Bảng cấu hình suy hao module TB6560 .74 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AJAX ALSA ARM ARPANET ASO AVC AXI B CABAC CAVLC CMDTM CODEC CPU CRC CSI CSMA/CD DCT DMA DREQ DSI DVD EEPROM EMMC FIFO FMO GNU GOP GPIO GPU HDMI HTML5 HTTP I I2C IC LAN MAC MAN MB MCN MCP Asynchronous JavaScript and XML Advanced Linux Sound Architecture Advanced RISC Machines Advanced Research Projects Agency Network Arbitrary Slice Order Advanced Video Coding Advanced eXtensible Interface Bidirectionally Picture Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding Context-Adaptive Variable Length Coding Command and Transfer Mode enCOder/DECoder Central Processing Unit Cyclic Redundancy Check Camera Serial Interface Carrier Sense Multiple Access Collision Detect Discrete Cosine Transform Direct Memory Access Data request Display Serial Interface Digital Video Disc Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory embedded MMC First In First Out Flexible Macroblock Order General Public License Group of Picture General-Purpose Input/Output Graphics Processing Unit High-Definition Multimedia Interface Hyper Text Markup Language Hyper Text Transfer Protocol Intra-Code Picture Inter-Integrated Circuit Integrated Circuit Local Area Network Media Access Control Metropolitan Area Network Macroblock MIPI Clock negative MIPI Clock Positive Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet MDN MDP MIPI MMC MMU MPEG NAL NoIR NSFNET NTP OS P PC PCB PCI PCM/I2S PSNR HD QVGA RTCP RTP SCCB SD SubLVDS SDRAM SEC SPI TCP UDP USB VfW VGA VS WAN ZIF MIPI Data negative MIPI Data Positive Mobile Industry Processor Interface MultiMediaCard Memory Management Unit Moving Picture Experts Group Network Abstraction Layer No Infrared National Science Foundation Network Network Time Protocol Operating system Predictive Code Picture Personal Computer Printed Circuit Board Peripheral Component Interconnect Pulse-code modulation and Inter-IC sound Peak signal-to-noise ratio Hhigh-Definition Quarter Video Graphics Array Realtime Transport Control Protocol Realtime Transport Protocol Serial Camera Control Bus Secure Digital Low Voltage Differential Signalling Synchronous Dynamic Random Access Memory Sequence End Code Serial Peripheral Interface Transmision Control Protocol User Datagram Protocol Universal Serial Bus Video for Windows Video Graphics Array Video Sequence Wide Area Network Zero Insertion Force Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet MỞ ĐẦU Điều khiển từ xa xu hướng phát triển mang tính quy luật tiện ích mà đem lại Sự phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật nói chung, ngành viễn thông nói riêng đặc biệt bùng nổ phổ biến nhanh chóng mạng Internet tạo tảng vững cho xu hướng Sự tiện lợi, xóa khoảng cách không gian địa lý nên trở thành nhu cầu tất yếu sống đại ngày nay, nơi lao động chân tay dần chuyển sang cho máy móc mà phần lớn sử dụng nguồn lượng điện Hiện nay, xu giới phổ biến có nhiều ứng dụng khác nhiều lĩnh vực phục vụ đời sống Ở Việt Nam manh nha chủ yếu ứng dụng theo dõi, giám sát truyền hình ảnh qua Internet sử dụng thiết bị nước Vì giá thành thiết bị cao nên chưa phổ biến nước ta hầu hết giải pháp không đồng bộ, tách rời điều khiển giám sát, không tiết kiệm chi phí triển khai lượng sử dụng Do cần kết hợp vào hệ thống tích hợp tối ưu thực hai chức đáp ứng yêu cầu sau:  Điều khiển kiểm tra trạng thái thiết bị điện qua mạng Internet o Chính xác tin cậy cao: Các thông tin truyền tải có độ tin cậy, bảo mật, nhanh chóng xác Có chế lưu trữ thông tin o Hoạt động ổn định điều kiện môi trường nước ta có nhiệt độ dao động từ 2.7 tới 48oC, độ ẩm o Điều khiển tối thiểu 10 thiết bị sử dụng điện xoay chiều có điện áp 110V tới 250V AC dòng tối đa 10A với chế độ bật/tắt đơn giản o Tiết kiệm điện năng: công suất tiêu thụ tối đa 10W/h o Kính thước tối đa 25cm x25cm x20cm o Có trang quản trị cấp cao để cấu hình tham số chuẩn, thêm, sửa hay xóa thiết bị  Thiết lập chế độ tự động thiết bị thời gian hay nhiệt độ 10 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet 4.3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển camera Begin Time idle 30 Đúng Đúng Thực điều khiển thiết bị theo tùy chọn từ CSDL Cập nhật trạng thái tóm tắt hành động CSDL No = Sai Kết thúc Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán hẹn theo nhiệt 82 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet 4.3.6 Lưu đồ thuật toán thu thập liệu nhiệt độ Temp Collection Sai new sec Đúng Đọc giá trị cảm biến nhiệt DS18b20 Temp >80 Đúng Sai Alarm on Sai Turn on Alarm Sai Đúng Sec = 59 Đúng Thực tính toán trung bình lưu liệu vào database Hình 4.6: Lưu đồ thuật toán thu thập liệu nhiệt độ 83 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet 4.3.7 Lưu đồ thuật toán thu thập liệu video Bắt đầu VideoRecorde = ON Fall Video Recorder True Fall Lấy cấu hình video CSDL thực ghi hình Min =5 True Ngắt, lưu trữ tạo trình ghi hình Chuyển đổi video từ H.264 sang định dạng mp4 Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán thu thập liệu video 84 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet 4.3.8 Lưu đồ thuật toán tải trang quản trị Begin Login Đúng Tải danh sách thiết bị Tải cấu hình timer, video, user group, user manager Sai Tải cấu hình video Sai Hiển thị giao diện Time idle >10 Ngắt kết nối End Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán tải trang quản trị 4.4 Giới thiệu giao diện điều khiển Giao diện điều khiển sử dụng tảng framework mã nguồn mở Django Đây mã nguồn có tính tùy biến cao, cấu trúc tổ chức hợp lý, giao diện đơn giản, đầy đủ chức cần thiết tối ưu hóa hiệu suất cho raspi (raspberry pi) 85 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Sau truy cập vào, bạn nhận giao diện đăng nhập sau: Hình 4.9:Giao diện đăng nhập raspi Giao diện sau đăng nhập thành công: Với tab + Control Panel : dùng để kiểm tra trạng thái thiết bị, thiếp lập vào theo dõi hẹn theo thời gian nhiệt độ (hiện hệ thống cho phép timer cho việc hẹn nhờ theo thời gian ngưỡng hẹn theo nhiệt) Đồng thời cung cấp giá trị nhiệt độ không gian giám sát Giao diện tự cập nhật trạng thái thiết bị theo thời gian thực việc sử dụng công nghệ AJAX – cho phép tải lại tham số cần thiết thay phải tải lại toàn trang nhằm giảm tài nguyên tăng hiệu suất xử lý hệ thống Hình 4.10: Giao diện control panel raspi + Temperature: Cho phép kiểm tra biểu đồ nhiệt không gian giám sát theo thời gian lấy mẫu phút, phút, 10 phút, 30 phút, ngày (là nhiệt độ trung bình tất phép lấy mẫu khoảng thời gian lấy mẫu) Raspi 86 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet lấy mẫu giây lần lưu trữ vào database phép tính toán sau Hình 4.11: Giao diện biểu đồ nhiệt không gian giám sát + Camera: Cho phép hiển thị hình ảnh thu không gian giám sát (hiện hỗ trợ hình ảnh – không thu nhận audio), thiết lập chất lượng video điều hướng camera giám sát Điểm hạn chế lớn sử dụng flash mà chưa sử dụng HTML5 Hình 4.12: Giao diện video raspi Ngoài để tiện cho việc thay đổi cấu giám sát sâu vào hệ thống, hệ thống cung cấp trang quản trị riêng dành cho quản trị viên cấp cao Bằng việc thêm path /admin vào sau đường dẫn truy cập bạn tải trang quản trị cấp cao tài khoản sử dụng thuộc nhóm root 87 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Hình 4.13: Trang quản trị hệ thống Trong đó, Video options cho phép bạn thay đổi thiết lập mặc định hệ thống lưu trữ hình ảnh thu nhận từ camera FPS, Video Relution Video bitrate Hình 4.14: Giao diện thay đổi thiết lập mặc định lưu trữ video Phần Authentication Authorization : Cho phép thêm, sửa xóa tài khoản dùng để đăng nhập vào hệ thống nhằm mục đính bảo mật Hình 4.15: Giao diện phân cấp người dùng raspi Phần Device: Cho phép người dùng thêm, sửa, xóa thông tin thiết bị đăng ký vào hệ thống Việc nâng cấp số lượng thiết bị phụ thuộc số cổng I/O raspi 88 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Hình 4.16: Giao diện thiết lập thiết bị điều khiển Và phần khác giúp người dùng truy cập nhanh vào sở liệu raspi Để xem lại video hệ thông lưu trữ: Các video tự động chuyển sang định dạng mp4 để lưu trữ xóa định kỳ nhằm bảo đảm nhớ vật lý cần thiết để raspi hoạt động ổn định Các video lưu trữ có độ dài 60p Hình 4.17: Giao diện lưu trữ video 4.5 Kết luận chương Tìm hiểu điểm mạnh python so với ngôn ngữ lập trình phổ biến giới Dựa điều kiện mà luận án đặt ra, python đáp ứng yêu cầu Xây dựng thuật toán nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển, chế độ tự động, thu thập liệu từ cảm biến, lưu trữ, cách thức hệ thống tương tác với người dùng người quản trị Tạo điều kiện thuận lợi cho trình viết nhanh chóng, hạn chế lỗi hệ thống không mong muốn trình xây dựng, phục vụ tốt cho trình tối ưu cập nhật, mở rộng phần mềm sau 89 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Chương KẾT LUẬN 5.1 Kết luận chung Sau thời gian nghiên cứu đề tài luận án đạt kết đề sau:  Điều khiển giám sát trạng thái thiết bị điện qua mạng Internet  Các thông tin điều khiển phản hồi kết truyền tải giao thức TCP để tăng độ tin cậy lưu trữ thay đổi vào CSDL bảo mật đăng nhập với mã hóa MD5  Sử dụng AJAX hỗ trợ giám sát, cập nhật trạng thái thiết bị  Công suất tiêu thụ 3W/h  Thiết lập chế độ tự động thiết bị thời gian hay nhiệt độ  Sai số nhiệt độ ±0,5oC  Sử dụng giao thức NTP để đồng thời gian  Sử dụng giao thức TCP truyền tải để tăng độ tin cậy lưu trữ vào CSDL  Sử dụng AJAX hỗ trợ hiển thị tham số môi trường  Truyền hình ảnh thời gian thực không gian giám sát  Trễ truyền tải giây, tỷ lệ nén đạt từ 3.6 tới 7.5 lần  Lưu trữ hình ảnh liên tục cho khu vực giám sát 5.2 Đánh giá chất lượng truyền tải hình ảnh Phương pháp dùng để đo chất lượng tín hiệu video liên quan tới việc so sánh khung hình ảnh gốc với phiên nén đo suy giảm chất lượng tín hiệu Giá trị PSNR dùng để xác định vấn đề việc phân phối gói tin vấn đề liên quan, dùng để đo phân tích chất lượng thực tế gói tin nhận từ phía cung cấp sau mã hóa truyền mạng 90 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet PSNR tính sau: Trong MSE: Giá trị thông thường PSNR ảnh video sau giải nén nằm từ 30 đến 50 dB (giá trị cao tốt).Giá trị chấp nhận truyền tín hiệu không dây có tổn thất khoảng từ 20 đến 25 dB Đánh giá chi tiết cho độ phân giải: Chất lượng qHD PSNR video qHD sau truyền PSNR_rec 14 13 12 11 10 19 37 55 73 91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 PSNR_rec Hình 5.1: PNSR qHD sau truyền Chất lượng HD 720p PSNR video HD sau truyền PSNR_rec 20 10 PSNR_rec 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 Hình 5.2: PNSR HD 720p sau truyền 91 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet Chất lượng Full HD 1080p PSNR video Full HD sau truyền PSNR_rec 22.5 22 21.5 PSNR_rec 21 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 20.5 Hình 5.3: PNSR HD 1080p sau truyền Kết luận: Dựa vào biểu đồ chất lượng video sau truyền đạt yêu cầu Tỷ lệ dung lượng trước nén so với dung lượng nhận bên phía người dùng cho độ phân giải qHD, HD Full HD sau: 7.513 lần, 7.317 lần 3.671 lần 5.3 Những điểm hạn chế hướng khắc phục 5.3.1 Những điểm hạn chế Mặc dù đạt kết định điểm hạn chế sau: + Sử dụng giao thức HTTP flash để tải video cho người dùng Đây điểm hạn chế lớn bảo mật, giới hạn số loại thiết bị truy cập hầu hết trình duyệt di dộng máy tính bảng không hỗ trợ flash + Giao diện rối với người sử dụng Điều hạn chế tác giả mảng thiết kế giao diện người dùng + Kính thước sản phẩm chưa thật nhỏ gọn tính thẩm mỹ chưa cao + Hạn chế tốc độ xử lý phần cứng chưa hỗ trợ tối đa cho đa truy cập với số lượng kết nối lớn 5.3.2 Hướng khắc phục mở rộng Từ hạn chế cần khắc phục sau: + Sử dụng tảng HTML5 với giao thức HTTPS để tăng tính bảo mật 92 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet + Sử dụng Node JS thay cho AJAX để tiết kiệm tài nguyên hệ thống + Thiết kế giao diện thân thiện linh hoạt tảng HTML5 + Giảm kính thước phần điều chỉnh góc quay góc ngẩng camera + Nâng cấp phần cứng cho raspi để tăng tốc xử lý song song cần kiểm tra tính tương thích phiên xây dựng dựa phần cứng cũ Vì thời gian thực đề tài ngắn nên tác giả chưa thực số hướng phát triển mở rộng như: + Thực lập trình góc quay cố định cho điều hướng camera, tính bắt, bám hình ảnh truy cập vào hệ thống để việc thu nhận hình ảnh linh hoạt hiệu an ninh cao + Cơ chế báo động qua SMS (Short Message Service) phát ngưỡng nhiệt (80oC) cách thêm mô đun giao tiếp mạng GSM (Global System for Mobile Communications) mô đun Sim900A + Bổ sung nhiều loại cảm biến như: cảm biến độ ẩm, khói khí gas để tăng thông số đầu vào nhằm phục vụ đa dạng 93 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát hình ảnh qua mạng Internet TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Ngọc Chiến (2013), Đồ án tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện qua mạng Internet”, 64-71 Lâm Quỳnh Trang., Lê Trọng Hiền., Nguyễn Minh Trung., Đoàn Hiệp (2010), “Điều khiển động bước”, 1-13 Thomas Wiegand Gary J Sullivan., Gisle Bjøntegaard., and Ajay Luthra.(2003), "Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard", IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology Trần Hoàng Phúc., Trần Hữu Nghi (2014), Khóa luận ”Xây dựng thử nghiệm hệ thống xử lý truyền video thời gian thực môi trường GPU”, 14-35 RFC 3550 (2003), Request for Comments (RFC), 19-74 Nguồn Internet: truy cập cuối ngày 01/08/2015 http://www.sony.co.uk/pro/article/video-security-h264-article http://www.vcodex.com/h264.html http://vi.wikipedia.org/wiki/H.264/MPEG-4_AVC http://www.itu.int/rec/T-REC-H.264 http://ffmpeg.org/ http://www.raspberrypi.org/learning/ http://en.wikipedia.org/wiki/FFmpeg http://www.petervis.com/Raspberry_PI/Raspberry_Pi_CSI/Raspberry_Pi_CSI2_Connector_Specifications.html 94 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 [...]... lại Hình 1.1: Mô hình của mạng LAN 13 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet Internet là một mạng toàn cầu bao gồm nhiều mạng LAN, MAN và WAN trên thế giới kết nối với nhau Mỗi mạng thành viên này được kết nối vào Internet thông qua một router Tạo nên một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng Hình. .. khung hình, tốc độ bit tối thiểu 0.4 Mb o Góc quay tối thiểu 270 độ o Góc ngẩng tối thiểu 60 độ o Ghi hình liên tục khu vực giám sát, hỗ trợ lưu trữ tối thiểu 12 giờ và cho phép phát lại qua mạng Internet (định dạng mp4) Từ những yêu cầu trên ta xây dựng mô hình thực hiện như sau: 11 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet. .. phía sau Ảnh B không được sử dụng làm ảnh tham chiếu tạo dự báo cho các ảnh sau đó Hình 2.3: Dự đoán bù chuyển động một chiều và hai chiều Ví dụ về dự đoán chuyển động sử dụng các loại ảnh được thể hiện ở hình sau: Hình 2.4: Thứ tự các frame ảnh trong nén video 31 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet 2.3.2 Nhóm ảnh GOP... càng tăng về nén cao hơn của hình ảnh video cho các ứng dụng như hội nghị truyền hình, phương tiện lưu trữ kỹ thuật số, truyền hình, Internet streaming và truyền thông 34 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet Hình 2.7: Mô hình tiến trình Coding and Decoding trong H.264 Hoạt động của hệ thống H.264 CODEC dựa trên 2 thành... biệt mối quan hệ giữa thứ tự tham chiếu và thứ tự hiễn thị: Trong các chuẩn trước có sự phụ thuộc rất chặt chẽ giữa thứ tự ảnh cho các tham 28 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet chiếu bù chuyển động và thứ tự ảnh hiển thị Trong H.264, các giới hạn thứ tự này bị loại bỏ cho phép bộ mã hóa chọn thứ tự các ảnh cho việc... và CAVLC Cả hai phương pháp này đều sử dụng khả năng tương thích nội dung để cải thiện hiệu quả mã hóa so với các chuẩn mã hóa trước 29 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet Hình 2.2: Biểu đồ PSNR của H.264 so với MPEG-4 và JPEG (chất lượng hình ảnh và tốc độ bit) 2.3.1 Cấu trúc ảnh Chuẩn H.264 định nghĩa các loại ảnh. .. sử dụng trong xây dựng phần mềm Chương 5: Kết luận Phân tích, đánh giá các kết quả đạt được, các điểm mạnh và điểm yếu Đồng thời đề xuất hướng khắc phục, ý tưởng phát triển và mở rộng ứng dụng 12 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet Chương 1 LÝ THUYẾT MẠNG 1.1 Sơ lược về mạng Internet Nguồn gốc của Ethernet được phát... mã o Hoán chuyển đổi o Tái cấu trúc các frame của video Hình 2.8: Mô hình hoạt động của hệ thống CODEC H.264 2.3.5 Mã hóa H.264 Sơ đồ của thành phần Encoder được mô tả như hình 2.11 Hình 2.9: Mô hình chi tiết quá trình H.264 Encoder 35 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet Điểm khác biết của H.264 với các bộ mã hóa khác... slice 27 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet  Sắp xếp thứ tự các slice tùy ý ASO: do mỗi slice của một ảnh có thể giải mã một cách độc lập với các slice khác của ảnh nên H.264 cho phép gửi và nhận các slice này của ảnh theo bất cứ thứ tự nào tương ứng với chúng Những cải thiện về thiết kế H.264 có độ nén cao hơn mà vẫn... và RTCP trong việc truyền tải video thời gian thực so với các giao thức TCP/UDP Đây là cơ sở lý thuyết vững chắc và quan trọng trong việc lựa chọn giao thức truyền tải, xây dựng và tối ưu phần mềm trong chương 4 nhằm giảm thiểu độ trễ, tăng cường chất lượng trong truyền tải hình ảnh 25 Lâm Ngọc Chiến – CB130566 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện và giám sát hình ảnh qua mạng Internet