minh
Hệ thống giám sát video thông minh được thiết kế là một hệ thống thiết bị an ninh mạng nhỏ gọn, có tính di động cao, được sử dụng để phát hiện xâm nhập, ghi lại hình ảnh, và gửi cảnh báo đến smart phone. Thiết bị được xây dựng để phát hiện sự xâm nhập, và có thể giám sát phạm vi diện tích lên đến 180 . Thiết bị cũng tích hợp tính năng chụp hình ảnh hoặc quay video, giám sát trực tiếp, và có thể kết nối mạng LAN và WLAN và 3G. Chỉ cần một số thiết lập đơn giản, thiết bị sẽ tương thích với vị trí mới của smart phone một cách nhanh chóng và dễ dàng. Hệ thống giám sát video có thể được lắp đặt trong căn hộ, văn phòng, cửa hàng, các ngôi nhà di động, container, tàu / thuyền…
Hệ thống an ninh Hệ thống giám sát video Home yêu cầu người dùng cần một smart phone (sử dụng hệ điều hành Android hoặc iPhone) có khả năng kết nối wifi hoặc dịch vụ dữ liệu.
a. Hardware Platform:
Bộ xử lý Java
Bộ xử lý Java của aJile là thế hệ thứ ba của aJile về nguồn mức thấp, bộ xử lý thực thi trực tiếp cho platform Java, “bộ xử lý Java”. Nó được nâng lên với MAC dấu phẩy tĩnh 32 bit, 32 KB RAM, giao diện AHB và APB.
Hình 3.4 Sơ đồ khối bộ xử lý Java [39]
JEMCore-II thực hiện trực tiếp các tập lệnh bytecode của Java Virtual Machine (JVM), các hệ thống Java thời gian thực cơ bản và một số các lệnh bytecode mở rộng cho multimedia và các ứng dụng nhúng trong mạng.
JEMCore-II cải thiện hiệu quả thực hiện các lệnh java kết quả dẫn đến thời gian chuyển đổi ngữ cảnh thread-to-thread được giảm đáng kể(<1µs). Vì tập lệnh bytecode được thực hiện như các lệnh cơ bản nên JEMCore của bộ xử lý Java hoạt động giống như bộ xử lí RISC thực hiện việc biên dịch trong C. Thêm vào đó, các hoạt động Java cơ bản (wait, yield, notify, monitor enter/exit) được thực hiện như các lệnh bytecode mở rộng, loại bỏ các yêu cầu cho một RTOS truyền thống. Dựa trên sự phong phú của nền tảng Java multimedia, JEMCore-II đã được cải tiến với một microcode chuyên dụng-dựa trên dữ liệu DSP để làm tăng thêm các thuật toán khác nhau cho các ứng dụng audio, điều khiển nhúng, điều khiển động cơ phụ, ghi lại giọng nói và chữ viết tay. Sơ đồ khói JEMCore-II được minh họa trong hình 3.8.
Hình 3.5 Sơ đồ khối JEMCore-II [40]
OS Platform:
Bên trong bộ xử lý aJile chứa một lõi thời gian thực nhỏ đã được lập trình. Nó thực hiện các chức năng của hệ điều hành như: Lập chương trình, chuyển chương trình, xử lý ngắt, tiền xử lý các lỗi và đồng bộ hóa. Java threads được dùng để phân luồng trong các bộ xử lý của aJile và nó sử dụng các tập lệnh bytecode mở rộng để thực hiện các hoạt động trong Applications (sleep, wait, notify, notifyall, yield, monitor enter, monitor exit, and interrupt) để hỗ trợ việc điều hành hệ thống một cách nhanh chóng và không bị gián đoạn. On-chip thời gian thực quản lí các hoạt động dựa trên mức độ ưu tiên của chúng với thời gian chuyển đổi vô cùng
Ngoài ra, kỹ thuật Multiple JVM (MJM) của aJile còn cho phép các ứng dụng chạy một cách đồng thời và độc lập theo một lịch trình nhất định. Mỗi JVM tận dụng các đặc trưng riêng của mình và bộ nhớ để cho phép các ứng dụng chạy một cách đồng thời, độc lập với các ứng dụng trên mạng và không bị tạm dừng khi có các G.C (garbage collection) và các ngắt khác. MJM có chế độ bảo mật “sandbox” cung cấp một cơ chế để dễ dàng cách ly các ứng dụng và phân chia tài nguyên hệ thống. aJile RTOS (hình 3.9) cho phép các ứng dụng thời gian thực cứng có thể chạy một cách độc lập và an toàn song song với các ứng dụng mạng.
Hình 3.6 Hệ thống aJile RTOS [41]
b.Sơ đồ khối hệ thống:
Hệ thống an ninh sử dụng thiết bị aJ-PTIT sử dụng chip aJ-200 được mô tả theo sơ đồ khối sau:
Google App aJ-PTIT Media Gateway Smart Phone Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống [42]
Để sử dụng được thiết bị giám sát video, cần sử dụng: - Một bộ định tuyến không dây có cổng cáp RJ-45.
- Trên bộ định tuyến cần được thiết lập giao thức UPnP. Ngoài ra, cổng chuyển tiếp cho các thiết bị cần phải được kích hoạt trong phạm vi 8800-8899. (Địa chỉ IP của thiết bị được cấu hình tĩnh trong khi cài đặt.)
Thiết lập từ smart phone đến thiết bị:
Đầu tiên, với kết nối M2M thiết bị phải được kết nối với access point bằng cáp RJ-45. Do được kích hoạt sẵn dịch vụ UPnP nên smart phone và thiết bị sẽ gửi các bản tin và thiết lập cho nhau. aJ-PTIT được xây dựng một thư viện weupnp trên nền tảng java để thực hiện công việc như tìm gateway cho thiết bị, xác định và thiết lập sẵn Port, IP,...
aJ-PTIT Smart Phone
Gateway Dicover Set Gateway Device
Set port, IP, ... Port Mapping Entry
SYN ACK
Hình 3.8Quá trình bắt tay giữa smart phone và M2M gateway [43]
Hoạt động của hệ thống khi có cảnh báo:
1 2 3 4 Google App aJ-PTIT Media Gateway Smart Phone Hình 3.9Hoạt động cảnh báo [44]
1. Thiết bị giám sát aJ-PTIT được kết nối tới Google App (XMPP). 2. Smart Phone được kết nối tới Google App (XMPP) và đăng ký với aJ- PTIT.
3. Khi thiết bị aJ-PTIT phát hiện có sự xâm nhập, nó sẽ gửi các gói tin tới Media Gateway và các thông báo sẽ được đẩy đến smart phone.
4. Media Gateway sẽ gửi thông báo tới smart phone. Nếu thiết lập thông báo được bật, một cảnh báo bao gồm hình ảnh hoặc video sẽ được gửi tới người sử dụng về các mối đe dọa an ninh.
Như vậy chúng ta đã xem xét và đề xuất được 05 ứng dụng M2M đã bước đầu phát triển tại Việt Nam, đây là một thị trường rất lớn, tiềm năng trong tương lai và có thể đem lại nhiều tiện ích cho người sử dụng cũng như đa dạng hóa các dịch vụ cho các Telco, hiện đang gặp một số khó khăn khi triển khai.
3.3 Kết luận
Trong chương 3 tôi trình bầy về tìm hiểu nhu cầu sử dụng M2M ở Việt Nam, quy mô của thị trường, thị phần của công nghệ, khả năng thành công của công nghệ. Cuối cùng tôi đưa ra một số ứng dụng của M2M tại Việt Nam.
CHƯƠNG 4 THUẬT TOÁN JPEG 2000
Nhiều định dạng khác nhau để mô tả việc lưu trữ một file hình ảnh như .bmp, tif, pcx, .gif, .jpg. Trong số đó hai định dạng .gif và .jpeg được sử dụng rộng rãi nhất do khả năng nén ảnh tốt của chúng, còn .bmp thường cho file ảnh với dung lượng lớn hơn nhiều so với .jpeg.
Có nhiều phương pháp nén ảnh, nhưng đều dựa trên nguyên tắc tìm ra các “phần tử thừa” trong dữ liệu và mã hóa chúng theo nhiều mức độ khác nhau. Một công nghệ nén ảnh tương đối hiệu quả có thể làm việc với các ảnh kích cỡ lớn, nhiều màu đó là công nghệ JPEG- viết tắt của Joint photographic Expert Group ( Hiệp hội các chuyên gia hình ảnh). Kỹ thuật này có thể đạt được hệ số nén hơn tám mươi lần so với ảnh gốc. Tuy nhiên hệ số nén càng cao thì hình ảnh sau khi giải nén sẽ càng bị sai lệch nhiều hơn, nó chỉ gần giống như ban đầu chứ không đạt hoàn toàn như hình ảnh gốc. Dù sao thì với mắt thường rất khó nhận ra điều khác biệt.
Nguyên lý của phương pháp nén JPEG là : cắt hình ảnh thành từng khối nhỏ, phân tích tất cả dữ liệu về màu sắc, độ sáng mà các khối đó chứa bằng các phương trình ma trận. Ảnh màu trong không gian RGB ( Red, Green , Blue) được chuyển đổi qua hệ YUV. Trong khi thị giác của con người lại rất nhậy cảm với hệ Y, ít nhậy cảm hơn nhiều với hệ U, V. Hệ thống sẽ nén thành phần Y của ảnh ở mức độ ít hơn nhiều so với U và V. Kế tiếp là dùng biến đổi cosin rời rạc, sau nữa là mã hóa theo phương pháp Hoffiman. Khi giải nén ảnh, các bước thực thi sẽ làm ngược lại quá trình nói trên.
Như đã trình bầy, kỹ thuật nén JPEG sẽ làm mất thông tin lúc giải nén, càng nén với hệ số cao thì thông tin càng mất nhiều khi bung. Vì vậy để giải quyết vấn đề này, tháng 12 năm 1999 một bản phác thảo tiêu chuẩn nén hình ảnh theo công nghệ JPEG 2000. Tháng 8 năm 2000, bản phác thảo về tiêu chuẩn JPEG 2000 đã được lưu hành trong giới chuyên gia hình ảnh. Sau đó nó đã được công nhận là tiêu chuẩn quốc tế vào tháng 12 năm 2000 và được ISO hợp thức hóa năm nay để cho phép ứng dụng vào các hệ xử lý phân phối.
Với JPEG 2000 kỹ thuật xử lý hình ảnh sẽ đạt được kết quả rất ngoạn mục vì có thể nén nhỏ từ 100- 200 lần mà hình ảnh không sai sót bao nhiêu so với hình ảnh gốc. Nhưng đâu là điểm khác biệt để kỹ thuật JPEG 2000 vượt trội hơn hẳn so với JPEG ?
JPEG 2000 là hệ thống mã hóa hình ảnh mà kỹ thuật nén dựa trên kỹ thuật sóng ngắn. Là một tiện ích toán học cho phép mô tả bằng một công thức đơn giản những gì xảy ra tại một thời điểm chính xác của tín hiệu. Với một chuỗi sóng ngắn, chỉ cần biểu diễn bằng vài công thức, đường biểu diễn không đều mà không cần phải mô tả đặc tính của từng điểm một. Và lẽ dĩ nhiên sẽ rất đắc lực khi phân tích tỉ mỉ một file ảnh kỹ thuật số.
Thuật toán trong kỹ thuật JPEG 2000 là chọn một số nhỏ các sóng ngắn, các sóng này được lập lại ở những nơi khác nhau, tỷ lệ khác nhau đã mô tả chính xác tính hiệu của hình ảnh. File ảnh nén không chứa nhiều hơn số lượng chỉ vị trí và giãn nở của từng sóng ngắn. Và kỹ thuật mã hóa theo từng khối, theo từng khu vực ưu tiên của hình ảnh (ROI Regional of Interest) được áp dụng cũng là một tiến bộ đáng kể trong thuật toán mã hóa JPEG 2000.
Được ISO công nhận cũng có nghĩa là trong một tương lai gần JPEG 2000 sẽ được thương mại hóa thông qua nền công nghiệp kỹ thuật số mà lợi ích mang lại phù hợp nhất đó là chẩn đoán hình ảnh từ xa trong y khoa, hình ảnh trên Internet, thậm chí có thể là phim ảnh kỹ thuật số thông qua định dạng Motion JPEG 2000. Chắc chắn các thiết bị di động như máy tính cầm tay và điện thoại di động cũng sẽ không bỏ qua chuẩn nén hình ảnh này.