一种嵌入式电触发高精度计时录像系统及方法与流程

本发明涉及航天试验监测，尤其涉及一种嵌入式电触发高精度计时录像系统及方法。

背景技术：

1、航天试验关键环节需要实时录像监测，并精准记录各帧画面实际采集时刻与试验启动时刻的时差。上述时差是多源数据联动分析的核心基础，直接决定故障溯源效率与时序优化准确性。

2、现有航天试验监测普遍采用商用录像机进行图像采集与记录。此类设备采用帧级计时机制，默认以图像帧解码完成时刻作为图像帧的实际采集时刻。

3、然而，上述现有计时机制未考量图像编码、传输、解码及网络波动所带来的延迟，导致计时误差高达50~300ms，无法满足多源数据联动分析对计时精度的需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体针对现有航天试验录像装置计时延迟大、波动范围宽，难以满足多源数据联动分析及时序故障溯源精准计时需求的问题，具体提供了一种嵌入式电触发高精度计时录像系统及方法，具体如下：

2、1）第一方面，本发明提供一种嵌入式电触发高精度计时录像系统，具体技术方案如下，包括：网络摄像头模块、嵌入式主控模块、存储模块以及上位机模块；

3、所述网络摄像头模块，用于采集视频数据，生成并输出rtp数据包；

4、所述嵌入式主控模块包括gpio接口、网络接口以及存储接口；通过所述网络接口与所述网络摄像头模块建立rtsp连接以接收所述rtp数据包，通过所述gpio接口接收外部启动信号发生器发出的ttl触发电信号并获取触发时刻，通过所述存储接口连接所述存储模块以写入数据；

5、所述嵌入式主控模块还用于解析并提取所述rtp数据包中携带的采样时间，将所述采样时间、实时获取的系统接收时刻与所述rtp数据包封装为自定义格式文件，将所述自定义格式文件写入所述存储模块；

6、所述存储模块，通过所述存储接口与所述嵌入式主控模块连接，用于存储所述自定义格式文件；

7、所述上位机模块，通过通信网络与所述嵌入式主控模块连接，用于获取所述存储模块中存储的所述自定义格式文件，对所述自定义格式文件进行时间校准得到视频数据中各帧图像的实际采集时刻，根据所述实际采集时刻以及所述触发时刻确定各帧图像的时差，将所述时差叠加至各帧图像，生成含计时信息的录像文件。

8、本发明提供的一种嵌入式电触发高精度计时录像系统的有益效果如下：

9、通过嵌入式主控模块经gpio接口捕获ttl触发电信号并获取触发时刻，经网络接口接收网络摄像头发出的rtp数据包并解析提取采样时间与系统接收时刻后按自定义格式封装为自定义格式文件存入存储模块；上位机模块获取该自定义格式文件后，从中提取关键参数包的采样时间与系统接收时刻组成有效时间对，建立线性关系模型并结合传输延迟补偿求解转换参数以确定采样时间与实际采集时刻的映射关系，进而确定各帧图像的实际采集时刻；基于实际采集时刻与触发时刻计算各帧图像的时差，叠加至各帧图像后生成含计时信息的录像文件。该系统能够有效消除图像编码、传输及网络波动带来的延迟干扰，显著提升了计时精度，优于现有商用设备，为多源数据联动分析及时序故障溯源提供了精准计时支撑；同时，采用嵌入式架构设计，设备体积小、成本可控、部署灵活，可适配航天试验等复杂现场环境，兼顾了精度需求与经济性。

10、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，所述对所述自定义格式文件进行时间校准得到视频数据中各帧图像的实际采集时刻，具体包括：

12、从所述自定义格式文件中提取i帧编码前发出的关键参数包的采样时间与系统接收时刻，组成多个有效时间对；

13、对所述多个有效时间对建立线性关系模型，结合传输延迟补偿，求解得到转换参数；根据所述转换参数，确定采样时间与实际采集时刻之间的映射关系；

14、根据所述映射关系，确定所述采样时间对应的所述实际采集时刻。

15、进一步，所述对所述多个有效时间对建立线性关系模型，结合传输延迟补偿，求解得到转换参数，具体包括：

16、对所述多个有效时间对进行线性拟合，剔除残差超过预设阈值的异常数据，求解得到时钟转换系数以及转换偏置；

17、根据所述时钟转换系数以及所述转换偏置，结合传输延迟补偿，得到所述转换参数。

18、进一步，所述关键参数包为sps包、pps包或sei包。

19、进一步，所述根据所述实际采集时刻以及所述触发时刻确定各帧图像的时差，具体包括：

20、选取所述触发时刻前最近一个i帧作为锚点，根据所述映射关系将所述锚点的采样时间转换为对应的实际采集时刻；

21、根据采样时间递增步长以及所述锚点对应的实际采集时刻，确定各帧图像的实际采集时刻，进而求得各帧图像相对于所述触发时刻的时差。

22、进一步，所述将所述时差叠加至各帧图像，生成含计时信息的录像文件，具体包括：

23、从所述自定义格式文件中提取编码数据，按预设编码标准重组码流，将所述时差以可识别形式叠加至各帧图像的指定位置，压缩为标准格式，生成含计时信息的录像文件。

24、进一步，所述嵌入式主控模块还包括环形缓冲区，用于持续存储所述自定义格式文件；

25、当所述嵌入式主控模块接收到所述ttl触发电信号后，将所述环形缓冲区中已存的所述自定义格式文件写入所述存储模块。

26、2）第二方面，本发明还提供一种嵌入式电触发高精度计时录像方法，具体技术方案如下，包括：

27、s1，通过嵌入式主控模块配置并启动gpio接口的监测线程；与网络摄像头模块建立rtsp连接；初始化环形缓冲区，启动rtp接收线程以持续接收rtp数据包；

28、s2，通过所述接收线程实时接收rtp数据包，解析并提取所述rtp数据包中携带的采样时间，将所述采样时间、实时获取的系统接收时刻与所述rtp数据包封装为自定义格式文件，将所述自定义格式文件写入所述环形缓冲区；

29、s3，当所述监测线程接收到ttl触发电信号后，触发硬件中断并获取当前时间作为触发时刻；将所述环形缓冲区中已存的所述自定义格式文件写入存储模块；

30、s4，通过上位机模块获取所述存储模块中存储的所述自定义格式文件，对所述自定义格式文件进行时间校准得到视频数据中各帧图像的实际采集时刻，根据所述实际采集时刻以及所述触发时刻确定各帧图像的时差；

31、s5，通过所述上位机模块，将所述时差叠加至各帧图像，生成含计时信息的录像文件。

32、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

33、进一步，所述对所述自定义格式文件进行时间校准得到视频数据中各帧图像的实际采集时刻，具体包括：

34、从所述自定义格式文件中提取i帧编码前发出的关键参数包的采样时间与系统接收时刻，组成多个有效时间对；

35、对所述多个有效时间对建立线性关系模型，结合传输延迟补偿，求解得到转换参数；根据所述转换参数，确定采样时间与实际采集时刻之间的映射关系；

36、根据所述映射关系，确定所述采样时间对应的所述实际采集时刻。

37、进一步，所述对所述多个有效时间对建立线性关系模型，结合传输延迟补偿，求解得到转换参数，具体包括：

38、对所述多个有效时间对进行线性拟合，剔除残差超过预设阈值的异常数据，求解得到时钟转换系数以及转换偏置；

39、根据所述时钟转换系数以及所述转换偏置，结合传输延迟补偿，得到所述转换参数。

40、进一步，所述关键参数包为sps包、pps包或sei包。

41、进一步，所述根据所述实际采集时刻以及所述触发时刻确定各帧图像的时差，具体包括：

42、选取所述触发时刻前最近一个i帧作为锚点，根据所述映射关系将所述锚点的采样时间转换为对应的实际采集时刻；

43、根据采样时间递增步长以及所述锚点对应的实际采集时刻，确定各帧图像的实际采集时刻，进而求得各帧图像相对于所述触发时刻的时差。

44、进一步，所述将所述时差叠加至各帧图像，生成含计时信息的录像文件，具体包括：

45、从所述自定义格式文件中提取编码数据，按预设编码标准重组码流，将所述时差以可识别形式叠加至各帧图像的指定位置，压缩为标准格式，生成含计时信息的录像文件。

46、3）第三方面，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如上任一项方法。

47、4）第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如上任一项方法。

48、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。