CN111554004B - 一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备 - Google Patents

一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备。它包括用于传输总线数据的总线数据接口、用于采集视频数据的摄像模块、用于发送时钟信号的GPS模块、用于向总线采集模块供电的点火触发电源、总线采集模块和视频采集模块，总线采集模块用于向视频采集模块发送同步响应的时间信号，在接收到总线数据和视频数据时引入时间同步补偿量使获取的总线数据和视频数据的时间同步；视频采集模块用于接收时钟信号发送至总线采集模块，接收总线采集模块发送的时间信号确定时间同步补偿量，将视频数据及时间同步补偿量发送至总线采集模块。本发明能够实现对不同总线和视频之间的同步采集，从而为开发人员提供优质的场景信息，提高开发效率。

Description

一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备。
背景技术
随着汽车自动驾驶领域的蓬勃发展，人们对自动驾驶系统提出了更高的要求，期望覆盖更多场景。为此需要在某些特定场景下同步采集整车传感器与视频的信息，便于开发人员进行离线仿真和分析，提高开发效率。
现有的汽车数据采集设备存在如下不足：一是这些产品都是分别监控汽车不同的总线数据，无法同时同步记录不同的总线数据，效率不足；二是这些产品大多未集成视频采集功能，少数支持视频采集的设备视频与总线信号在在时间上无法严格对应，需要人工同步，为后期数据分析带来麻烦。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备。
本发明采用的技术方案是：一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，包括
总线数据接口，用于连接车载总线，传输总线数据至总线采集模块；用于在车辆点火时发送点火信号至点火触发电源；
摄像模块，用于采集视频数据并发送至视频采集模块；
GPS模块，用于发送定位和时钟信号至视频采集模块；
点火触发电源，用于在接收到点火信号后向总线采集模块供电；
总线采集模块，用于接收到同步请求信号后向视频采集模块发送同步响应的时间信号，在接收到总线数据和视频数据时引入时间同步补偿量使获取的总线数据和视频数据的时间同步；
视频采集模块，用于接收时钟信号后发送同步请求信号至总线采集模块，接收总线采集模块发送的时间信号确定时间同步补偿量，将视频数据、定位信号及时间同步补偿量发送至总线采集模块。
进一步地，确定时间同步补偿量的过程为：视频采集模块发送同步请求信号至总线采集模块并打上第一时间戳t1，总线采集模块收到同步请求信号并记录第二时间戳t2，然后对同步请求信号做出响应向视频采集模块发出同步响应信号并打上第三时间戳t3，最后视频采集模块收到同步响应信号并记录第四时间戳t4，视频采集模块根据四个时间戳计算时间同步补偿量。
进一步地，通过以下公式计算时间同步补偿量δ
δ＝[(t4-t1)-(t3-t2)]/2
其中，t1为视频采集模块发送同步请求信号时的第一时间戳，t2为总线采集模块接收同步请求信号时的第二时间戳，t3为总线采集模块发送同步响应信号时的第三时间戳，t4为视频采集模块接收同步响应信号时的第四时间戳。
进一步地，所述引入时间同步补偿量是总线采集模块将总线数据的接收时间减掉时间同步补偿量，达到总线数据和视频数据的时间同步。
进一步地，还包括非易失性存储模块，所述非易失性存储模块包括非易失性存储空间，非易失性存储空间用于存储总线采集模块发送的所有总线数据和视频数据。
进一步地，还包括关键帧触发模块，关键帧触发模块输出端连接总线采集模块，所述非易失性存储模块还包括关键数据存储空间，所述关键帧触发模块用于在触发关键标志位信号时将关键性数据存储至非易失性存储模块的关键数据存储空间。
进一步地，还包括用于补偿单侧或双侧电阻的节点电阻配置模块，所述节点电阻配置模块一端连接总线数据接口、另一端连接总线采集模块。
进一步地，所述总线数据接口包括用于连接整车总线的OBD接口和用于连接传感器和ECU的DB9接口，所述OBD接口和DB9接口均通过CAN总线连接总线采集模块。整车多路CAN总线由OBD接口引出，为数据采集模块提供整车CAN总线信号输入；传感器和ECU的XCP协议总线由DB9引出，在行车过程中用向数据采集模块提供传感器原始信号和ECU内部观测量输入。
进一步地，所述摄像模块通过USB接口连接视频采集模块。采集场景数据的摄像模块(可以是车载相机或单独的设备)由USB接口引出，在行车过程中记录车辆周围环境图像数据送至数据采集模块，和总线数据进行同步。
更进一步地，所述GPS模块通过SMA接口连接视频采集模块。GPS模块透过SMA接口与数据采集模块进行连接，为数据采集模块提供定位信息和当前时间信息用于同步。
本发明能够实现对不同总线和视频之间的同步采集，从而为开发人员提供优质的场景信息，提高开发效率。本发明使用行业通用的总线采集与视频采集接口，能够最大程度地兼容已有车型接口与配置，同时引出的DB9接口可有效满足部分特殊传感器与控制器的数据采集需求，同步触发记录总线数据和视频数据可以增加有效场景数据的覆盖率，对后续自动驾驶功能开发提供大量有效的数据支撑。
附图说明
图1为本发明的模块示意图。
图2为本发明节点电阻配置模块的示意图。
图3为本发明采集设备工作流程示意图。
图4为本发明采集数据同步方法示意图。
图中：100-数据采集模块；101-视频采集模块；102-点火触发电源；103-节点电阻配置模块；104-总线采集模块；105-关键帧触发模块；106-非易失性存储模块；200-信号供给模块；201-OBD接口；202-DB9接口；203-摄像模块；204-GPS模块；205-USB接口；206-SMA接口；301-整车总线；302-传感器和ECU。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
根据本发明的一个实施方式，参考图1中车载数据采集设备包括数据采集模块100和信号供给模块200两部分，信号供给模块提供的数据包含多路CAN总线、来自传感器和ECU的XCP协议总线的数据，摄像模块采集的场景数据和的来自GPS模块的定位时钟数据。
信号供给模块200由、摄像模块203和GPS模块204组成，其中总线数据接口包括OBD接口201和DB9接口202，OBD接口201获得整车301的总线信号和12V电力供应送至数据采集模块100，外部传感器和ECU 302的XCP协议总线的数据由DB9接口202送入数据采集模块100。此外，信号供给模块200将摄像模块203采集的视频信号透过USB接口205送入信号采集模块100，信号供给模块100将来自GPS模块204的定位和时钟信号透过SMA接口206送入信号采集模块100，定位信号能够记录车辆行驶轨迹，使采集数据更完整。
数据采集模块100由点火触发电源102、节点电阻配置模块103、总线采集模块104、关键帧触发器105、非易失性存储单元106和视频采集模块101组成。
根据图2采集设备工作流程示意图所示，当汽车点火时，点火触发电源102被上升沿触发(即取得OBD接口的16号引脚+12V电压)开始向总线采集模块104供电，无需占用12V点烟器接口，数据采集开始。
根据ISO DIS15032-3中相关内容，OBD接口201中的2，6，7，10，14，15用作标准接口，其余引脚按照汽车制造商定义的私有CAN进行转接送入节点电阻配置模块103中。
类似的，传感器和ECU模块的XCP协议总线由DB9接口202引入节点电阻配置模块103中，在行车过程中用向数据采集模块100提供传感器原始信号和ECU模块内部观测量信息。
根据图3总线节点电阻配置示意图所示，CAN总线两侧需要各接入一个120Ω电阻保障正常通讯，当节点电阻配置模块103检测到总线只存在一个120Ω电阻时，将自动匹配另一个120Ω电阻补全总线回路，确保总线释放时快速进入隐性状态。
视频采集模块101通过以太网TCP协议与总线采集模块104进行数据交换，与此同时总线采集模块104通过以太网POE协议对视频采集模块进行供电。
根据图4采集数据同步方法示意图所示，说明数据与视频同步的具体方法：视频采集模块101得到摄像模块的视频信号同时可获得GPS模块接收到的UTC(世界时间)，因而采集视频时间与UTC严格一致。与此同时，总线采集模块104有独立的时钟信号且无法与UTC对应，此时视频采集模块101(采集数据之前的一刻)透过以太网发送同步请求信号并打上自身时间戳t1，总线采集模块104收到同步请求并记录时间戳t2，随后总线采集模块104对同步信号做出响应，发出同步响应信号并打上时间戳t3，最后视频采集模块101收到同步响应并记录时间戳t4，并至此通过以下公式计算时间同步补偿量δ。
δ＝[(t4-t1)-(t3-t2)]/2
后续，总线采集模块104在收到视频采集模块101的视频信号时，只需引入时间同步补偿量δ即可将视频记录时间戳与总线采集时间戳同步。因总线采集模块104接收视频数据过程中会有延迟，其接收到两个数据时，总线数据接收时间一定大于视频数据的接收时间，视频数据的时间戳一定大于总线数据，故引入时间同步补偿量是指总线采集模块将视频数据的接收时间戳减掉时间同步补偿量，达到总线数据和视频数据的时间同步。
如图4所示，总线采集模块和视频采集模块是两个模块，各自时间戳起始位置不同，例如总线采集模块从200s开始，视频采集模块从5s开始，均向右累加，故用t2-t1＝195s没有任何意义，需要间接计算视频采集模块发出当前视频并记录t1＝5s，总线采集模块收到这条视频并记下现在t2＝200s，随后总线采集模块在t3＝201s反馈我已收到这条视频，最终视频采集模块收到这条反馈并记下t4＝10s，那么，根据δ＝[(t4-t1)-(t3-t2)]/2很容易得到补偿量δ＝2s，也就意味着总线每次收到的视频其实是2s前的视频，总线模块应把第200s收到的视频数据和第198s采集的总线数据存在一起达成同步。
上述采集与同步准备完毕后，所有总线数据经由点电阻配置模块103送入总线采集模块104中进行分析记录，同时同步视频信号从视频采集模块101送入总线采集模块104中，所有数据均写入非易失性存储模块106的非易失性存储空间。当总线中出现某一关注标志信号置位，关键帧触发模块105将被触发，将此时总线数据和视频数据同步写入非易失性存储模块106的关键数据存储空间中完成一次采集。其非易失性存储模块106可被取出替换，方便数据转移。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：包括
总线数据接口，用于连接车载总线，传输总线数据至总线采集模块；用于在车辆点火时发送点火信号至点火触发电源；
摄像模块，用于采集视频数据并发送至视频采集模块；
GPS模块，用于发送时钟信号至视频采集模块；
点火触发电源，用于在接收到点火信号后向总线采集模块供电；
总线采集模块，用于接收到同步请求信号后向视频采集模块发送同步响应的时间信号，在接收到总线数据和视频数据时引入时间同步补偿量使获取的总线数据和视频数据的时间同步；
视频采集模块，用于接收时钟信号后发送同步请求信号至总线采集模块，接收总线采集模块发送的时间信号确定时间同步补偿量，将视频数据及时间同步补偿量发送至总线采集模块；
确定时间同步补偿量的过程为：视频采集模块发送同步请求信号至总线采集模块并打上第一时间戳t1，总线采集模块收到同步请求信号并记录第二时间戳t2，然后对同步请求信号做出响应向视频采集模块发出同步响应信号并打上第三时间戳t3，最后视频采集模块收到同步响应信号并记录第四时间戳t4，视频采集模块根据四个时间戳计算时间同步补偿量；
通过以下公式计算时间同步补偿量δ
δ=[(t4-t1)-(t3-t2)]/2
其中，t1为视频采集模块发送同步请求信号时的第一时间戳，t2为总线采集模块接收同步请求信号时的第二时间戳，t3为总线采集模块发送同步响应信号时的第三时间戳，t4为视频采集模块接收同步响应信号时的第四时间戳。
2.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：所述引入时间同步补偿量是总线采集模块将接受视频数据的时间戳减掉时间同步补偿量，达到总线数据和视频数据的时间同步。
3.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：还包括非易失性存储模块，所述非易失性存储模块包括非易失性存储空间，非易失性存储空间用于存储总线采集模块发送的所有总线数据和视频数据。
4.根据权利要求3所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：还包括关键帧触发模块，关键帧触发模块输出端连接总线采集模块，所述非易失性存储模块还包括关键数据存储空间，所述关键帧触发模块用于在触发关键标志位信号时将关键性数据存储至非易失性存储模块的关键数据存储空间。
5.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：还包括用于补偿单侧或双侧电阻的节点电阻配置模块，所述节点电阻配置模块一端连接总线数据接口、另一端连接总线采集模块。
6.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：所述总线数据接口包括用于连接整车总线的OBD接口和用于连接传感器和ECU的DB9接口，所述OBD接口和DB9接口均通过CAN总线连接总线采集模块。
7.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：所述摄像模块通过USB接口连接视频采集模块。
8.根据权利要求1所述的支持总线数据和视频同步的车载数据采集设备，其特征在于：所述GPS模块通过SMA接口连接视频采集模块。
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