一种用于显控系统延时特性测试的系统发明专利

专利名称：一种用于显控系统延时特性测试的系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110080609.4

专利申请（专利权）人：南京芯传汇电子科技有限公司
权利人地址：江苏省南京市秦淮区永顺路2号

专利发明（设计）人：丰宁宁

专利摘要：本发明公开了一种用于显控系统延时特性测试的系统，涉及测试验证平台技术领域，包括总控模块、时间同步模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块，本发明的有益效果是：本发明通过以上各模块配合使用，利用搭建的一套测试系统软件和硬件环境，实现对显控系统的网络延时、响应延时、带宽使用率等性能指标的测试及分析，通过分析测试结果，评估是否满足系统设计需求和性能要求的一套测试验证平台，该测试验证平台的应用为显控系统的集成验证测试提供一整套的软硬件解决方案，解决显控系统延时特性的可测试性难题，大大提高系统综合验证进度以及性能测试的正确性和完备性。

主权利要求：
1.一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于，包括以下内容：包括总控模块、时间同步模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块；
所述总控模块用于对系统中其他模块进行总体协调和控制；
所述时间同步模块用于为系统中其他模块提供时间同步信息；
所述图像采集模块用于拍摄被测显控系统的显示画面，并将拍摄的画面发送至数据存储模块；
所述总线数据采集模块用于采集被测显控系统各个监测点的总线数据，并将采集到的数据发送至数据存储模块；
所述数据存储模块用于接收并存储数据采集模块和总线数据采集模块采集的各类数据，并提供给延时特性分析模块用于后续的分析和处理；
所述延时特性分析模块用于分析和处理在数据存储模块中保存的图像数据和总线数据，并输出被测显控系统的延时特性测试结果。
2.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述总控模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块具备分布式部署功能，各个模块可以根据被测系统特性，分别运行在不同的计算机上。
3.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述时间同步模块采用IRIG‑B协议为时间同步标准，它包含GPS天线、授时卡、IRIG‑B码分配器。
4.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述图像采集模块系统包括镜头、高速相机、磁盘阵列和图像处理器。
5.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述总线数据采集模块支持接入离散量板卡、ARINC825板卡、ARINC429板卡、ARINC664板卡以及其他各类板卡，接入的板卡需支持硬件时戳标记功能。
6.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述数据存储模块支持大规模图像存储和总线数据存储功能。
7.根据权利要求1所述的一种用于显控系统延时特性测试的系统，其特征在于：所述延时特性分析模块应用了图像分析技术和数据帧识别技术，能够精确跟踪和识别被测显控系统各个监测点的特征值，进而对被测显控系统的延时特性进行分析和处理，所述延时特性分析模块包括以下步骤：S1、分析开始前，由用户在第一个监测点的数据帧结构上标记特征值，并选定一个初始时间t0；
S2、延时特性分析模块从数据存储模块筛选出每个监测点从t0开始采集到的一定数据量的数据帧和图像帧，并按采集时间升序排列；
S3、延时特性分析模块根据特征值在第一个监测点进行特征匹配，找到起始数据帧；
S4、延时特性分析模块根据特征值对后续所有监测点进行特征匹配，找到关联数据帧；
S5、延时特性分析模块根据特征值对拍摄到的图像帧进行特征匹配，找到关联图像帧；
S6、延时特性分析模块根据起始数据帧、关联数据帧以及关联图像帧进行延时特性分析和处理，输出延时特性分析结果。 说明书 : 一种用于显控系统延时特性测试的系统技术领域[0001] 本发明涉及测试验证平台技术领域，具体为一种用于显控系统延时特性测试的系统。背景技术[0002] 显控系统是飞机航电系统的重要组成部分。它负责接收机上所有其他系统的交互数据，通过显示装置直接呈现给机组人员，确保机组人员实时获取飞机上各个系统的数据及状态。同时显控系统提供控制面板作为机组人员的输入设备，进行显示画面的切换、数据输入等操作。功能测试主要是依据产品业务需求、产品行业特征来进行产品测试，以确保它们是否满足用户需求。性能测试测试通过某种特定的方式对被测系统按照一定的测试策略进行施压，获取该系统的响应时间、运行效率及资源利用率等各项性能指标，来评价系统是否满足用户性能需求的过程。显控系统配置项众多，功能交联测试复杂，系统集成及验证的时间紧，任务重，必须具备有效的集成验证环境才能及时发现问题，准确的定位原因，快速找到合理的解决措施。而在目前显控系统的集成验证过程中，尚无可用的验证测试环境用于性能测试，导致开展显控系统性能方面的集成和验证工作比较困难，影响系统综合验证的进度以及性能测试正确性和完备性。显控系统时间特性测试验证平台的被测系统是显控系统真件。系统组成复杂，功能性要求非常高，而且整个开发过程必须满足国际适航要求。为了确保产品的安全性符合要求，技术性能指标满足要求，系统需要对系统进行性能特性的测试验证因此，在整个系统研制过程中，不仅需要将注意力放在实现客户所期望的功能上，更重要的是要保证实现功能的安全性、可靠性及稳定性。基于系统开发过程的要求以及现有测试环境的限制，建设一套全面地显控系统时间特性测试验证环境已越来越重要和急迫，因此需要本发明设计一种用于显控系统延时特性测试的系统来解决上述出现的问题。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种用于显控系统延时特性测试的系统，以解决上述背景技术中提出的问题。[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于显控系统延时特性测试的系统，包括以下内容：包括总控模块、时间同步模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块；[0005] 所述总控模块用于对系统中其他模块进行总体协调和控制；[0006] 所述时间同步模块用于为系统中其他模块提供时间同步信息；[0007] 所述图像采集模块用于拍摄被测显控系统的显示画面，并将拍摄的画面发送至数据存储模块；[0008] 所述总线数据采集模块用于采集被测显控系统各个监测点的总线数据，并将采集到的数据发送至数据存储模块；总线数据采集模块采用非侵入式方式接入被测显控系统；[0009] 所述数据存储模块用于接收并存储数据采集模块和总线数据采集模块采集的各类数据，并提供给延时特性分析模块用于后续的分析和处理；[0010] 所述延时特性分析模块用于分析和处理在数据存储模块中保存的图像数据和总线数据，并输出被测显控系统的延时特性测试结果。[0011] 作为优选，所述总控模块、时间同步模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块采用分布式部署方式，按照负载和功能类别，运行在若干计算机上；[0012] 作为优选，所述时间同步模块采用IRIG‑B协议为时间同步标准，它包含GPS天线、授时卡、IRIG‑B码分配器，并提供微秒级的时间同步精度；[0013] 作为优选，所述图像采集模块系统包括镜头、高速相机、磁盘阵列和图像处理器，并能够达到每秒1000帧的拍摄速度。[0014] 作为优选，所述总线数据采集模块支持接入离散量板卡、ARINC825板卡、ARINC429板卡、ARINC664板卡以及其他各类板卡，接入的板卡均支持硬件时戳标记功能。[0015] 作为优选，所述数据存储模块支持大规模图像存储和总线数据存储功能。[0016] 作为优选，所述延时特性分析模块应用了图像分析技术和数据帧识别技术，能够精确跟踪和识别被测显控系统各个监测点的特征值，进而对被测显控系统的延时特性进行分析和处理。所述延时特性分析模块包括以下步骤：[0017] S1、分析开始前，由用户在第一个监测点的数据帧结构上标记特征值，并选定一个初始时间t0；[0018] S2、延时特性分析模块从数据存储模块筛选出每个监测点从t0开始采集到的一定数据量的数据帧和图像帧，并按采集时间升序排列；[0019] S3、延时特性分析模块根据特征值在第一个监测点进行特征匹配，找到起始数据帧；[0020] S4、延时特性分析模块根据特征值对后续所有监测点进行特征匹配，找到关联数据帧；[0021] S5、延时特性分析模块根据特征值对拍摄到的图像帧进行特征匹配，找到关联图像帧；[0022] S6、延时特性分析模块根据起始数据帧、关联数据帧以及关联图像帧进行延时特性分析和处理，输出延时特性分析结果。[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过以上流程配合使用，利用搭建一套测试系统硬件环境，实现对显控系统的网络延时、响应延时、带宽使用率等性能指标的测试及分析，并利用高速摄像设备及图像分析软件实现对显控系统画面同步的测试和验证，通过分析测试结果，评估是否满足系统设计需求和性能要求的一套验证平台，该性能验证平台的应用为显控系统的集成验证测试提供一整套的软硬件解决方案，解决了显控系统的可测试性难题，大大提高了系统综合验证的进度以及性能测试正确性和完备性。附图说明[0024] 图1为本发明的系统整体框架图；[0025] 图2为本发明的系统部署框图；[0026] 图3为本发明的原始数据库表结构；[0027] 图4为本发明的数据帧数据库表结构；[0028] 图5为本发明的图像帧数据库表结构。具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0030] 请参阅图1‑2，本发明提供一种技术方案：一种用于显控系统延时特性测试的系统，包括以下内容：包括总控模块、时间同步模块、图像采集模块、总线数据采集模块、数据存储模块、延时特性分析模块；[0031] 所述总控模块用于对系统中其他模块进行总体协调和控制；[0032] 所述时间同步模块用于为系统中其他模块提供时间同步信息；[0033] 所述图像采集模块用于拍摄被测显控系统的显示画面，并将拍摄的画面发送至数据存储模块；[0034] 所述总线数据采集模块用于采集被测显控系统各个监测点的总线数据，并将采集到的数据发送至数据存储模块；[0035] 所述数据存储模块用于接收并存储数据采集模块和总线数据采集模块采集的各类数据，并提供给延时特性分析模块用于后续的分析和处理；[0036] 所述延时特性分析模块用于分析和处理在数据存储模块中保存的图像数据和总线数据，并输出被测显控系统的延时特性测试结果。[0037] 其中，所述总控模块运行与PC之上，延时特性分析模块、数据存储模块、总线数据采集模块、图像采集模块分别运行在独立的高性能工作站上，上述各模块之间通过高速以太网进行数据交换，如图2所示。[0038] 其中，所述时间同步模块完成整个系统信号采集的时间同步，保证所有数据采集都在一个时间基准下完成，采用IRIG‑B协议为时间同步标准，它包含GPS天线、授时卡、IRIG‑B码分配器，如图2所示。[0039] 其中，所述图像采集模块系统，包括镜头、高速相机、磁盘阵列和图像处理器，主要实现图像拍摄、图像保存，并提供数据延时特性分析模块进行图像分析处理。[0040] 其中，所述总线数据采集模块主要实现Arinc825数据采集监控、Arinc664数据采集和TAP功能、Arinc429数据采集，离散量数据采集。[0041] 其中，所述数据存储模块用于保存总线数据采集模块采集到的总线数据以及图像采集模块采集到的图像数据，并为延时特性分析模块提供查询和分析的接口。数据存储模块采用MySQL数据库实现，包括原始数据库、数据帧数据库、图像帧数据库。原始数据库表结构如图3所示，数据帧数据库表结构如图4所示，图像帧数据库表结构如图5所示。[0042] 其中，所述延时特性分析模块包括以下步骤：[0043] S1、分析开始前，由用户在第一个监测点的数据帧结构上标记特征值，并选定一个初始时间t0；[0044] S2、延时特性分析模块从数据存储模块筛选出每个监测点从t0开始采集到的一定数据量的数据帧和图像帧，并按采集时间升序排列；[0045] S3、延时特性分析模块根据特征值在第一个监测点进行特征匹配，找到起始数据帧；[0046] S4、延时特性分析模块根据特征值对后续所有监测点进行特征匹配，找到关联数据帧；[0047] S5、延时特性分析模块根据特征值对拍摄到的图像帧进行特征匹配，找到关联图像帧；[0048] S6、延时特性分析模块根据起始数据帧、关联数据帧以及关联图像帧进行延时特性分析和处理，输出延时特性分析结果。[0049] 其中，所述延时特性分析模块包含一种数据帧识别方法，描述如下：[0050] A.采集数据帧经过处理，进入A664信息处理表、A825信息处理表、A429信息处理表。[0051] B.A664信息处理表处理步骤如下：[0052] a)在初步识别664数据的基础上，首先识别数据帧是原生的A664数据，还是数据转换来自A429、A825。[0053] b)如果数据帧是A664原生数据则需要根据帧识别五元组，识别同一个数据流数据帧信息。即通过数据帧中UDP源端口+IP源地址+MAC目的地址+UDP目的端口+IP目的地址识别数据帧是否来自同一个数据流。[0054] c)然后对采集数据帧进行排序通过SQL语句找出排序前5个帧(根据采集器数量定)，这5个帧就是同一帧数据。[0055] d)如果数据帧是A429转换为664数据帧，需要根据664数据内容在A429信息处理表匹配对应A429信息帧，并将对应的A429帧编号回填到“打包信息编号列表”。[0056] e)如果数据帧是A825数据需要做和A429相同处理。[0057] C.在识别总线数据相同帧A之后，最后一步是识别图像变化时，数据帧如何和图像变化匹配。[0058] a)首先根据图像数据帧映射关系表确定数据帧显示在界面区域信息，根据图像匹配算法找到多个图像中该区域变化时的时戳。[0059] b)对时戳进行排序，找到在总线上采集到同一数据帧时间最大值Tmax。[0060] c)Tmax和图像变化时戳进行比较，找到第一个视频时戳>Tmax的时戳，这个图像帧就是匹配数据帧A的图像信息[0061] D.特殊情况处理[0062] a)ARINC664丢帧：在前面识别出ARINC664相同数据帧的基础上，要对相同数据帧SN号进行比较，SN号相同的才是同一帧数据如果SN号不同说明数据帧在传输过程中有丢帧，需要去掉SN号不同的干扰数据。[0063] b)ARINC429丢帧：ARINC429配置表配置了A429消息包含label号，以及A429数据字如何组装为一个有含义的数据信息。在数据采集板卡上采集到数据信息后，根据配置表配置label信息，判断接收到label号是否存在丢失问题。比如一个消息配置3个label，但是在采集板卡上只采集到2个，则判断为丢包。[0064] c)ARINC825丢帧：ARINC825配置表中为每个消息进行了配置，有对应的消息ID标示和消息的发送周期，在A825板卡采集到数据以后，解析消息ID，并判断消息接收时间是否和上一个相同消息间隔一个周期，如果间隔多余一个周期说明数据存在丢失。[0065] 其中，延时特性分析模块包含一种图像帧差异识别方法，描述如下：[0066] A.定义[0067] 【原帧】：激励之前的静止状态采集的图片帧；[0068] 【变化帧】：由激励引起的图片帧的变化过程中产生的图片帧；[0069] 【结果帧】：由激励引起的图片帧的变化过程完成后的静止状态为结果图片帧；[0070] 【帧区间】：在一个连续时间内，经高速摄像机采集的图片帧集合；[0071] 【最小激励间隔】：源头连续的两次数据激励的最小时间间隔；[0072] 【前帧】：图像算法中用来对比是否相同的两个图片帧的前一帧；[0073] 【后帧】：图像算法中用来对比是否相同的两个图片帧的后一帧；[0074] 【帧间隔】：为了提高计算速度，减少图像识别算法，设定的帧区间，可以用一个数字代替，表示该区间内帧的个数。帧区间的第一个帧为前帧，最后一个帧为后帧。[0075] B.图像分块[0076] 将图片分为100个小图片，分别计算DCT变化并取其中最大的变化作为图像整体变化率记录下来。[0077] C.简化色彩[0078] 将图片转化成灰度图像，简化计算量。[0079] D.计算DCT(离散余弦变换量)[0080] DCT是把图片分解频率聚集和梯状形，根据前帧与后帧中每个像素的灰度值得差的绝对值(mi‑ni)计算图片整体差值，得到DCT。公式如下：[0081] T＝∑abs(mi‑ni)[0082] E.计算平均值[0083] 将DCT的总值除以图片面积(S)，计算DCT的均值[0084][0085] F.对DCT进行滤波[0086] 将所有图片序列的DCT均值记录下来，并对其进行均值滤波，以过滤图像自身的抖动。公式如下所示，其中xi为每张图片的DTC的均值，(n‑i)为图片个数。[0087][0088] G.结果获取[0089] 根据滤波后的图片序列的DCT均值曲线，曲线开始变化时的点为变化帧，曲线结束变化时的点为结果帧。[0090] 本发明通过以上流程配合使用，利用搭建一套测试系统软件和硬件环境，实现对显控系统的网络延时、响应延时、带宽使用率等性能指标的测试及分析，并利用高速摄像设备及图像分析软件实现对显控画面同步的测试和验证，通过分析测试结果，评估是否满足系统设计需求和性能要求的一套验证平台，该性能验证平台的应用为显控系统的集成验证测试提供一整套的软硬件解决方案，解决了显控系统的可测试性难题，大大提高了系统综合验证的进度以及性能测试正确性和完备性。[0091] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：江苏

专利申请日期：2021-01-21

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112904831B