专利名称：动态环境再现的信息处理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，特别是为实现动态环境再现的信息处理系统。
背景技术：
目前，信息技术发展十分迅速，尤以音频、视频技术的发展为典型。在音频技术中多以数字化替代模拟技术，即进行数字化压缩，高保真功放等，在视频技术中应用数字化处理信号，采用了压缩技术，高清晰度显屏或液晶及等离子显屏等技术。通过这些技术的应用，显然是提高了立体音响质量和电视的视显质量。就目前的信息技术应用而言，对动态环境场的描述，主要是以音频、视频技术为主。由于音频、视频技术仅表达了主体对环境变化听觉、视觉的感受，因此，音频、视频技术对主体其它感觉的变化的描述存在严重不足。虽能看到高清晰的视频画面，也能听到高保真功放的立体声，却不能置身于画面的环境动态中，缺乏了行为的参与性。同时，娱乐场所虽也有一些动感装置，其大多是按人为设定的信号指令动作，无仿真感与环境参与感。最新的数字影院技术，虽在瞬时间可将一部电影安全、清晰地传送到世界各地的影院，但这种技术上先进的影院还是没有设置与电影画面同步展开的环境再现或环境仿真技术。另外一些远程工业控制也是设定简单的程序控制方法，而不能对其远程控制目标实现环境动态的全方位控制。到目前为止，在信息技术应用领域中，尚未出现除音频、视频之外，能对环境场的其它动态信息进行处理的技术和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种动态环境再现的信息处理系统，它可将采集来的按时间记录的动态环境信息，如音频、视频及温度、位移、振动等其它动态信息，进行处理分配，以便传送到再现装置，实现对动态环境的再现。
解决上述问题的技术解决方案是所提供的动态环境再现的信息处理系统具有一个CPU中央处理单元，分别与该CPU单元互连的至少一个获得动态环境信息数据的接口单元、显示接口单元、声音接口单元、现场总线接口单元和电源单元；上述的现场总线接口单元维护一条现场总线，与外部的包括音频还原、视频还原在内的各环境动态信息还原执行单元以及监控编辑计算机互联，从而实现控制命令和状态反馈信息的实时传送。
上述动态环境信息数据的接口单元可以有两个，它们是以太网接口单元和海量存贮单元。
海量存贮单元可以是硬盘驱动器和光盘驱动器。
本信息处理系统采用CAN总线与各环境动态信息还原执行单元连接，计算机通过总线向显示还原系统发送视频数据，向音频还原系统发送音频数据，实现影象与声音播放同步进行。与此同时，计算机还通过CAN总线向其它动感还原工作单元发布环境动态信息命令码与参数码，并将各动感还原工作单元通过CAN总线传送到的状态信号进行处理，并不断发布环境动态信息信号，使得任何遵守环境动态信息标准的工作单元均可从CAN总线上得到环境动态信息控制数据，使基本单元按环境动态信息数据工作，共同参与动态环境的再现。
本发明的优点是有效地将音频、视频、环境动态信息技术合而为一，可真实地再现动态环境中的动态动作，有身临其境与强烈的参与感。另外，该项技术可广泛应用于工程远程控制，实现异地控制操作同步动作。
图1是本发明的工作原理框图。
图2A、图2B和图2C是本发明的信息处理程序流程图。
图3是本发明的中断服务程序流程图。
图4是本发明用于环境动态信息还原的原理框图。
图5是与本发明配合的环境动态信息还原执行装置的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示本发明主要包括环境动态信号的处理部分和环境动态的还原信号接口与传输部分。主要由工业计算机硬件和相对应的软件构成。硬件部分包括CPU单元1，显示接口单元2，声音接口单元3，以太网接口单元4，现场总线接口单元5，海量存贮单元6，以及电源单元7。其中海量存贮单元6包括硬盘驱动器和光盘驱动器。
本系统有两种数据来源方式。一是通过单元4的LAN1连接，获得动态环境中的视频、音频和环境动态信息数据。二是通过单元6的硬盘或CD-ROM获得上述数据。
来源之一可以是通过LAN1与监控编辑计算机的直接联结，或是通过LAN1实现与互联网的连接的网上运行模式。
通过此方式不但可以进行播出模式运行，而且可以进行监控模式运行，并可以进行系统调试。
来源之二仅可进行播出模式运行。由于数据在系统内存贮，所以数据存取较来源之一更稳定，尤其适合于播出模式。
单元2、3提供了显示、声音的驱动，该接口使系统可以和外部显示部件及声音放大输出部件相联接。
本系统与辅助视角显示单元的联接采用以太网接口单元4的LAN2、LAN3联接，实现辅助视角视频数据的高速传送到辅助显示单元。
为了实时发布动作命令以及增强系统输出，并使视频、音频、环境动态信息的同步，系统通过单元5的CAN总线接口，维护一条现场总线，各执行单元，辅助显示单元，以及监控编辑计算机均与系统通过该总线互联，从而实现控制命令和状态反馈信息的实时传送。
本系统各部分的配合工作流程如下
系统由LAN1或CD-ROM获得动态环境描述数据，由CPU模块进行处理分配(1)通过显示接口模块驱动显示部件生成主视角画面；(2)通过声音接口模块，驱动声音放大输出部件生成声音；(3)通过以太网接口模块，将数据发送到LAN2、LAN3，由辅助显示单元生成辅助显示画面。(4)通过CAN总线接口模块，将动作命令发送到CAN总线，由执行单元输出环境的变化。
图2A、图2B和图2C给出了本发明的程序流程，其工作原理如下开始启动执行程序，与以太网连接后并与现场总线连接，初始化完成以太网的接口参数及其连接装置和CAN总线及接口器件初始化(100)。在CAN总线上发布查询单元命令(101)，其目的是查寻CAN总线上实际挂接的单元种类和数目，该命令发布后，等待单元的回答，并判断其回答是否有效(102)，若是，则系统读取该单元的参数(103)，并将该单元的种类、型号参数加入单元注册表中(104)。建立单元注册表的目的是为了在系统中建立一个实际存在单元的列表，包括各种参数。注册表中的参数用来在系统再现环境时根据各单元的参数对标准的音频、视频、环境动态信息进行调整，以产生适合于环境中实际单元功能的输出信号。
系统处理一个单元后，继续在CAN总线上发布单元查寻命令，并反复循环。
若是否定形式，那麽就可判断单元的注册是否已经结束(105)。注册若结束，所有的工作单元已经登记；如果不是，说明有的单元没有登记，则过程出错，系统然后转入单元错误处理部分并纠错(106)。
若是单元注册结束，程序按单元注册表分配设备缓冲区(107)，分配设备缓冲区的目的有两个。(1)系统可以对音频、视频和其它环境动态信息综合进行予处理后放入缓冲区。当需要输出时直接从缓冲区读取信号数据，送到各个执行部分，加快了输出速度，使三种信号同时输出，避免各种信号因计算延迟造成的不同步现象。(2)由于在信号的获取和输出之间建立了缓冲区，避免了由以太网或本地存介质的瞬间阻塞或故障造成的数据流不连续，以保证音频、视频、环境动态信息数据流的连续性，这样不仅保证各动态信号的同步输出而且使信号稳定、不失真。
如图2B所示程序进入再现模式和监控模式的判断(108)。若是再现模式，首先判断是否属本地数据模式。若是本地模式，则读取本地存储介质中的数据(109)；若不是本地模式，则等待读取以太网连接LAN1上的数据(110)，然后程序进入数据缓冲处理(111)，并对数据进行分配(112)，分为音频、视频和其它动态信息数据。
视频数据分配程序(113)中将数据分为主视角视频数据和辅助视角视频数据。对于主视角视频数据，首先进行解码(114)，然后写入缓冲区(115)。对于辅助视角数据，首先进行数据分配(116)，分成辅助视角1数据和辅助视角2数据，然后写入缓冲区(117)。目的是保证三个不同视角的信号能够同步显示。程序对音频数据进行分配，解码(118)，并将解码后的音频数据写入缓冲区(119)，保证音频能与视频同步输出。程序对环境动态信息数据分配解码，同时对环境动态信息数据进行分类(120)。因为环境动态信息每一种类的参数的个数和定义都不一样，将其分类后，再利用单元注册表中所登记的单元参数进行单元特性匹配换算(121)，以实现输出的环境动态信息数据和实际的动态变化相符合。所生成的命令字和参数，即以后在CAN总线上传输或发布命令的参数(122)，写入相应的缓冲区(123)，保证环境动态信息与音频、视频同步输出。
在此之后，程序进入缓冲区计数器的维护(124)，其目的是保证缓冲区计数器的值与缓冲区中已放入的数据块的数目相符，从而使进入缓冲区的数据块，在其后由定时中断服务程序输出时按先进先出的原则进行。以上程序反复循环。
如图2C所示若为非再现模式，首先判断是否为监控模式(125)，若不是监控模式，则表明系统内部出错，程序进行模式错误处理(126)。若是监控模式，则要监视以太网连接LAN1，并等待监控命令(127)，同时判断是否收到有效的监控命令(128)。若为否，程序则继续循环等待；若为是，则读取监控命令的数据包(129)，然后进行命令解码，转入以下执行程序。
进入音频测试程序后，首先解包音频测试数据(130)，包括解码处理，然后输出到音频单元(131)。进入视频测试程序，首先判断是否属主视角显示测试(132)，若是则将数据包解包(133)，并进行解码处理，输出到主显示单元(134)。若为否，则判断是否为辅助视角1的测试(135)，若是，则将视频测试数据发送到LAN3(136)，监视LAN3并读取反馈(137)；若为否，则是辅助视角2的显示，将视频测试数据发送到LAN2(138)，监视LAN2，并读取反馈(139)。
进入环境动态信息测试，首先进行环境动态信息命令字分类(140)，并与前述功能一样，还要进行单元特性匹配换算(141)，生成命令和参数(142)发送到CAN总线(143)，监视CAN总线并读取反馈(144)，如此反复循环。
图3给出了本发明的定时中断服务的程序流程。定时中断服务程序的功能是定时将缓冲区中的数据输出到输出单元，从而保证音频、视频和动态环境信号输出的连续性和同步。进入中断服务程序后(150)，首先对设备缓冲区进行校验(151)，目的是防止错误的数据被发送到输出单元。经过校验后，判断校验结果是否正常(152)。若否，则进行缓冲区错误处理后(153)，退出中断；若是正常，则缓冲区数据输出(154)，数据输出相应为音频数据输出到音频单元(155)；辅助视角1视频数据经LAN3发送到辅助视角显示单元1(156)；主视角视频输出到主显示单元(157)；辅助视角2视频数据经LAN2发送到辅助视角显示单元2(158)；动态信息命令字及参数发送到CAN总线(159)。输出完成后，对缓冲区计数器进行维护(160)，缓冲区计数器维护的目的同前所述是为了保证缓冲区计数器的值与缓冲区中已放入的数据块的数目相符，从而使进入缓冲区的数据块，在其后由定时中断服务程序输出时按先进先出的原则进行。之后，退出中断服务程序。
如图4所示当环境信息处理部分获得符合标准的数据时，对其进行处理，合成对应于音频子系统、视频子系统、环境动态信息还原子系统的命令数据，控制三个子系统同步输出实现动态环境的动作再现。同时，在再现过程中，主控器11(即，本发明的信息处理系统，其结构如图1所示)还将根据三个子系统的输出状态的反馈信号协调三个子系统的输出，进而实现动态环境的真实再现。
其中的音频子系统主要由多声道立体功率放大单元12和音箱组单元13组成，对主控器11产生的多通道音频信号进行放大输出，用于生成真实的现场声音效果及模拟再现环境中声源的位置。
其中的视频子系统主要由主显示器件14、辅助显示计算机15、17以及相关的显示器件16、18共同组成。显示器件16、18主要用于在虚拟环境中与主显示器件14呈一定夹角的两个辅助视角进行同步显视，共同描绘主体所处的空间场景。
其中的环境动态信息还原子系统19，由若干个具有独立机械功能，且又有不同等级划分的执行单元共同构成。其通过CAN总线22与主控器11以及若干执行单元的连接，将不同种类，并含有环境动态信息的信号和相应的参数传输给执行单元。驱动执行单元完成动作并进行反馈修订。
其中的编辑、监控、反馈子系统，由编辑监控计算机20和用户控制面板21(UCP)组成，并由以太网联接线(LAN1)23与主控器11连接，通过主控器11相对应的上述软件完成动态环境信息CD-ROM的编辑与制作，并且可通过CAN总线22监控系统的运作状态，并实现由用户通过编辑监控计算机20操作系统各部分。
图5给出了机械运动的动态环境还原装置。它是由各自具有独立机械功能的四层机械装置所组成，按其机械功能分为转动装置，升降、倾斜装置、振动装置和移动装置四部分。通过四个机械装置的组合，完成整体机构控制所需要的转动、升降、倾斜、振动及移动的环境动态动作程序中的任一动作或任意几个动作的复合动作。
其中的转动装置是由变频器和电动机组成的变频调速系统31、齿轮传动机构32、转动工作台33及转轴34组成。环境动态信息信号通过控制变频调速来控制转动工作台33的转动速率，齿轮传动机构32带动转动工作台33完成转动动作。
其中的升降、倾斜装置是由在转动工作台上各呈120度夹角均布的三个电推杆41与升降、倾斜工作台42组成。电推杆41的后端固定于转动工作台33上，其前端通过球铰链与升降、倾斜工作台42的下表面连接。环境动态信息信号通过控制伺服电机43使电推杆41的活动推杆上、下运动，完成升降、倾斜动作或与转动工作台33一同动作，完成升降、倾斜、转动各动作及其复合动作。
其中的振动装置是由三套变频调速、凸轮机构51与振动工作台52组成，变频调速、凸轮机构51各呈120度夹角均布在升降、倾斜工作台42与振动工作台52之间，其中变频器、电动机53固定于升降、倾斜工作台42上，凸轮机构固定在电动机轴与振动工作台52下表面之间。环境动态信息信号通过控制变频调速与凸轮机构51产生不同的振动环境动态信息率，实现振动动作。
其中的移动装置是由两个在水平方向上互成90度的电推杆61，与移动工作台62组成。电推杆61的后端销轴式固定于振动工作台52上，其前端亦销轴式固定于移动工作台62上。环境动态信息信号通过控制电推杆61使均布在振动工作台52和移动工作台62之间的滚珠63在平面任意方向上自由滚动，完成前后、左右或平面任意方向上的移动动作。
在移动工作台62上装有三个显示屏64和气囊65，对应于每个主体位置66均设置六个气囊。其中三个显示屏64分别置于主体位置66的前方、左方和右方。六个气囊65分别置于各主体位置的前后、左右方向。显示屏的信号由复合信号控制同步显示画面，气囊65的充气、放气是由环境动态信息信号控制压缩空气气源67在不同的方位完成对主体位置物体的挤压动作。
以上各装置的驱动电机由PLC可编程序控制器控制。它由CPU模块，电源模块和五个位置控制模块及两个I/O模块组成。由CAN总线送入的环境动态信息信号，经PLC处理，分三路输出，一路是由五个位置模块输出脉冲信号，并送入伺服放大器部分，用于控制升降、倾斜、侧行、前后行的动作。另一路由RS-422/485通讯接口送入变频部分，用于控制转动，振动动作。第三路由PLC的I/O输出模块输出控制信号到气阀，用于控制气囊完成挤压动作。
综上所述，当由主体位置看到的显示屏上显示的某一动态环境中的动态画面时，与其动态画面所同时产生的动态动作，经信号采集后，由本发明的信息处理系统处理后产生环境动态信息的还原信号，控制还原装置的各个执行机构，完成与显示屏动态画面同步的动态动作。
权利要求
1.一种动态环境再现的信息处理系统，其特征是具有一个CPU中央处理单元(1)，分别与该CPU单元(1)互连的至少一个获得动态环境信息数据的接口单元(4、6)、显示接口单元(2)、声音接口单元(3)、现场总线接口单元(5)和电源单元(7)，上述的现场总线接口单元(5)维护一条现场总线，与外部的包括音频还原、视频还原在内的各环境动态信息还原执行单元，以及监控编辑计算机互联。
2.如权利要求1所述的动态环境再现的信息处理系统，其特征是获得动态环境信息数据的接口单元(4、6)有两个，它们是以太网接口单元(4)和海量存贮单元(6)。
3.如权利要求2所述的动态环境再现的信息处理系统，其特征是海量存贮单元(6)包括硬盘驱动器和光盘驱动器。
全文摘要
本发明涉及一种为实现动态环境再现的信息处理系统。它具有一个CPU中央处理单元，分别与该CPU单元互连的至少一个获得动态环境信息数据的接口单元、显示接口单元、声音接口单元、现场总线接口单元和电源单元；上述的现场总线接口单元维护一条现场总线，与外部的包括音频还原、视频还原在内的各环境动态信息还原执行单元以及监控编辑计算机互联，从而实现控制命令和状态反馈信息的实时传送，以便真实地同步再现环境中的视频、音频及其它动态动作。
文档编号G06F13/14GK1475925SQ0213935
公开日2004年2月18日 申请日期2002年8月14日 优先权日2002年8月14日
发明者杜庆松, 穆剑权, 樊景龙, 于西平 申请人:西安蓝智舟科技发展有限责任公司, 西安聚缘自动化设备工程有限公司