专利名称：同步记录场景的数据通信分析系统及其实现方法
技术领域：
本发明属于视频录制和数据通信技术领域，尤其涉及一种场景和通信数 据同步记录的系统和方法。
背景技术：
数据通信广泛应用于自动控制、通讯、办公设备、医疗设备、实验设备 等领域，而这些领域的设备接口研发、设备应用、设备调试和维护等工作， 都离不开对数据通信协议的监测和分析。而只有将数据通信发生时的通信数 据流和发生数据通信的场景结合起来，才可能快速、准确、有效地进行数据 通信协议的分析，从而分析出数据流发生的条件、格式以及设备相应的表现。 如操作人员在操作平台上进行何种操作后由发送设备发出的数据块对应何 种数据格式和数据信息，接收设备在接收到数据后进行了何种操作，表现是 什么。分析人员结合当时发生的场景情况和数据流就能准确地分析出数据流 的结构、格式、数值，从而更好地进行调试、维护等工作。目前的数据通信 协议分析仪等设备只能进行数据流的记录和己知数据格式的分析，无法对当 时场景进行记录，这使得分析人员在面对大量数据流的同时必须努力回想数 据流发生时刻的场景，增加了分析人员的工作负荷，使分析人员不能将全部 精力投入到真正的数据分析中去，是一种低效的工作方式。因此，在数据通 信分析领域需要一种既能记录分析通信数据，同时还能同步记录场景的系统
发明内容
200910080608.9 本发明的目的在于，提供一种同步记录场景的数据通信分析系统及其实现 方法，通过通信接口监听和电平转换器采集通信数据，通过摄像头采集场景图 像数据，利用计算机进行通信数据流的记录和分析以及场景图像的存储，在人 员分析通信协议时，可以进行通信数据和场景图像的同步回放。
本发明的技术方案是， 一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是 所述系统包括通信接口监听和电平转换器100、第三数据通信接口 200、摄像
机500、图像采集卡600、场景记录数据通信协议分析系统700和计算机SOO; 其中，
通信接口监听和电平转换器100分别与第一待测设备300和第二待测设备 400连接，用于将第一待测设备300和第二待测设备400的之间的通信数据流 截获下来，并且不影响两个通信设备的正常通信；
第三数据通信接口 200与通信接口监听和电平转换器100连接，将通信接 口监听和电平转换器100截获的数据流电平变换成计算机能够接收的数据通信 接口电平后，送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和分析；
摄像机500通过视频信号线连接到图像采集卡600上，并通过图像采集卡 600，将记录的场景图像送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和 存储；
场景记录数据通信协议分析系统700根据设置的要求，将第三数据通信接 口 200采集到的数据流和图像采集卡600采集到的视频图像流记录存储在计算 机中；在分析时，同步回放通信数据流信息和场景的视频图像流信息；
数据通信接口 200、图像采集卡600和场景记录数据通信协议分析系统700 安装在计算机800中。
所述场景包括人员对第一待测设备300和第二待测设备400的操作过禾呈； 第- -待测设备300和第二待测设备400信息或数据的显示、指示灯的显示和i殳 备的动作表现。
6所述第一待测设备300包括第一数据通信接口 3001，具有接收或发送数据功能。
所述第二待测设备400包括第二数据通信接口 4001 ，具有接收或发送数据 功能。
所述第三数据通信接口 200采用RS232接口或RS485接口 。
所述通信接口监听和电平转换器100包括第一通信接口插座1001，第二通 信接口插座1002，输出通信接口插座1003，通信接口电平转换元件1004;
第一通信接口插座1001连接到第一待测设备300的第一数据通信接口 3001;同时与第二通信接口插座1002和通信接口电平转换元件1004连接；第 一通信接口插座1001收到第一待测设备300的数据通信信息后，送到第二通 信接口插座1002和通信接口电平转换元件1004，再由第二通信接口插座1002 继续将通信信息送到第二待测设备400;
第二通信接口插座1002连接到第二待测设备400的第二数据通信接口 4001;同时与第一通信接口插座1001和通信接口电平转换元件1004连接；第 二通信接口插座1002收到第二待测设备400的数据通信信息后，送到第一通 信接口插座1001和通信接口电平转换元件1004，由第一通信接口插座1001 继续将通信信息送到第一待测设备300;
通信接口电平转换元件1004与输出通信接口插座1003连接；
输出通信接口插座1003与第三数据通信接口 200连接，用于将通信接口 电平转换元件1004转换的数据通信信息电平送入计算机800。
一种同步记录场景的数据通信分析实现方法，其特征是所述方法包括下歹U 步骤
步骤l:设置通信参数、视频源参数、图像滞后参数和显示方式； 步骤2:按照设置的通信参数接收通信数据，同时按照设置的视频源参数 采集视频图像；步骤3:将接收到的通信数据存储到通信数据文件中；
步骤4:将采集到的视频图像流存储在视频文件中，并存储与通信数据同 步的时标文件；
步骤5:按照设置的图像滞后参数和显示方式，由数据、场景图像同步控 制播放数据流和场景视频流。
所述通信数据文件的后缀为TXT，其格式为 记录开始以来的时刻1通信数据1 记录开始以来的时刻2通信数据2 记录开始以来的时刻3通信数据3
记录开始以来的时间n通信数据n。
所述视频文件的后缀为AVI，其格式为标准的视频压縮AVI文件格式。 所述时标文件的后缀为TIM，其格式为
记录第一帧图像的时刻1+空格+记录第二帧图像的时刻2+空格+记录第三 帧图像的时刻3+空格+记录第四帧图像的时刻4+空格+……+记录第11帧图像的 时刻n。
本发明的效果在于，同步记录场景的数据通信分析系统及其实现方法，能 够实时记录和存储两个设备之间数据通信信息流和设备的场景视频流；具有场 景视频流和数据通信信息流同步控制功能，能够将由于采集卡产生的视频记录 延迟进行补偿，使场景视频流和数据通信信息流保持同步，从而保证分析人员 能够结合当时发生的场景情况和数据流，准确地分析出数据流的结构、格式、 数值，进而更好地进行系统和设备的调试、维护工作。
图l为本发明的结构示意图。图2为本发明的通信接口监听和电平转换器原理图。
图3为本发明的同步记录场景的数据通信分析实现方法的原理图。
具体实施例方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅 仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图l为本发明的结构示意图。图1中，本发明提供的同步记录场景的数据
通信分析系统包括通信接口监听和电平转换器100、第三数据通信接口 200、 摄像机500、图像采集卡600、场景记录数据通信协议分析系统700和计算机 ■。
其中，通信接口监听和电平转换器100分别与第一待测设备300和第二待 测设备400连接，用于将第一待测设备300和第二待测设备400的之间的通信 数据流截获下来，并且不影响两个通信设备的正常通信。
第三数据通信接口 200与通信接口监听和电平转换器100连接，将通信接 口监听和电平转换器IOO截获的数据流电平变换成计算机能够接收的数据通信 接口电平后，送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和分析。
摄像机500通过视频信号线连接到图像采集卡600上，并通过图像采集卡 600，将记录的场景图像送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和 存储。其中的场景包括人员对第一待测设备300和第二待测设备400的操作 过程；第一待测设备300和第二待测设备400信息或数据的显示、指示灯的显 示和设备的动作表现。第一待测设备300包括第一数据通信接口 3001，具有接 收或发送数据功能。第二待测设备400包括第二数据通信接口 4001，具有接收 或发送数据功能。
场景记录数据通信协议分析系统700根据设置的要求，将第三数据通信接 口 200采集到的数据流和图像釆集卡600采集到的视频图像流记录存储在计算机中；在分析时，同步回放通信数据流信息和场景的视频图像流信息。
数据通信接口 200、图像采集卡600和场景记录数据通信协议分析系统 700安装在计算机800中。
图2为本发明的通信接口监听和电平转换器原理图。图2中，通信接口监 听和电平转换器100包括第一通信接口插座1001，第二通信接口插座1002， 输出通信接口插座1003，通信接口电平转换元件1004。
第一通信接口插座1001连接到第一待测设备300的第一数据通信接口 3001;同时与第二通信接口插座1002和通信接口电平转换元件1004连接；第 一通信接口插座1001收到第一待测设备300的数据通信信息后，送到第—通 信接口插座1002和通信接口电平转换元件1004，再由第二通信接口插座1002 继续将通信信息送到第二待测设备400。
第二通信接口插座1002连接到第二待测设备400的第二数据通信接口 4001;同时与第一通信接口插座1001和通信接口电平转换元件1004连接；第 二通信接口插座1002收到第二待测设备400的数据通信信息后，送到第一通 信接口插座1001和通信接口电平转换元件1004，由第一通信接口插座1001 继续将通信信息送到第一待测设备300。
通信接口电平转换元件1004与输出通信接口插座1003连接。
输出通信接口插座1003与第三数据通信接口 200连接，用于将通信接口 电平转换元件1004转换的数据通信信息电平送入计算机800。
图3为本发明的同步记录场景的数据通信分析实现方法的原理图。图3 中，通信设置、视频设置、显示设置和图像滞后设置实现步骤1中各个参数 的设置。其中，通信设置的内容包括定义好数据的端口号、波特率、数据 位数、校验位、停止位等设置；视频设置的内容包括选择一个可用的视频 源和视频记录的帧率；显示方式的设置包括选择数据流以文本方式还是以 十六进制方式显示；图像滞后的设置包括设置图像滞后于数据的时间，i殳
10置以多少个数据字符时间长度的空闲作为数据换行的条件。
进行图像滞后的设置方法是，设置图像滞后于数据的时间，设置以多少 个数据字符时间长度的空闲作为数据换行的条件。由于计算机采集和存储图 像所花费的时间要比计算机接收数据的时间要长，因此通常计算机在接收和 存储通信数据一段时间后，才能采集和存储到接收数据时的图像，即图像的 采集和存储总是滞后于通信数据接收。软件在不同型号的计算机上运行，其 滞后的时间也不同。由用户设置图像滞后于数据的时间，这样在进行通信数 据和图像存储时，就可以把两者同步起来。
场景记录数据通信协议分析系统在接收到一个设备的通信数据后，将它 显示在计算机的屏幕上，然后在接收到另一个设备的通信数据后，应新起一 个段落显示该设备发送的数据，否则两个设备发送的数据在显示时就会连在 一起，用户就不能分辨出数据是由两个设备发出的。通常情况下， 一个设备 在发送了数据后，间隔一定的时间，另一个设备才会发出数据。因此系统如 果发现数据流之间有一个长的时间间隔，就可以认为这个时间间隔的前后是 两个设备发送的数据。本系统判断时间间隔采用的方法是假设设定n个字 符通信的时间为数据换行的条件，如果此时数据通信的波特率是1200bit/s， 则间隔时间T=nxl0xl/1200，如果两个数据流之间的时间间隔大于T，则认 为这两个数据流是发自不同的两个设备，那么在显示通信数据时当显示了第 一个数据流后，重新起一段落显示第二个数据流。如果两个数据流之间的时 间间隔小于或者等于T，则认为两个数据流是同一个数据流，在一个段落内 顺序显示。之所以使用以发送字符数量的时间作为判断的条件是因为在不同 的波特率下，间隔时间不同。
数据采集和图像采集实现步骤2，即按照设置的通信参数接收通信数据， 同时按照设置的视频源参数采集视频图像。
数据存储和图像存储分别实现步骤3和步骤4，即将接收到的通信数据存
11储到文件中；并将采集到的视频图像流存储在视频文件中，并存储与通信数据 同步的时标文件。系统在进行记录和分析时会产生三个文件，存储在当前系统 内，三个文件分别是
(1) 视频文件，后缀为AVI，其格式为标准的视频压縮AVI文件格式；
(2) 通信数据文件，后缀为TXT，其格式为 记录开始以来的时刻l通信数据l 记录开始以来的时刻2通信数据2 记录开始以来的时刻3通信数据3
记录开始以来的时间n通信数据n (3)时标文件，后缀为TIM，其格式为-
记录第一帧图像的时刻1+空格+记录第二帧图像的时刻2+空格+记录 第三帧图像的时刻3+空格+记录第四帧图像的时刻4+空格+……+记 录第n帧图像的时刻n 这三个文件用于图像和通信数据重新播放功能。当播放AVI文件的1帧图 像时，系统将比较该帧图像的时刻(从TIM时标文件中得到)与TXT通信数 据文件的数据记录时刻进行比较，当两个时刻匹配时，则说明在记录了该帧图 像和该通信数据同时发生，从而实现通信数据与视频数据的关联。
数据、场景图像控制，通信数据记录回放和视频回放实现歩骤5，即按照 设置的图像滞后参数和显示方式，由数据、场景图像同步控制播放数据流和场 景视频流。播放功能包括实时显示和回放；其中，实时显示包括实时显示数据 通信信息流和场景视频流；回放包括连续回放场景视频流和数据通信信息流、 暂停回放场景视频流和数据通信信息流、场景视频流和数据通信信息流倒带、 由数据通信信息流定位视频场景等功能。
本发明提供的同步记录场景的数据通信分析系统及其实现方法，能够实时记录存储两个设备间数据通信信息流和设备的场景视频流；实时显示数据通信 信息流和场景视频流；同时，场景视频流和数据通信信息流同步控制功能，能
够将由于采集卡产生的视频记录延迟进行补偿，使场景视频流和数据通信信息 流保持同步。本发明能够使分析人员同时对数据流和视频流进行分析，对分析 人员进行数据通信协议分析工作提供了非常有效的辅助手段。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可 轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1. 一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是所述系统包括通信接口监听和电平转换器100、第三数据通信接口200、摄像机500、图像采集卡600、场景记录数据通信协议分析系统700和计算机800；其中，通信接口监听和电平转换器100分别与第一待测设备300和第二待测设备400连接，用于将第一待测设备300和第二待测设备400的之间的通信数据流截获下来，并且不影响两个通信设备的正常通信；第三数据通信接口200与通信接口监听和电平转换器100连接，将通信接口监听和电平转换器100截获的数据流电平变换成计算机能够接收的数据通信接口电平后，送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和分析；摄像机500通过视频信号线连接到图像采集卡600上，并通过图像采集卡600，将记录的场景图像送入场景记录数据通信协议分析系统700进行处理和存储；场景记录数据通信协议分析系统700根据设置的要求，将第三数据通信接口200采集到的数据流和图像采集卡600采集到的视频图像流记录存储在计算机中；在分析时，同步回放通信数据流信息和场景的视频图像流信息；数据通信接口200、图像采集卡600和场景记录数据通信协议分析系统700安装在计算机800中。
2. 根据权利要求1所述的一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是 所述场景包括人员对第一待测设备300和第二待测设备400的操作过程；第一待 测设备300和第二待测设备400信息或数据的显示、指示灯的显示和设备的动作 表现。
3. 根据权利要求1所述的一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是所述第一待测设备300包括第一数据通信接口 3001，具有接收或发送数据功能。
4. 根据权利要求1所述的一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是 所述第二待测设备400包括第二数据通信接口 4001，具有接收或发送数据功能。
5. 根据权利要求1所述的一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是 所述第三数据通信接口 200采用RS232接口或RS485接口 。
6. 根据权利要求1所述的一种同步记录场景的数据通信分析系统，其特征是 所述通信接口监听和电平转换器IOO包括第一通信接口插座IOOI，第二通信接口 插座1002，输出通信接口插座1003，通信接口电平转换元件1004;其中，第一通信接口插座1001连接到第一待测设备300的第一数据通信接口 3001; 同时与第二通信接口插座1002和通信接口电平转换元件1004连接；第一通信接 口插座1001收到第一待测设备300的数据通信信息后，送到第二通信接口插座 1002和通信接口电平转换元件1004，再由第二通信接口插座1002继续将通信信 息送到第二待测设备400;第二通信接口插座1002连接到第二待测设备400的第二数据通信接口 4001; 同时与第一通信接口插座1001和通信接口电平转换元件1004连接；第二通信接 口插座1002收到第二待测设备400的数据通信信息后，送到第一通信接口插座 1001和通信接口电平转换元件1004,由第一通信接口插座1001继续将通信{言息 送到第-待测设备300;通信接口电平转换元件1004与输出通信接口插座1003连接；输出通信接口插座1003与第三数据通信接口 200连接，用于将通信接口电 平转换元件1004转换的数据通信信息电平送入计算机800。
7. —种同步记录场景的数据通信分析实现方法，其特征是所述方法包括下列步骤步骤l:设置通信参数、视频源参数、图像滞后参数和显示方式；步骤2:按照设置的通信参数接收通信数据，同时按照设置的视频源参数采集视频图像；步骤3:将接收到的通信数据存储到通信数据文件中；步骤4:将采集到的视频图像流存储到视频文件中，并存储与通信数据同步 的时标文件；步骤5:按照设置的图像滞后参数和显示方式，由数据、场景图像同步控制 播放数据流和场景视频流。
8.根据权利要求7所述的一种同步记录场景的数据通信分析实现方法，其特 征是所述通信数据文件的后缀为TXT，其格式为记录开始以来的时刻l通信数据l记录开始以来的时刻2通信数据2记录开始以来的时刻3通信数据3记录开始以来的时间n通信数据n 。
9. 根据权利要求7所述的一种同歩记录场景的数据通信分析实现方法，其特 征是所述视频文件的后缀为AVI，其格式为标准的视频压缩AVI文件格式。
10. 根据权利要求7所述的--种同步记录场景的数据通信分析实现方法，其 特征是所述时标文件的后缀为TIM，其格式为记录第一帧图像的时刻1+空格+记录第二帧图像的时刻2+空格+记录第三帧 图像的时刻3+空格+记录第四帧图像的时刻4+空格+……+记录第n帧图像的时刻 n0
全文摘要
本发明公开了视频录制和数据通信技术领域中的一种场景和通信数据同步记录的系统和方法。技术方案是，所述系统包括通信接口监听和电平转换器100、第三数据通信接口200、摄像机500、图像采集卡600、场景记录数据通信协议分析系统700和计算机800；通信接口监听和电平转换器100用于截获数据信息，摄像机500用于采集设备状态视频信息；而后将数据和视频分别通过第三数据通信接口200和图像采集卡600送入计算机800的场景记录数据通信协议分析系统700；所述方法在采集并存储通信数据和视频数据的基础上，通过记录延迟补偿实现数据、场景图像同步控制功能。本发明为分析人员的分析工作提供了有效的辅助手段。
文档编号H04L12/26GK101521605SQ200910080608
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者李居朋, 王昌利, 郝晓莉, 陈后金 申请人:北京交通大学