一种无线音频同步系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于运动影响分析领域，尤其涉及一种无线音频同步系统。
【背景技术】
[0002]三维运动影像分析早已被广泛使用在运动生物力学的研宄工作中了。在实际测量中，需要从两个或两个以上的不同视角的摄像机的图像中测量出被测物体的二维坐标，然后用直接线性转换(DLT)的方法重建三维运动学数据，即使用DLT将从多台摄像机得到的二维坐标转换为三维坐标。在三维运动影像的测量过程中，保证测量精度、控制误差是非常重要的。在实际测试中，有两部份工作对提高精度、减少误差是起关键作用的，即:
[0003](I)时间同步:不同拍摄角度的运动图像在时间上是同步的；
[0004](2)空间标定:获得准确的图像与实际空间在数学上的对应关系；
[0005]通过对国内外目前在使用多台摄像机进行三维录像解析的同步方法进行了解和总结，主要分为以下方法:
[0006](I)同步采集:
[0007]同步采集是将具有同步功能的摄像机(如:工业摄像机、专用摄像机及一些专业摄像机)连接起来，以其中一台摄像机为主，同步控制其余的摄像机采集图像采集，实现不同摄像机所采集图像之间的同步，这种同步方法具有很高的同步精度(由系统硬件实时控制，通常精度可达微秒量级)。
[0008]通常同步采集在测试中所使用的摄像机必须同步，以确保各摄像机所记录的图像之间没有时间差，这样在使用DLT将从多台摄像机所拍摄图像中分别获得的二维坐标转换为三维空间坐标时，避免时间差引起的测量误差。但在测试现场同步摄像机有许多困难，首先是需要摄像机具有同步功能，然后需要许多长电缆连接摄像机。然而目前在国内大量使用的普通便携手持摄像机不具备同步功能，即便使用带同步功能的摄像机，在测试现场(通常为比赛或训练现场)铺设很长的同步电缆线(有时甚至需要穿越跑道)也是不现实的。
[0009](2)非同步采集:
[0010]使用不具备同步功能的普通便携手持摄像机，也就是不同步的摄像机捕捉运动图像以进行DLT三维运动分析，在拍摄现场并不需要额外的显示器和电源，非常方便、省时、省力。但是不同步的图像会带来在时间上不同步的数据，目前常用的一些减少时间差的方法是:使用额外的灯光同步或录像中的特殊事件同步，这些方法虽然简单方便，但同步的精度较差。
[0011]下面的例子就是本课题组成员通过实验来分析、计算由不同时间同步误差在经过DLT的计算后，造成三维运动学解析数据误差的研宄。通过对自由落体和铁饼投掷的测量，再使用PEAK MOTUS运动分析系统计算的坐标和速度数据进行讨论。首先的例子是自由落体，摄像机的光轴垂直于运动方向，然后再用铁饼的数据作为实际的例子进行讨论。
[0012]假设所有摄像机拍摄的速度差是很小的、可以忽略，从而摄像机的图像之间的时间差是恒定的。首先记录由三个同步摄像机的视频图像，然后将一个或两个摄像机的原始二维坐标在时域中移位、超前或滞后，以模拟摄像机中的图像的时间差。然后将移位后的二维数据通过DLT和Butterworth滤波器计算后，获得三维数据，最后比较时移数据与原始同步数据，计算出同步误差。
[0013]上面自由落体和投掷铁饼的研宄结果表明，在使用三台未同步的摄像机进行三维录像解析且摄像机之间的时间差不超过0.01秒时，由图像的不同步造成被测物体三维坐标的误差DX，DY和DZ小于0.1米，DV/ V为约10%。尽管非同步的家用手持摄像机会带来同步误差，但由于价格便宜、使用方便，它们目前还是被广泛的应用在三维录像解析中。研宄表明可以用实验的方法事先对由不同步图像造成的测量误差进行评估，而且可以通过下列方法进行控制:(1)尽量减小光轴垂直于运动方向的摄像机的时间误差；(2)使用第三台(多台)摄像机；(3)选择同步事件来控制摄像机的图像之间的时间差。本实用新型的这部分研宄就是要针对使用多台非同步摄像机进行三维录像解析时造成的同步误差，研发出进一步控制和减小这种误差的方法和仪器设备。
[0014]目前国内绝大多数在比赛和训练现场采集用于三维解析的录像时，采用的是非同步采集方法中的最接近近画面近似法，即不同摄像机用这种方法采集的原始图像不是同步的，但在图像采集的同时，使用采用闪光或其他特殊事件作为多台摄像机的同步信号，用来查找不同摄像机的录像中最接近同步事件的画面。
[0015]图1给出了非同步摄像机录像画面及时间关系，这里:T是录像采集周期(频率=1/T)、DT是单幅画面采集时间、Dt是同步误差。使用方法(I)采集的录像画面Dt很小、基本可以忽略不计，而使用方法(3)采集的录像画面时非同步的，在图像处理时只能根据画面中的同步事件找到各录像画面序列中最接近同步时间发生时刻的画面，使同步误差Dt小于图像采集周期。以常用的、采集周期为20毫秒(频率为50幅/秒)的摄像机为例，这时只能将同步误差控制在20毫秒以内(10毫秒左右)。
[0016]非同步采集方法的另外一种方法为插值同步修正法，即不同摄像机用这种方法采集的原始图像不是同步的，但在图像采集的同时，使用图像以外的媒介来准确记录同步信息，然后在进行数据处理时，首先将采集的图像和记录的同步信息放在同一个时间坐标系中，用数据插值的方法，修正和提高时间同步的精度，减少同步误差。这种方法的同步精度可达毫秒或亚毫秒量级。
[0017]但是采用哪种媒介信息进行同步；如何使同步信息与原始图像结合；如何确保各摄像机上的同步信息装置同时发出同步信息信号；如何得到更精确的同步结果；如何将同步信息装置小型化、便捷化；如何增加同步摄像机的数量、同步摄像的场地范围有限、同步成本高等，一直是本领域存在的难题。
【实用新型内容】
[0018]为解决上述问题本实用新型提供了一种无线音频同步系统。能提高目前常用测试方法的同步精度I个数量级左右:从10毫秒量级到I毫秒量级；装置体积小、使用方便；同步摄像的范围大，可用于同步摄像的摄像机数量不限。
[0019]为达到上述技术效果，本实用新型的技术方案是:
[0020]一种无线音频同步系统，包括同步发射器和同步接收器，
[0021]所述同步发射器内部设有产生射频信号的射频发生模块，射频发生模块产生的射频信号经射频发射模块，传递到将射频信号转化为数字信号的数字信号发生模块；数字信号经同步发射器内的叠加模块载波调制和放大后，形成发射信号，发射信号经发射天线发送到同步接收器；所述同步发射器外部设有发射器开关；
[0022]所述同步接收器外部设置有接收发射信号的接收天线；发射信号被接收天线接收放大后，经接收模块传至数字解码模块；发射信号被数字解码模块进行信号解调和数字信号辨别后转化为音频信号，音频信号经音频发生模块进行音频信号选择后，经音频信号输出模块传至外接MIC。
[0023]进一步的改进，所述发射器开关为两个，分别为低频开关和高频开关。启动不同的开关时所产生音频信号频率不同。
[0024]进一步的改进，所述发射信号的频率为315MHz，低频开关启动时音频信号频率为1000Hz，高频开关启动时音频信号频率为2000Hz。
[0025]进一步的改进，所述同步发射器和同步接收器均设有电源。
[0026]本实用新型的优点:
[0027](I)同步精度提高显著。提高目前常用测试方法的同步精度I个数量级左右:从10晕秒量级到I _秒量级；
[0028](2)实用性强。对国内目前普遍应用的三维录像解析方法、软硬件基本没有改变；
[0029](3)成本低。量产后的音频同步系统成本低，改进/升级现有系统的费用小；
[0030](4)易于推广使用。由于是直接针对目前国内现场测试方法所存在的问题设计的解决方案，加上上述优点，适于推广。
【附图说明】
[0031]图1非同步摄像机录像画面及时间关系不意图；
[0032]图2实施例1的结构示意图；
[0033]图3无线音频同步系