某軍用機(jī)場高速攝像測量設(shè)備升級改造研究

摘 要：某軍用機(jī)場高速攝像測量設(shè)備擔(dān)負(fù)著對某型飛機(jī)著陸過程中的拍攝任務(wù)，并將視頻影像作為圖像序列存儲起來，以便在后續(xù)訓(xùn)練中隨機(jī)查看當(dāng)天某架次某航次飛機(jī)著陸過程中的飛行情況，為技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出飛機(jī)的姿態(tài)和運(yùn)動參數(shù)提供原始數(shù)據(jù)。但該型高速攝像測量設(shè)備中的FLASH存儲陣列壽命有限，導(dǎo)致時常發(fā)生存儲視頻速度慢、丟幀的現(xiàn)象，本文提出大內(nèi)存循環(huán)存儲的方式來根本解決存儲速度慢、丟幀現(xiàn)象的發(fā)生，保證設(shè)備在后續(xù)訓(xùn)練中能夠正常運(yùn)行，為某型飛機(jī)的試驗和訓(xùn)練提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：丟幀；大內(nèi)存循環(huán)存儲；轉(zhuǎn)儲命令

中圖分類號：TP393-4

1 分析該型設(shè)備初期設(shè)計

高速攝像測量設(shè)備包括攝像單元、采圖處理工作站、攝像測量處理軟件。其中：每套采圖處理工作站都包含高速圖像實時存儲器。圖像實時存儲器在系統(tǒng)設(shè)計時提出的指標(biāo)要求一次能實時存儲5分鐘以上的高速攝像機(jī)圖像。

高速攝像機(jī)分辨率：1280×1024×8bit，幀頻：500幀/s

實時存儲器速度要求：1280×1024×500=650MB/s

實時存儲器容量要求：650×60×5=192GB

計算機(jī)內(nèi)存的存取速度能達(dá)到要求，但容量達(dá)不到要求；計算機(jī)硬盤容量能達(dá)到要求，但速度達(dá)不到要求。既能到達(dá)容量要求，又能達(dá)到速度要求的存儲介質(zhì)有硬盤陣列和Flash陣列。硬盤陣列體積龐大且價格較貴使用不方便，抗沖擊、抗震能力弱。因此最后采用了192GB的Flash存儲陣列作為存儲器，F(xiàn)LASH存儲器是電擦除可編程只讀存儲器，有很高的存儲速度，易于擦除和重寫，可以直接裝在計算機(jī)機(jī)箱中且價格適中。

其中圖像存儲硬件框圖如圖1：

剛開始試驗時，為了確保獲得試驗數(shù)據(jù)，在指揮員發(fā)出準(zhǔn)備著陸指令時即開始記錄，到著陸后停止，這之間長達(dá)數(shù)分鐘；早期試驗時，采圖處理工作站放在跑道旁的地坑中，環(huán)境條件惡劣，硬盤陣列很難可靠工作。只有Flash陣列比較能適應(yīng)。這就是現(xiàn)在該型高速攝像測量的設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，從現(xiàn)在使用的情況來看，早期的設(shè)計是正確的。

2 分析大內(nèi)存循環(huán)存儲方式

然而，隨著試驗的進(jìn)行，高速攝像測量設(shè)備出現(xiàn)存儲速度變慢、丟幀的現(xiàn)象，原因是采圖處理工作站中的高速圖像實時存儲器Flash存儲陣列出現(xiàn)壞塊所致。這是由于Flash存儲器使用壽命有限，一般在5000次左右。隨著試驗的連續(xù)進(jìn)行，特別是早期每次試驗存儲時間在數(shù)分鐘，使Flash存儲陣列的使用頻率很高，隨著時間的累積，F(xiàn)lash陣列到達(dá)使用壽命，陸續(xù)出現(xiàn)壞塊。而此種Flash存儲陣列已停產(chǎn)，市場上難以買到，以后更換成為難題。為此我們經(jīng)過研究提出采用“大內(nèi)存循環(huán)存儲的方式”對該型高速攝像測量設(shè)備的存儲方式進(jìn)行改進(jìn)。

根據(jù)前期試驗情況分析，每次試驗記錄的有效圖像數(shù)據(jù)長度都在30秒以內(nèi)，大部分都不超過10秒。因此，改進(jìn)方案采用內(nèi)存作為高速圖像實時存儲器。在該型設(shè)備工作站中插8條4GB的內(nèi)存，內(nèi)存升級為32G，可存儲高速圖像長度：

“開始存儲”后，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定要保存的圖片張數(shù)（或者記錄時間長度），先用超大的內(nèi)存（32G，在現(xiàn)有的Z800服務(wù)器上增加8條4G的內(nèi)存）作為存儲介質(zhì)不停的循環(huán)存儲，直到用戶點擊“停止存儲”，把結(jié)束前內(nèi)存中設(shè)定的圖片張數(shù)（或者記錄時間長度）轉(zhuǎn)存入高速Flash存儲陣列中。這樣每次操作就只對Flash存儲陣列進(jìn)行了一次擦寫操作，而不是之前的10多次甚至幾十次擦寫操作，這樣可以極大的減少Flash存儲陣列擦寫次數(shù)，10倍甚至幾十倍的延長其壽命，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 大內(nèi)存循環(huán)存儲方式的優(yōu)缺點

相對于Flash陣列存儲，大內(nèi)存循環(huán)存儲方式的優(yōu)點如下：（1）內(nèi)存讀寫受環(huán)境影響小于Flash陣列，讀寫速度也遠(yuǎn)高于Flash陣列，不會出現(xiàn)寫入阻塞的故障，也就不會有丟幀或錯幀圖像；（2）內(nèi)存信息在供電不中斷的情況下，讀寫發(fā)生錯誤概率極低，而且操作的實時性得到可靠保證；（3）內(nèi)存讀寫次數(shù)基本是無限制的，遠(yuǎn)大于Flash陣列，不會有讀寫次數(shù)太多縮短壽命的問題；（4）內(nèi)存轉(zhuǎn)儲Flash陣列信息采用自動轉(zhuǎn)存或人工手動控制方式，每次試驗只需要對Flash陣列擦寫一次，極大減少Flash陣列擦寫次數(shù)，延長Flash陣列使用壽命。

采用此存儲方式也有如下缺點：（1）先用內(nèi)存做高速圖像數(shù)據(jù)的存儲，在試驗中的所有圖像數(shù)據(jù)是循環(huán)記錄在內(nèi)存中的，因為受內(nèi)存容量的限制，前面的圖像數(shù)據(jù)會被后面的圖像數(shù)據(jù)覆蓋其內(nèi)存區(qū)域而丟失，如果試驗的有效數(shù)據(jù)維持時間超過50秒，則有前面數(shù)據(jù)被覆蓋丟失的問題。（2）試驗中的所有圖像數(shù)據(jù)是循環(huán)記錄在內(nèi)存中的，在點擊“結(jié)束存儲”后，根據(jù)設(shè)定，可由程序自動進(jìn)行轉(zhuǎn)存，即把內(nèi)存中的所有圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到高速Flash陣列中，以為下一次試驗做準(zhǔn)備；或者根據(jù)設(shè)定，由用戶先對記錄下來的圖像序列做裁剪，只把用戶認(rèn)為有用的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到高速Flash陣列。這樣的轉(zhuǎn)存過程，如果是自動的，會需要50秒甚至60秒的時間來完成，這時計算機(jī)系統(tǒng)是不能做其它操作的，也就是說飛機(jī)航次的時間間隔要大于60秒。如果是人工裁剪模式，則需要操作人員一次不間斷的完成轉(zhuǎn)存工作，要是忘記完成轉(zhuǎn)存，會有丟失這次試驗數(shù)據(jù)的危險。這也要求飛機(jī)著陸的航次時間間隔要大于60秒。

4 結(jié)束語

從目前的試驗情況來看，采集飛機(jī)著陸時的有效數(shù)據(jù)時間一般不會超過50秒不存在數(shù)據(jù)被覆蓋的問題；飛機(jī)兩個航次的時間間隔大于60秒鐘也是沒有問題的。因此，可以對該型高速攝像測量設(shè)備采用大內(nèi)存循環(huán)存儲的方式進(jìn)行程序設(shè)計上的該進(jìn)。現(xiàn)在可以將內(nèi)存擴(kuò)充到32GB，后續(xù)如果飛行訓(xùn)練的強(qiáng)度加大，還可以將內(nèi)存升級到48GB。

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作者簡介：李博（1982.07-），男，測試評估專業(yè)，工程師；孫祥一（1973.08-），男，計算機(jī)專業(yè)，講師。

作者單位：91216部隊，遼寧興城 125106；國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 航天工程學(xué)院，長沙 410000