Как обмениваться сигналами между разными программами при помощи LSL (Lab Streaming Layer)

Для реализации новых идей и алгоритмов обработки сигналов зачастую хочется сконцентрировать свои усилия на математике и программировании, а не на разработке всех аппаратно-программных устройств получения этих сигналов на низком уровне. Для этого лучшим выходом является обмен сигналами по стандартному протоколу, такому как Lab Streaming Layer (LSL). Ранее в проекте LD.Connect уже был применен похожий вариант соединения — протокол UDP. Но гораздо удобнее использовать специализированный интерфейс, т.к. его поддерживают различные исследовательские системы, например OpenVibe, Matlab, Python и др.

Поговорим как это происходит на примере среды Python, как лидирующего языка программирования в области обработки сигналов.
Для получения сигнала через LSL Вам не надо знать структуру данных, адрес передатчика, влезать в чужую программу и т.п. Просто запрашиваете нужный сигнал и получаете поток данных с которым делаете что угодно и в реальном времени!

Установка модуля pylsl в Python

Для этого просто воспользуемся пакетным менеджером PIP. В командном окне (терминале) наберите следующую команду:

pip install pylsl

Модуль скачается и будет доступен.

Организация python программы передатчика сигнала LSL

Для эмуляции передачи некого сигнала передатчика по Lab Streaming Layer, создадим файл и вставим следующий код:

"""Пример программы для отправки многоканальных данных по протоколу LSL"""

from random import random as rand
from pylsl import StreamInfo, StreamOutlet, local_clock


def main():
    srate = 500 # Частота дискретизации
    name = 'LabData' # Название источника
    sigtype = 'Random signal' # Название сигнала

    n_channels = 2 # Число каналов
    info = StreamInfo(name, sigtype, n_channels, srate, 'float32', 'labdata.ru')
    outlet = StreamOutlet(info)
    print("Начало отправки данных...")
    start_time = local_clock()
    sent_samples = 0
    while True:
        elapsed_time = local_clock() - start_time
        required_samples = int(srate * elapsed_time) - sent_samples
        for sample_ix in range(required_samples):
            # Создаем новый набор случайных данных
            mysample = [rand(), rand()] # Два канала, но может быть больше
            # Отправка
            outlet.push_sample(mysample)

        sent_samples += required_samples


if __name__ == '__main__':
    main()

Здесь происходит объявление имени источника, типа сигнала (в данном случае просто случайный сигнал), формат чисел — float32 — число с плавающей точкой и идентификатором устройства (в данном примере labdata.ru)
В цикле происходит генерация двух случайных чисел (двух каналов) и отправка по LSL.
Пояснения смотрите в видеообзоре.

Организация python программы приема сигнала LSL

Для получения сигнала по Lab Streaming Layer, создадим файл и вставим следующий код:

"""Пример программы для получения многоканальных данных по протоколу LSL"""

from pylsl import StreamInlet, resolve_stream

def main():
    print("Ожидание данных...")
    streams = resolve_stream('type', 'Random signal') # Ищем нужный сигнал
    # Создаем вход для получения данных
    inlet = StreamInlet(streams[0])

    while True:
        # Получение нового измерения
        sample, timestamp = inlet.pull_sample()
        print(timestamp, sample)

if __name__ == '__main__':
    main()

Как можно заметить, программа получения предельно проста! Выполняется в три этапа: Создается описание потока данных streams, где указывает какой тип сигнала нужен, затем открываем входной поток inlet, а потом в цикле опрашиваем его функцией pull_sample(), забирая переданный список каналов и таймкод (его брать не обязательно).
Далее с полученными значениями sample можно делать что угодно.

Видеообзор

Видеопояснения с демонстрацией работы можете посмотреть далее.

Как можете заметить, в обмене данных через протокол Lab Streaming Layer (LSL) нет ничего сложного. В последствии он будет использован в проектах LabData.ru.

Вопросы и предложения можете задать в группе ВК, телеграмм, разделе Сотрудничество и на канале Youtube.

(с) Роман В. Исаков, 2023