在神经科学领域，光遗传刺激系统、光度测量系统和活体电生理记录系统等也被广泛使用。这些系统在硬件结构和软件使用上存在差异，实现它们之间的时间同步是一个亟待解决的问题。F2 同步助手旨在解决这一问题，通过一个简单的软件界面，实现多个数据采集设备之间的同步。这类似于 bonsai 软件，但更简单易用，且支持更多设备。
多个数据采集设备同步“开始”和“结束”数据采集，避免数据采集时间不同步。时间差在 100ms 以内。
| 设备 | 功能 |
|---|---|
 OBS 录像 |
利用麦克风，录制相机和麦克风的视频 |
 USV超声 |
利用 AVISoft-Bioacoustics 录制高频声音 |
 ArControl |
检测和控制动物行为训练，如Go/No-GO, 舔水，光遗传等 |
 Arduino |
单片机用于给予 TTL 同步刺激 |
 监控相机 |
RTSP 协议的网线监控相机（海康威视）， 多路高清视频录制。 |
 小显微镜 |
UCLA miniscope V4 显微成像。 |
 无线电生理 |
宁矩科技 STD1.0 无线多通道LFP采集，EPStudio |
 光纤记录 |
光纤钙信号、探针信号记录系统。实验室自定义代码。 |
| 功能 | 数据采集开始 | 数据采集结束 |
|---|---|---|
| 界面操作 | 按下“开始记录” | 按下“结束记录” |
| 全局快捷键 | Ctrl + F2 | Ctrl + F4 |
| 网络操作 | $ nc -q 1 localhost 20169 < <(echo "start_record") | $ ... "stop_record" |
客户端软件仅支持 Windows X86 平台
$ conda create -n f2_sync python=3.10
$ conda activate f2_sync
$ pip install -r requirements.txt
$ python f2_sync.py打开OBS Studio 软件，在菜单栏 > Tools > obs-websocket Settings 功能中，找到Server Settings，取消其中的 Enable Authentication。
需要开启 USV 时，提前将 项目/bin/ 文件夹里的东西拷贝到Windows 搜索路径下（推荐 C:\Windows\System32）
打开ArControl Recorder，点击激活 菜单栏 > Tool > Socket，获取端口号。默认为 20171，不可修改。同步助手通过ArControl的socket后台操控设备运行。
进入项目/plugin_Arduino_TTL_tagger/ 文件夹，将 arduino/arduino.ino 的源码烧录到Arduino板。然后运行 plugin_Arduino_TTL_tagger/main.py。同步助手在“开始”和“结束”采集时，会触发 Arduino板 D12 端口单次闪烁，或连续两次闪烁，作为 TTL 的 tag。
使用本人修改过的 UCLA Miniscope 记录软件。打开 socket 后台。同步助手通过socket后台操控设备运行。
进入项目/plugin_epstudio_ephys 文件夹，运行 main.py。同步助手通过socket后台操控设备运行。需要向宁矩科技购买设备，并安装 epstudio_sdk python。
基于软件的同步方案，受到操作系统状态和设备的性质影响。不同的设备启动的“热身时间”不一致，越繁重的设备，启动越慢。通常 ArControl/Arduino 的启动速度最快，在20 ms 以内；OBS 和 UCLA小显微镜启动最慢，在200ms 左右。设备多次启动，variation通常在 ±50 ms 以内。
在一些对时间精度要求较高的实验中（<50ms），还是需要采用硬件同步方案。或者利用本同步助手大致同步，缩小范围，然后通过硬件同步器精确同步。
同步器根据设备记录软件的特性差异，设定了不同的函数模块进行控制。OBS支持websocket控制台，因此可以通过Python访问websocket来控制OBS的开启或结束记录；对于开源的ArControl软件和Miniscope软件，本人升级了源码，为其添加了socket控制台；对于商业闭源的采集系统软件，则可以通过pywin32桌面自动化技术，模拟鼠标键盘操作采集软件的窗口。因此，同步器可以通过多样的途径操纵下游的记录软件，并且使用模块化的设计扩展和调整各个设备。这种方法不仅提高了同步的灵活性和准确性，还减少了硬件设置的复杂性和事后分析的工作量。
| 设备 | 驱动设备运行的Python模块 |
|---|---|
| 视频来自OBS Studio. 使用websocket开启OBS记录。 | >>> import obsws_python as obs >>> PORT = 4455 >>> cl = obs.ReqClient('localhost', PORT) >>> cl.start_record() |
| 超声音频来自Avisoft Recorder。使用模拟窗口按下快捷键，开启记录。 | >>> import win32gui, win32api as api >>> from win32con import * >>> t = "Avisoft-RECORDER USGH (RECORDER.INI)" >>> cl = win32gui.FindWindow(None, t) >>> win32gui.ShowWindow(cl, SW_SHOWNORMAL) >>> win32gui.SetForegroundWindow(cl) >>> api.keybd_event(VK_F3,0,0,0) #F3 >>> api.keybd_event(VK_F3,0,KEYEVENTF_KEYUP,0) |
| 光遗传刺激来自ArControl。使用socket通讯，开启软件工作 | >>> PORT = 20173 >>> from socket import * >>> cl = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) >>> cl.connect_ex(('localhost', PORT)) >>> cl.send("start_record".encode("utf-8")) |
| 小显微镜，无线电生理，Arduino_TTL同步。 | >>> PORT = 20171..20172..20175 # 其它代码与 ArControl 调用相同 |
参考 f2_slaves.py 文件，plugin_xxx/main.py，实现自己的设备定义。通过仿造plugin 示例中 socket 后台编程的范式，实现目标设备的start_record 和 stop_record 两个函数。