orisys-sdk/docs/force-stream-session.zh.md

# 新力侧会话与单路入口（T06a/T06b、T07 输出滤波、T08a/T08b）

本文件是单路 SensorStream 计划 T06a/T06b/T07 的 SDK 合同：新的力侧会话直接消费 T05 的
`ImageMeasurement`（T03 `MeasurementFrame` 头 + 同帧 raw/field），参考版本取帧上的
`reference_generation`。旧 `ForceSession` 仍为 App 保留到 T09/T10 迁移，本会话不提供
`process_measurement`、`request_zero_external_reset`、`tracker_reset_seq` 等旧外部复位接口。

## 接口

- `ForceStreamSession(sensor_family=..., calibration=None, settings=None)`：构造。T06a 支持
  无标定与 schema2 标量曲线；T06b 补充 schema3 field 模型（`hhd_normal_l1_field/1`，需要
  `context` 与同帧 field）和 FN-only 全局增益模型（`outputs=["fn"]`）；`settings` 为
  `OutputSettings`（None 用旧默认）。
- `measurement_requirements`：`(want_field, want_contact)`，告诉 T05 调用方是否需要把
  `field` include 进 `ImageMeasurement`（field 模型为 `(True, False)`，标量/FN-only 为 `(False, False)`）。
- `request_zero(reference_id=..., declared_unloaded=True, expected_reference_generation=版本, max_gap_s=None, max_window_s=None)`：
  为指定参考版本确认无载归零；可选窗口上限。
- `process(measurement) -> ForceStreamOutput`：消费一个 T05 `ImageMeasurement`，返回逐帧结果
  （`frame` 携带 T03 帧头与 `reference_generation`，以及 `raw/newton/status/quality/zero`）。

## 规则

- **版本/会话变化即废旧零点（K8.3）。** `reference_generation` 或 `session_id` 一旦变化，
  resetting、collecting、ready 任一阶段的旧零点立即失败（`zero.phase == "failed"`），
  必须对新的版本显式调用 `request_zero(expected_reference_generation=新版本)` 才能恢复有效 N。
  正常顺序（会话在处理 v0 → 复位得到目标 v1 → v1 到达）中，等于**请求目标**的新版本会被采用
  并开始/继续同版本窗口，不会作废这次请求；只有未请求的版本变化或版本超过目标才失败。
  旧的 `generation` 在采样开始后不再检查的缺陷（阶段 0 P3-2）由本会话修复。
- **基线只取请求版本的帧（K8.3/K8.5）。** 归零请求绑定一个版本。目标到达前、仍属当前版本的
  在途帧记为 `zero_pending`（不是迟到，也绝不进入窗口）；比当前版本更旧的帧才是 `late`；
  超过目标的版本使请求失败，而不是静默改绑。基线固定 30 帧无载输入；
  可选 `max_gap_s`/`max_window_s` 超限时失败并把原因写进 `zero.failure_reason`。
- **重复、迟到、同时间戳（K4.2）。** 以 `sensor_id + session_id + source_frame_id`
  （无源编号时用 `frame_id`）去重，凡是送入引擎的帧都会登记身份。重复帧只产生诊断结果；
  旧版本和同时间戳/乱序帧只标记 `late`/`zero_pending`，不推进零点或滤波，也不作废旧零点。
  不同源帧时间戳相同不算重复。
- **逐帧结果流（K6.1）。** 每个输入帧都返回一个冻结 `ForceStreamOutput`，携带 T03 帧头与
  `reference_generation`；`quality` 为 `ok` / `uncalibrated` / `zero_pending` / `duplicate` /
  `late` / `session_changed` / `version_changed` / `window_failed` / `invalid`。
  迟到、无效和带质量标记的结果不会被丢弃；拒绝帧仍保留 raw 特征。
- **数值等价与滤波。** 零点/标定换算/读数滤波复用已发布算法；同一输入、无复位、同一标定时
  与旧 `ForceSession` 逐帧相等（T06a 覆盖标量曲线、无标定、median+lowpass 滤波器；T06b 覆盖
  field 模型与 FN-only 全局增益模型，三类标定都在同一平台同一次运行中对照旧会话）。
- **三类标定与不匹配。** 标量曲线、field、FN-only 各有有效测试；无标定会话保持 raw 与
  `uncalibrated` 状态；field 模型缺 `context` 时构造报 `CalibrationError`，基线帧缺 field 或
  模型拒绝帧时零点失败并给出 `invalid_input`/原因；FN-only 的 FX/FY 永远保持 NaN +
  `uncalibrated`，不冒充三轴标定。
- **输出滤波（T07）。** 设计帧率在构造时固定（`design_sample_rate_hz`），实测帧率漂移和长
  间隔只作为 `measured_sample_rate_hz`/`sample_rate_irregular` 诊断，不重新设计链路、不清空
  历史。`request_output_settings(settings)` 可从任意线程发出，只在力线程下一帧边界生效：只
  重建滤波链并清空其历史，图像参考与已完成的零点不变；相同设置是空操作。每次实际切换发出
  一个 `output_filter_changed` StreamEvent（规范化设置、指纹、算法版本、生效帧、设计帧率、
  预热信息，可 JSON 往返），由 `drain_events()` 取出。预热帧数为
  `max(1, median_window) + 2×lowpass_order（低通开启时）`；结果行提供当前设置身份与预热计数。
  全阶段关闭时输出与输入完全相同（含 NaN 与带符号的零）。已发布 `ForceOutputFilter`/旧会话
  的自适应调频默认行为不变。
- **线程与只读。** 一个实例只属于一个力侧线程；输入数组只读，输出只含标量/状态/不可变进度。

## 输出滤波示例

```python
from orisys.force_readout import OutputSettings
from orisys.force_stream_session import ForceStreamSession

session = ForceStreamSession(
    sensor_family="box",
    settings=OutputSettings(sample_rate_hz=30.0, median_window=3, lowpass_hz=5.0),
    design_sample_rate_hz=30.0,
)
new_settings = OutputSettings(sample_rate_hz=30.0, median_window=5, lowpass_hz=10.0)
session.request_output_settings(new_settings)
assert session.output_settings.median_window == 3, "switch waits for a frame boundary"
assert session.design_sample_rate_hz == 30.0
```

## SensorStream 入口（T08a/T08b）

`SensorStream` 把 T04–T07 串成一个运行中的单路入口：

- **所有权。** `SensorStream.open(source, ...)` 自己打开 Sensor 并在 `stop()` 关闭；调用方传入
  已打开的 Sensor 或外部喂帧时只借用，`stop()` 不关闭借用源。运行中只有一个采集所有者；
  流在 `start()` 启用 measurement session，`stop()`/启动失败时恢复借用 Sensor 原来的模式
  （原本已启用的保持启用）。
- **实时 latest（T08a）。** `push_frame(...)` 的未领取候选帧会被最新输入覆盖并计入
  `overwritten_frames`；已经交给流水线的帧照常完成。`wait_output()` 是 latest-wins 结果流，
  `drain_events()` 取会话事件。
- **文件/debug 完整（T08b）。** `realtime=False` 时逐帧处理每个被接受的输入：外部帧进入
  有上限的 FIFO（`depth`），计算跟不上时 `push_frame` 阻塞并计入 `backpressure_waits`，不丢帧；
  `end_input()` 结束序列，`wait_outputs(n)`/`drain_outputs()` 按发布顺序返回结果。内置文件源由
  `SensorStream.open(path, realtime=False, nominal_fps=...)` 打开，同样逐帧处理。文件模式下，
  只有在**所有已接受帧都已通过力阶段**（`published >= accepted`）且零点仍未完成时，
  `reset_and_zero` 才以 `SensorStreamError`（“input ended before unloaded zero completed”）
  结束；生产者刚读到结束标记、管线中还有已接受帧时不会提前判失败，足够的已接受帧仍会正常完成零点。
- **线程/版本。** 复用 `StreamPipeline` 的线程与原子 `request_reset()` 版本；力侧只在 HHD
  线程的 `on_frame` 中调用 `ForceStreamSession`，因此 T07 的 `drain_events` 线程约束由门面满足，
  没有第二套版本或复位记账。
- **组合归零。** `reset_and_zero(reference_id=...)` 执行“图像复位确认 → 同版本 30 帧无载基线 →
  力 ready”；用户不管理版本号。在途旧版本帧不会进入新基线（T06a 的规则）。每次调用只等待
  本条命令的结果：力线程把该命令的 `ZeroProgress`/错误写回命令对象并通知，调用方线程不读取
  `session.zero`，因此连续两次调用时第二次不会复用第一次的零点。**超时后命令仍在力线程进行**
  （仍可能稍后 ready），调用方不应假设它被取消；在下一条命令完成前再次调用会被拒绝。
- **时间来源（T08b）。** 实时相机 `capture_monotonic`，内置采集用 `CapturedFrame.host_mono_ns`
  和 `sequence`；Orisys 自己录像（文件内保存信号时间）`recorded_signal`；外部调用方提供可证明
  的容器 PTS 才 `video_pts`（`source_pts` 原值保留）；内置 OpenCV 普通视频用
  `estimated_source`，`capture_time_ns = source_frame_id ÷ nominal_fps`，`CAP_PROP_POS_MSEC`
  只作为 `diagnostics` 的 `pos_msec`，不填 `source_pts`。没有时间的输入按帧号推算并标
  `estimated_source`。同一 PTS 的不同源帧是两帧；入口按源身份忽略重复/迟到输入并计数。
- **诊断与 field（T08b）。** 结果行的 `diagnostics` 含覆盖/重复/迟到计数、处理延迟、
  `long_gap`、`source_dt_s`、`source_time_estimated` 和 `pos_msec`（有则）；`source_dt_s` 取同路
  上一条实际处理帧的源时间差。`include=("field",)` 让 `StreamPipeline` 在 HHD 线程 `_build`
  中复制同帧 field；门面在标定模型需要 field 时自动启用。默认快照不含 field，已发布场不会被
  后续帧改写。

```python
import numpy as np
from orisys.sensor import Sensor
from orisys.sensor_stream import SensorStream

sensor = Sensor("external", config_name="box", verbose=False, backend="cpu")
stream = SensorStream(sensor, sensor_id="BOX-001", session_id="run-1")
stream.start()
try:
    stream.push_frame(
        np.full((365, 365), 100, dtype=np.uint8),
        source_frame_id=0,
        capture_time_ns=1_000_000_000,
    )
    output = stream.wait_output(timeout=5.0)
    assert output is not None and output.frame.stamp.sensor_id == "BOX-001"
finally:
    stream.stop()
```

## 示例

```python
from orisys.force_stream_session import ForceStreamSession
from orisys.image_pipeline import ImageMeasurement
from orisys.stream_contract import FrameStamp, MeasurementFrame

session = ForceStreamSession(sensor_family="box")
session.request_zero(reference_id="run-1", declared_unloaded=True,
                     expected_reference_generation=0)
frame = MeasurementFrame(
    stamp=FrameStamp(sensor_id="BOX-001", session_id="run-1", frame_id=1,
                     source_frame_id=1, capture_time_ns=33_333_333,
                     clock_id="host", capture_time_basis="capture_monotonic"),
    source_dt_s=None, reference_generation=0,
)
row = session.process(ImageMeasurement(frame=frame, force_raw=(0.0, 0.0, 0.0),
                                       torque=0.0, flow=None))
assert row.frame.reference_generation == 0
assert row.zero.phase in ("resetting", "collecting")
```

## 后续

T06b 已交付标量/field/FN-only 三类标定与旧 ForceSession 的完整数值等价；T07 已交付固定
设计帧率、显式切换事件与历史/直通合同；T08a 已交付 SensorStream 实时入口、所有权与组合归零；
T08b 已交付文件/debug 完整逐帧、有界背压、时间来源/PTS 标注、`include="field"` 与诊断。
spatial_gain/接触映射模型不在 T06/T07 验收范围，需要时另立任务。
下一步进入 T09/T10（App 迁移）；删除旧 `ForceSession` 前先把零点、标定、读数引擎从旧类中
抽出来，避免新会话依赖待删除的类型。