CN103869129A

CN103869129A - 一种计算差异度的方法及其示波器

Info

Publication number: CN103869129A
Application number: CN201210545554.0A
Authority: CN
Inventors: 王志彦; 王悦; 王铁军; 李维森
Original assignee: Rigol Technologies Inc
Current assignee: Rigol Technologies Inc
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103869129B

Abstract

本发明提供了一种计算差异度的方法及其示波器，通过获取模板波，并设定与模板波对应的参考波，计算每一帧固定的参考差异值和该帧的差异值，进而得到该帧的差异度，根据门限值标定异常帧。该异常帧的标定仅取决于该帧的波形和模板波及参考波，与待检测波中的其它帧和检测范围没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，异常帧的标定就不会有变化。

Description

一种计算差异度的方法及其示波器

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别是一种计算差异度的方法及其示波器。

背景技术

随着电子技术的发展，数字示波器凭借数字技术和软件大大扩展了工作能力，早期产品的取样率低、存在较大死区时间、屏幕刷新率低等不足得到较大改善，以前难以观察的调制信号、通讯眼图、视频信号等复合信号越来越容易观察。数字示波器可以对数据进行运算和分析，特别适合于捕获复杂动态信号中产生的全部细节和异常现象，因而在科学研究、工业生产中得到了广泛的应用。

数字示波器使用波形录制功能记录一段时间内连续捕获的波形数据，捕获的波形数据以帧的形式存储在波形存储空间中，在数据帧数很多的情况下，需要有简便的方法来查找或过滤掉不符合条件的数据帧，这就需要通过波形分析方法来实现。

现有的波形分析方法主要有：

1)基于轨迹的波形分析方法；

2)基于测量值的波形分析方法；

3)基于通过测试的波形分析方法。

其中，基于通过测试的分析方法，只有“通过”和“失败”两种可能，“失败”的便可以直接过滤掉。

基于测量值的分析方法，其测量的数值是一个绝对的值，可以直接用其作为评判标准。

本发明主要针对基于轨迹的波形分析方法，该方法用差异度来描述待分析的轨迹和模板间的差异，现有技术中最常见的方法是从被分析所有帧的差异值中选出最大差异值作为参考差异值，所有的差异值都和参考差异值相比，得到一个差异度，一般设参考差异值本身的差异度为1，差异度越大，表示波形数据帧和参考模板的差异越大。为了查找特定的数据帧，可以根据需要设定差异度门限值，比如令门限值=0.7，则直接过滤掉差异度不大于0.7的帧，使可以在差异度>0.7的数据帧间进行跳转浏览。

但该方案中由于采用最大差异值作为参考差异值，因而每次分析的结果，一定有一个差异度等于1的帧；待分析的帧的数量一定要在两个或两个以上，不然没有意义；差异度的值依赖于最大差异值，进而依赖于分析范围。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种计算差异度的方法，通过一统一的参考模板，使分析结果与分析范围无关，即任何情况下每一帧都有一致的差异度，可以仅对一帧数据进行分析。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

本发明提供一种计算差异度的方法，包括：

获取模板波，并设定参考波；

计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_ref；

读取N帧待检测波，计算每帧待检测波与模板波的差异值Diff_k；其中，N为自然数，K的取值为1至N；

根据以下算式计算每帧待检测波的差异度：

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

通过该实施例，设定模板波和参考波，进而可以得到固定的参考差异值，在此基础上，将待检测波逐帧和模板波进行比较得到各帧的差异值，将该差异值与参考差异值相比较即可得到该帧的差异度，该差异度仅取决于该帧的波形，与待检测波中其它帧没有关系，与检测范围也没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，参考波就不变，进而参考差异值就不会变，因而该帧对应的差异度也不变；在模板波相同的情况下，检测波中的任意两个帧的差异度的比值不变，即差异度的排名不会变。

本发明另外提供一种具有差异度计算功能的示波器，包括：

初始化单元，用于获取模板波，并设定参考波；

参考差异值计算单元，用于计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_ref；

差异值计算单元，用于读取N帧待检测波，计算每帧待检测波与模板波的差异值Diff_k；其中，N为自然数，K的取值为1至N；

差异度计算单元，用于根据以下算式计算每帧待检测波的差异度：

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

通过本发明实施例，初始化单元设定参考波之后，参考差异值计算单元和参考值计算单元分别计算参考差异值和待检测波的差异值，差异度计算单元根据差异值和参考差异值计算出差异度，该差异度仅取决于该帧的波形，与待检测波中其它帧没有关系，与检测范围也没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，参考波就不变，进而参考差异值就不会变，因而该帧对应的差异度也不变；在模板波相同的情况下，检测波中的任意两个帧的差异度的比值不变，即差异度的排名不会变。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为一种计算差异度的方法的流程图；

图2为一种标定异常帧的方法的流程图；

图3为一种具有差异度计算功能的示波器的结构图；

图4为一种具有异常帧标定功能的示波器的结构图；

图5为初始化单元的结构图；

图6为参考波设定子单元的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种计算差异度的方法，包括：

步骤101，获取模板波，并设定参考波。

步骤102，计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_ref。

步骤103，读取N帧待检测波，计算每帧待检测波与模板波的差异值Diff_k；其中，N为自然数，K的取值为1至N。

步骤104，计算每帧待检测波的差异度：差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

通过本发明实施例一，设定模板波和参考波，进而可以得到一固定的参考差异值，在此基础上，将每一帧待检测波和模板波进行比较得到各帧的差异值，将该差异值与参考差异值相比较即可得到各帧的差异度，该差异度仅取决于该帧的波形，与待检测波中其它帧没有关系，与检测范围也没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，参考波就不变，进而参考差异值就不会变，因而该帧对应的差异度也不变；在模板波相同的情况下，检测波中的任意两个帧的差异度的比值不变，即差异度的排名不会变。

实施例二：

如图2所示，本实施例提供一种标定异常帧的方法，包括：

数字示波器会预先通过波形录制功能记录一段时间内连续捕获的波形数据，将这些波形数据以帧的形式存储在波形存储空间中。本实施例的目的是根据客户设定的标准，找出不符合标准的帧并进行标注。

步骤201，获取模板波，并设定参考波。

预先要说明的是，该模板波和参考波都是指一帧波形，后边提到的待检测波也是以帧为单位读入，并以帧为单位进行比较、计算和标定。

首先，客户会输入一个模板波，该模板波为用户根据实际需求录入，或在上述波形存储空间中根据需求选择。该模板波中的数据序列以时间顺序依次排列，数据范围和每一帧待检测波的数据范围一致，且该模板波满足物理波的特性，即可以用物理方法产生该模板波。

本实施例所选取的模板波的长度为6，数据范围为0-10。

得到该模板波之后，用户可以选择单独设定参考波或根据该模板波设定参考波。

如单独设定参考波，则该参考波与模板波没有任何关系，仅为客户根据需要设定。

如根据该模板波设定参考波，则需要进一步选择进行标量运算还是矢量运算，以及具体的运算方式。

以下，设模板波M={1、2、3、4、5、6}，通过以下具体实例对运算方式进行说明：

1、模板标量计算：将模板波形点计算得到一个标量，再依据该标量数值，构造一个波形作为参考波，至少包括以下两种运算方式：

①平均值算法：计算该模板波的均值作为标准值，将该均值的序列作为参考波；

P=∑M_i/6;i={1、2、3、4、5、6}。

其中，M_i为模板波中，第i个波形数据值，如：M₁=1；

最后组成的参考波为：

R={3.5、3.5、3.5、3.5、3.5、3.5}。

②均方根算法：计算该模板波均方根，将该均方根值的序列作为参考波；

依次计算各帧的均方根作为标准值，组成参考波。

P=（（∑(M_i)²)/6)^1/2；i={1、2、3、4、5、6}，其中，M_i为第一数据帧中，第i个波形数据值；

根据精度需要，若取小数点后取2位，则最后组成的参考波为：

R={3.89、3.89、3.89、3.89、3.89、3.89}。

2、模板矢量计算：直接对模板波的波形点统一进行处理，将处理后的数据作为参考波形，至少包括以下运算方式：

①水平偏移：将该模板波根据设定位移量进行横向位移后的波作为模板波；

例如，将模板波后移3个数据点，则将最后3个数据点删除，将第一个数据点补充到位移后产生的三个空位，最后经过位移后得到的参考波为：

R={1、1、1、1、2、3}。

若前移3个数据点，则将最前边三个数据点删除，用最后一个数据点填充位移产生的三个空位，位移后得到的参考波为：

R={4、5、6、6、6、6}。

本实施例还提供另外一种参考波计算方式，即舍掉位移产生的空位，只采用位移后剩余的位组成的波作为参考波，针对上述后移3个数据点的位移方式，得到的参考波为：R={1、2、3}，计算参考差异值Diff_ref的时候，模板波取M={4、5、6}；同样，上述左移后得到的参考波为：R=（4、5、6），计算参考差异值Diff_ref的时候，模板波取M={1、2、3}。

②垂直偏移：将该模板波根据设定位移量进行纵向位移后的波作为参考波。

例如，将模板波上移1个数据点，则所有数据值均上移一个数据值，最后经过位移后得到的参考波为：

R={2、3、4、5、6、7}。

③水平缩放：水平缩小后，有效点数减少，依据有效的点数和模板波形进行计算差异。水平缩放时以触发点或用户设定的中心点为参考。

例如，以数据点3为中心点对模板波进行50%的压缩，则压缩后得到的参考波为：

R={1、3、5}。

对应的，计算参考差异值时，模板波取M={2、3、4}。

④垂直缩放：垂直缩放时的参考点由用户设定或使用通道的波形零点。

例如，以数据点2为中心点对模板波进行200%的放大，则放大后得到的参考波为：

R={0、2、4、6、8、10}

上述六种计算方法中，计算参考波的过程中可以根据精度需要取小数位，也可以为了提高计算速度只取整数进行计算。

步骤202，计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_ref。

选取上述①方案得到的参考波作为本实施例后续计算使用的参考波，则参考差异值具体为：

Diff_ref=|3.5-1|+|3.5-2|+|3.5-3|+|3.5-4|+|3.5-5|+|3.5-6|=9。

步骤203，读取10帧待检测波，计算每帧待检测波与模板波的差异值Diff_k。

本实施例读取的第1帧的待检测波为W₁={2、3、4、4、5、6}，则差异值为：

Diff₁=|2-1|+|3-2|+|4-3|+|4-4|+|5-5|+|6-6|=3。

步骤204，计算该待检测波中各帧的差异度：差异度=（Diff_K/Diff_ref）×权重值。

用户可以根据需要设定权重值，本发明优选的，权重值取1。

当权重值为1时，该第一帧的差异度为：

差异度=3/9=0.33。

步骤205，获取用户设定的异常帧门限值。

假设用户根据需要，设定0.7为门限值。

步骤206，标定差异度不小于门限值的帧为异常帧。

该帧差异值为0.33，明显为非异常帧。

假设上述10帧待检测波的差异值分别为：3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，相应的差异度分别为：

0.33、0.44、0.56、0.67、0.78、0.89、1、1、1、1。

如上所述，本发明优选的，将差异度大于1的帧，差异度标为1。

该10帧待检测波中，仅有前4帧为非异常帧，后6帧均被标定为非异常帧。

在具体实施过程中，系统往往将被检测的波中异常帧所占的百分比进行统计和标识，实时通知给用户，例如该10帧待检测波中，异常帧为60%。但该比重的标识并不影响本方案的实施，也不影响本发明的创造性。

通过本发明实施例二，可根据需要设定与模板波对应的参考波，计算参考差异值，接受待检测波，并计算该待检测波的差异值，进而得到待检测波的差异度，根据门限值标定异常帧。其中，该异常帧的标定仅取决于该帧的波形和模板波的波形，与其它待检测波没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，异常帧的标定就不会有变化。

实施例三：

如图3所示，该实施例提供一种具有差异度计算功能的示波器，包括：

初始化单元301，用于获取模板波，并设定参考波。

参考差异值计算单元302，用于计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_r _ef。

差异值计算单元303，用于读取N帧待检测波，计算每帧待检测波与模板波的差异值Diff_k；其中，N为自然数，K的取值为1至N；。

差异度计算单元304，用于根据以下算式计算每帧待检测波的差异度：

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

通过本实施例，初始化单元获取模板波并设定参考波之后，参考差异值计算单元和参考值计算单元分别计算参考差异值和待检测波的差异值，差异度计算单元根据差异值和参考差异值计算出差异度，该差异度仅取决于该帧的波形，与其它待检测波没有关系，与检测范围也没有关系，在任何情况下，只要模板波不变，参考波形获取方法不变，参考波就不变，进而参考差异值就不会变，因而该帧对应的差异度也不变；在模板波相同的情况下，任意两帧待检测波的差异度的比值不变，即差异度的排名不会变。

实施例四：

如图4所示，本实施例提供一种具有异常帧标定功能的示波器，包括：

示波器中包括一个波形存储器，用来存储捕获的波形数据，这些数据以帧的形式存储于该存储器中，以备取用。本实施例中的待检测波即存储于该波形存储器中。

初始化单元401，用于获取模板波，并设定参考波。

模板波为用户在上述波形存储器中选取的，或者为用户根据实际需要重新输入的。该模板波中的数据序列以时间顺序依次排列，数据范围和待检测波的数据范围一致，且该模板波满足物理波的特性，即可以用物理方法产生该模板波。

初始化单元获取该模板波之后，单独设定参考波，或，对该模板波进行计算，得到参考波。

参考差异值计算单元402，用于计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_r _ef 。

累计参考波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到参考差异值Diff_ref。

差异值计算单元403，用于读取N帧待检测波，计算第K帧待检测波与模板波差异值Diff_k。

累计第K帧待检测波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到第K帧待检测波和模板波之间的差异值Diff_k。

差异度计算单元404，用于根据以下算式计算每帧待检测波的差异度：

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

用户可以根据需要设定权重值。本发明优选的，权重值取1。

门限值获取单元405，用于获取用户设定的异常帧门限值。

异常帧标定单元406，用于标定差异度不小于门限值的帧为异常帧。

标定异常帧之后，系统会通过输出异常帧在整个待检测波形中所占的百分比。

通过该实施例，初始化单元可根据需要设定与模板波对应的参考波，参考差异值计算单元和差异值计算单元分别计算参考差异值和差异值，再通过参考差异值和差异值计算得到该帧的差异度，根据门限值标定异常帧。其中，该异常帧的标定仅取决于该帧的波形和模板波，与其它帧待检测波和检测范围没有关系，在任何情况下，只要模板波,参考波形获取方法不变，门限值不变，异常帧的标定结果就不会有变化。

实施例五：

如图5所示，上述实施例四中的初始化单元包括模板波获取子单元501、参考波获取子单元502和参考波设定子单元503。

其中，模板波获取子单元501用于获取模板波。

参考波获取子单元502用于单独设定参考波。

该参考波与模板波没有任何关系，仅为客户根据需要设定，由参考波波获取子单元502获取。

参考波设定子单元503与模板波获取子单元501相连，用于根据模板波设定参考波。

如图6所示，该参考波设定子单元进一步包括标量运算器601和矢量运算器602，其中，标量运算器601用于对所述模板波进行标量运算得到参考波，矢量运算器602用于对所述模板波进行矢量运算得到参考波。

如用户选择根据模板波设定参考波，则需要进一步选择进行标量运算还是矢量运算，以及具体的运算方式。

其中，标量运算器601中，至少设有平均值运算模块6011和均方根运算模块6012,

矢量运算器602中，至少设有水平偏移模块6021、垂直偏移模块6022、水平缩放模块6023和/或垂直缩放模块6024。

以下，设模板波M={1、2、3、4、5、6}，通过以下具体实例对上述运算模块的运算方式进行说明：

平均值运算模块6011：用于计算模板波的均值作为标准值，将该均值的序列作为参考波；

P=∑M_i/6;i={1、2、3、4、5、6}。

其中，M_i为模板波中，第i个波形数据值，如：M₁=1；

最后组成的参考波为：

R={3.5、3.5、3.5、3.5、3.5、3.5}。

均方根运算模块6012：用于计算该模板波均方根，将该均方根值的序列作为参考波；

依次计算各帧的均方根作为标准值，组成参考波。

R={3.89、3.89、3.89、3.89、3.89、3.89}。

水平偏移模块6021：用于将该模板波根据设定位移量进行横向位移后的波作为模板波；

R={1、1、1、1、2、3}。

R={4、5、6、6、6、6}。

垂直偏移模块6022：用于将该模板波根据设定位移量进行纵向位移后的波作为参考波。

R={2、3、4、5、6、7}。

水平缩放模块6023：用于将模板波进行水平缩放，将缩放后的模板波作为参考波。

水平缩小后，有效点数减少，依据有效的点数和模板波形进行计算差异。水平缩放时以触发点或用户设定的中心点为参考。

R={1、3、5}。

对应的，计算参考差异值时，模板波取M={2、3、4}。

垂直缩放模块6024：用于将模板波进行垂直缩放，将缩放后的模板波作为参考波。

垂直缩放时的参考点由用户设定或使用通道的波形零点。

R={0、2、4、6、8、10}

上述六种运算模块进行模板波计算时，可以根据精度需要取小数位，也可以为了提高计算速度只取整数进行计算。

通过本实施例，用户可以根据需要选取多种方式计算参考波，进而使差异度的计算方式更加多样，可以满足用户多种需求。

上述实施例三至五中，示波器中的所有单元均与波形存储单元相连接，波形存储单元用于存储各种计算结果。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种计算差异度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取模板波，并设定参考波；

计算该参考波与该模板波的差异值为参考差异值Diff_ref；

根据以下算式计算每帧待检测波的差异度：

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

2.如权利要求1所述计算差异度的方法，其特征在于，还包括：

获取用户设定的异常帧门限值；

标定差异度不小于门限值的帧为异常帧。

3.如权利要求1所述计算差异度的方法，其特征在于：

计算Diff_ref和的方法为：累计参考波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到参考差异值Diff_ref；

计算Diff_k的方法为：累计第K帧待检测波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到第K帧待检测波和模板波之间的差异值Diff_k。

4.如权利要求1所述计算差异度的方法，其特征在于，所述设定参考波包括：

单独设定参考波；或，

根据所述模板波设定参考波。

5.如权利要求4所述计算差异度的方法，其特征在于，所述根据所述模板波设定参考波包括：

对所述模板波进行标量运算得到参考波；

对所述模板波进行矢量运算得到参考波。

6.一种具有差异度计算功能的示波器，其特征在于，包括：

初始化单元，用于获取模板波，并设定参考波；

差异度=（Diff_k/Diff_ref）×权重值。

7.如权利要求6所述具有差异度计算功能的示波器，其特征在于，还包括：

门限值获取单元，用于获取用户设定的异常帧门限值；

异常帧标定单元，用于标定差异度不小于门限值的帧为异常帧。

8.如权利要求6所述具有差异度计算功能的示波器，其特征在于：

所述参考差异值计算单元计算Diff_ref和的方法为：累计参考波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到参考差异值Diff_ref；

所述差异值计算单元计算Diff_k的方法为：累计第K帧待检测波中各数据点列坐标值与模板波中对应的各数据点列坐标值的差值的绝对值，得到第K帧待检测波和模板波之间的差异值Diff_k。

9.如权利要求6所述具有差异度计算功能的示波器，其特征在于：所述初始化单元包括模板波获取子单元、参考波获取子单元和参考波设定子单元；

所述模板波获取子单元，用于获取模板波；

所述参考波获取子单元，用于单独设定参考波；

所述参考波设定子单元，与所述模板波获取子单元相连，用于根据所述模板波设定参考波。

10.如权利要求9所述具有差异度计算功能的示波器，其特征在于：

所述参考波设定子单元包括标量运算器和矢量运算器；

所述标量运算器用于对所述模板波进行标量运算得到参考波；

所述矢量运算器用于对所述模板波进行矢量运算得到参考波。