CN109086019B - 实时波形平滑绘制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了实时波形平滑绘制方法、装置及系统。其中实时波形平滑绘制方法包括如下步骤：当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量；定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。本发明通过上述原理，基于硬件时钟计时的定时器，并对取数据的数据量进行动态调整，实现了波形平滑绘制。

Description

实时波形平滑绘制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及波形绘制领域，具体涉及实时波形平滑绘制方法、装置及系统。

背景技术

智能可穿戴设备通过传感器和检测电路测量人体的ECG心电、PPG心率、SPO2血氧饱和度等生理信号，将得到的生理参数值经过计算处理后，以波形方式记录下来并在显示终端，比如CRT(阴极射线管)和LCD(液晶显示屏)，上实时显示。现有的可穿戴设备在进行波形绘制过程中主要采用sleep函数、Timer、CountDownTimer、AlarmManager等实现定时取固定的数据进行波形绘制，由于采用的CPU调度机制，无法保证毫秒级的精确计时，也就无法保证绘制频率的均匀，在相同时间绘制波形显示时出现时快时慢的情况，让肉眼感知出来，影响使用效果。另外，传输设备在进行数据传输的过程中，由于信号强度、干扰等原因，导致数据到达手机端周期不匀速的，波形绘制时，可使用数据，会出现过多或者过少的情况，如果采取读取固定值的数据进行绘制，会出现由于读取不到数据导致的波形停滞或者数据累积，从而导致绘制波形显示时出现时快时慢的情况，让肉眼感知出来，影响使用效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现实时波形的平滑绘制，目的在于提供实时波形平滑绘制方法、装置及系统，基于硬件时钟计时机制，实现高精度定时取数据，并对取数据的数据量进行动态调整，避免出现采集信号延迟不均以及传输设备传输数据不均匀，导致的波形显示时快时慢的情况，实现了波形平滑绘制。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了实时波形平滑绘制方法，包括如下步骤：

当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

对应于第一方面，本方案基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，进行实时波形平滑绘制。

对应于第一方面，本方案BaseSize＝采样率/帧率，Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间内的数据量)/帧率，bufferSize指buffer存储器中当前剩余数据量。

对应于第一方面，本方案将数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点的方法包括如下步骤：基于智能终端的屏幕像素点，建立X,Y方向坐标系；根据智能终端设置的波形走速以及屏幕分辨率，计算每一帧数据上每个点在X轴方向的像素点坐标；根据智能终端设置的增益和屏幕分辨率计算该点在Y轴的坐标。

第二方面，本发明提供了实时波形平滑绘制装置，包括

数据处理模块：当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；波形绘制模块：定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

第三方面，本发明提供了实时波形平滑绘制系统，包括

数据采集设备：用于采集实时数据，定时向实时波形平滑绘制显示装置发送采集数据；

实时波形平滑绘制显示装置：接收数据采集设备发送过来的实时数据，并将实时数据包缓存到应用端的buffer存储器中，首先启动基于硬件时钟计时的定时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制；智能终端：作为实时波形平滑绘制显示装置的载体，接收实时波形平滑绘制显示装置处理后的数据，在屏幕上进行波形实时绘制显示。

对应于第三方面，本方案所述实时波形平滑绘制显示装置包括

数据处理模块：当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；波形绘制模块：基于硬件时钟计时的定时器定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

对应于第三方面，本方案基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，进行实时波形平滑绘制。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明在定时取数据以及将取得数据进行定时显示时，均使用了与现有技术完全不一样的定时机制，采用基于硬件时钟计时机制进行定时，该定时机制为硬件计时，不占用CPU，也就不存在等待线程的情况，一旦硬件时钟计时机制超时，就立即返回时间，响应速度快，不存在因线程等待存在的延时问题，达到毫秒级的高精度定时读取数据量为Size的一段数据，并显示一段数据，实现真正意义上的定时读取和显示数据，保证每次读取的数据量长短一致，实现平滑显示波形，大大提升了用户的体验感。

2、本发明还对定时读取的数据量进行动态调整，避免因数据在通过传输设备进行传输的过程中，由于信号强度、干扰等原因，导致数据到达智能终端周期不匀速，定时传输过来的可使用数据会出现过多或者过少的情况导致的提取数据不均匀的情况发生，最大化的保证了定时提取数据量的均匀，避免出现绘制波形显示时出现时快时慢的情况，影响使用效果，保证最终的实时波形绘制更加的平滑。

附图说明

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

图1为本发明流程图；

图2为本发明的装置原理框图；

图3为本发明的系统原理框图。

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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，本发明包括实时波形平滑绘制方法，包括如下步骤：

步骤S1：当传输过来的ECG心电、PPG心率和SPO2血氧饱和度等生理信号实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟毫秒级高精度定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时(比如每50ms)到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段(比如1秒)需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段(比如1秒)需要绘制的每一段图像上。其中，缓存到应用端的实时数据可以通过无线方式传输过来的数据或者有线方式传输过来的数据，有线方式传输可以为USB传输，无线方式传输可以为蓝牙传输。其中，应用端可以为手机上的应用软件app、平板电脑上的应用软件app等，硬件时钟通过带有MCU模块的硬件实现，带有MCU模块的硬件可以为网卡、显卡、外设或者其它，该硬件时钟采用石英晶振计时并产生时钟中断信号，实现真正意义上的实时计时。帧率指每秒显示的帧数，即本领域技术人员根据实际需要，在每秒内按照固定的时间间隔取数据显示的次数，例如在1秒内，按照每50ms取一次数据，帧率等于1s/50ms＝20次。

现有技术中在读取数据时采用的定时计时方式为sleep函数和定时器进行定时读取数据，其中定时器又包括Timer、CountDownTimer和AlarmManager等。采用上述方式进行定时计时，系统需要进行任务调度、线程优先级抢占CPU，不能保证在规定的时间准确读取数据，使得每次取数据的时间并不是固定不变的，取得数据量也就每次都不同，通过该数据量绘制的波形长短就不一致，而在固定时间要把不同长短的波形进行显示，波形显示时就会出现时快时慢的问题，让肉眼感知出来，影响使用效果。一般情况下采用sleep函数进行定时计时，导致读取数据时间存在30ms-50ms的延迟，而定时器的精度要比sleep函数高一些，定时器通常精度在10ms级别，也无法做到毫秒级别的精度要求，最大依然存在20ms-30ms的误差，也无法保证任务在规定时间准确无误的执行，也会出现波形显示时时快时慢的问题，让肉眼感知出来，影响使用效果。

本方案采用了与现有技术完全不一样的定时机制，使用的是基于硬件时钟的高精度计时机制进行定时，该定时机制为硬件计时，不占用CPU，也就不存在等待线程的情况，一旦硬件时钟计时机制超时，就立即返回时间，响应速度快，达到毫秒级的高精度定时读取数据量为Size的一段数据，实现真正意义上的定时读取数据，在数据量传输均匀的情况下，保证每次读取的数据量长短一致，实现在固定时间平滑显示波形，用户的体验感更好。

但是，数据在通过传输设备进行传输的过程中，由于信号强度、干扰等原因，导致数据到达智能终端(手机端、平板电脑)周期不匀速，定时传输过来的可使用数据会出现时快时慢的情况，当定时读取固定值的数据进行波形绘制时，会出现由于读取不到数据导致的波形停滞或者数据累积，从而导致绘制波形显示时出现时快时慢的情况，让肉眼感知出来，影响使用效果。本方案考虑了传输设备传输数据不均匀这一因素，在保证定时读取数据的前提下，还对定时读取的数据量进行动态调整，这样就最大化的保证了定时提取数据量的均匀，避免出现绘制波形显示时出现时快时慢的情况，让肉眼感知出来，影响使用效果，使得最终的实时波形绘制更加的平滑。

步骤S2：定时(例如sleep函数定时、定时器定时或基于硬件时钟计时的定时机制定时)将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，然后将各点之间的轨迹连线，形成波形，利用智能终端的屏幕进行实时波形平滑绘制。重复上述步骤，传输设备产生的全部帧数据动态平滑地在智能终端的屏幕显示。

由于采用sleep函数定时和定时器定时均无法达到毫秒级的高精度定时，本方案优选基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，避免出现取数据绘制不均匀导致的波形显示时快时慢的问题，从而实现实时波形平滑绘制。

其中，BaseSize＝采样率/帧率，帧率指每秒显示的帧数，即本领域技术人员根据实际需要，在每秒内按照固定的时间间隔取数据显示的次数，例如在1秒内，按照每50ms取一次数据，帧率等于1s/50ms＝20次；采样率可以为512、1024或其它任意值，以采样率为512计算可得到BaseSize的值为25.6，该值是在理想情况下传输过来的数据量充足的情况下的计算结果，但是实际上传输设备进行传输的过程中，由于信号强度、干扰等原因，导致数据到达智能终端(手机端、平板电脑)周期不匀速，定时传输过来的可使用数据会出现过多或者过少的情况发生，并不能达到理想情况的计算结果。Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间(即1s)内的数据量)/帧率，bufferSize指buffer存储器中当前剩余数据量，理想情况下单位时间(即1s)内的数据量可以与1s内采样的数据(即采样率)相同，也可适当调整取值。

进一步地，将数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点的方法包括如下步骤：

步骤S21：基于智能终端的屏幕像素点，建立X,Y方向坐标系；

步骤S22：根据智能终端设置的波形走速以及屏幕分辨率，计算每一帧数据上每个点在X轴方向的像素点坐标；其中，波形走速是指波形前端每秒在屏幕上移动的长度。绘制时将该长度换算为对应x轴需要移动的像素点坐标。

步骤S23：根据智能终端设置的增益和屏幕分辨率计算该点在Y轴的坐标。通过该方法即可将数据量为Size的一段数据全部转化为坐标点，传递给图形接口，通过智能终端进行波形平滑绘制。

实施例2：

如图2，其示出了本发明的一种实时波形平滑绘制装置，包括相互连接的处理器和存储器103，还包括：

数据处理模块101：当传输过来的时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；

波形绘制模块102：定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

由于采用sleep函数定时和定时器定时均无法达到毫秒级的高精度定时，本方案优选基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，进行实时波形平滑绘制。数据处理模块101和波形绘制模块102均与处理器连接。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

数据处理模块中BaseSize＝采样率/帧率，Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间内产生的数据量)/帧率，bufferSize指buffer存储器中当前剩余数据量。

优选的，将数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点的方法包括如下步骤：

基于智能终端的屏幕像素点，建立X,Y方向坐标系；

根据智能终端设置的波形走速以及屏幕分辨率，计算每一帧数据上每个点在X轴方向的像素点坐标；

根据智能终端设置的增益和屏幕分辨率计算该点在Y轴的坐标。

实施例3：

如图3，本发明示出了一种实时波形平滑绘制系统，包括

数据采集设备201：用于采集实时数据，实时数据可以为智能手表采集的ECG心电数据、PPG心率数据和SPO2血氧饱和度数据等生理信号数据，定时向实时波形平滑绘制显示装置发送采集数据；其中数据采集设备包括所有有线的、无线的传输方式，如以太网、串口、wifi、蓝牙等，数据采集设备可以为手表等智能穿戴设备。

实施例2所示的实时波形平滑绘制装置202：接收数据采集设备发送过来的实时数据，并将实时数据包缓存到应用端的buffer存储器中，首先启动基于硬件时钟计时的定时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制；

智能终端203：作为实时波形平滑绘制显示装置的载体，接收实时波形平滑绘制显示装置处理后的数据，在屏幕上进行波形实时绘制显示。智能终端可以为手机、平板电脑等。

其中，所述实时波形平滑绘制显示装置包括

数据处理模块：当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；

波形绘制模块：基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

优选地，基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，进行实时波形平滑绘制。

其中，将数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点的方法包括如下步骤：

基于智能终端的屏幕像素点，建立X,Y方向坐标系；

根据智能终端设置的波形走速以及屏幕分辨率，计算每一帧数据上每个点在X轴方向的像素点坐标；

根据智能终端设置的增益和屏幕分辨率计算该点在Y轴的坐标。

本领域普通技术人员可以理解，本发明方法、装置和系统中提到的智能终端可以为手机、平板电脑或者其它，本发明方法、装置和系统中提到的帧率是指每秒显示的帧数，即本领域技术人员根据实际需要，在每秒内按照固定的时间间隔取数据显示的次数，例如在1秒内，按照每50ms取一次数据，帧率等于1s/50ms＝20次。

综上所述，本发明提供了实时波形平滑绘制方法、装置及系统，在定时取数据以及将取得数据进行定时显示时，均使用了与现有技术完全不一样的定时机制，采用基于硬件时钟计时机制进行定时，该定时机制为硬件计时，不占用系统CPU，也就不存在等待线程的情况，一旦硬件时钟计时机制超时，就立即返回时间，响应速度快，不存在因线程等待存在的延时问题，达到毫秒级的高精度定时读取数据量为Size的一段数据，并显示一段数据，实现真正意义上的定时读取和显示数据，保证每次读取的数据量长短一致，实现平滑显示波形，大大提升了用户的体验感。另外，本发明还对定时读取的数据量进行动态调整，避免因数据在通过传输设备进行传输的过程中，由于信号强度、干扰等原因，导致数据到达智能终端(手机端、平板电脑)周期不匀速，定时传输过来的可使用数据会出现过多或者过少的情况导致的提取数据不均匀的情况发生，最大化的保证了定时提取数据量的均匀，避免出现绘制波形显示时出现时快时慢的情况，影响使用效果，保证最终的实时波形绘制更加的平滑。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可以包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可以是只读存储记忆体、随机存储记忆体、磁盘或光盘等。

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，以上所述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 (5)

1.实时波形平滑绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；

BaseSize＝采样率/帧率，Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间内的数据量)/帧率，bufferSize指buffer存储器中当前剩余数据量；

定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

2.根据权利要求1所述的实时波形平滑绘制方法，其特征在于，基于硬件时钟计时的定时机制定时将上述数据量为Size的一段数据传输给图形接口，进行实时波形平滑绘制。

3.根据权利要求1所述的实时波形平滑绘制方法，其特征在于，

将数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点的方法包括如下步骤：

基于智能终端的屏幕像素点，建立X,Y方向坐标系；

根据智能终端设置的波形走速以及屏幕分辨率，计算每一帧数据上每个点在X轴方向的像素点坐标；

根据智能终端设置的增益和屏幕分辨率计算该点在Y轴的坐标。

4.实时波形平滑绘制装置，其特征在于，包括

数据处理模块：当传输过来的实时数据缓存到应用端的buffer存储器中，应用端首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size＝BaseSize+Offset，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，其中，BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；

数据处理模块中BaseSize＝采样率/帧率，Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间内产生的数据量)/帧率，buffersize指buffer存储器中当前剩余数据量；

波形绘制模块：定时将上述数据量为Size的一段数据转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制。

5.实时波形平滑绘制系统，其特征在于，包括：

数据采集设备：用于采集实时数据，定时向实时波形平滑绘制显示装置发送采集数据；

实时波形平滑绘制显示装置：接收数据采集设备发送过来的实时数据，并将实时数据包缓存到应用端的buffer存储器中，首先启动基于硬件时钟定时的计时机制，然后计算需要读取的一段数据的数据量Size，最后定时到buffer存储器中读取数据量为Size的一段数据，转化为可识别的坐标点传输给图形接口，利用智能终端进行实时波形平滑绘制；Size＝BaseSize+Offset， 其中BaseSize为理想情况下每次绘制一段图像消耗的数据量；Offset为动态调整量，即当前时间段需要处理数据量的实际差值与帧率的比值，计算出的该动态调整量Offset用于均摊到下一时间段需要绘制的每一段图像上；

BaseSize＝采样率/帧率，Offset＝(BufferSize-理想情况下单位时间内的数据量)/帧率，bufferSize指buffer存储器中当前剩余数据量；

智能终端：作为实时波形平滑绘制显示装置的载体，接收实时波形平滑绘制显示装置处理后的数据，在屏幕上进行波形实时绘制显示。

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