CN111527412A - 一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器 - Google Patents

Abstract

一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器，包括：连续获取信号的多帧采集数据(S100)；将每一帧采集数据中每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码(S200)；统计各帧采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数得到列直方图统计结果，且统计每个显示列内出现的最大码值和最小码值得到列峰值统计结果(S300)；根据统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度(S400)。波形映射方法能够利用统计值映射机制代替现有技术中采用的每帧单独映射机制，可以避免每一帧采集数据都需要进行单独映射的情形发生，减少波形映射所带来的开销时间，提高刷新率。

Description

一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，具体涉及一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器。

背景技术

在进行现代电子设计时，工程师需要特别的关注电子信号中那种瞬间出现的异常信号，如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差等，往往需要用示波器捕获此类异常信号并进行分析和显示。波形刷新率用于表示示波器每秒钟能够捕获波形的最大次数，是评判数字示波器性能优劣的重要指标之一。通常，波形刷新率越高，代表示波器的死区时间越短，捕获异常信号的能力越强，因此，设计更高的波形刷新率是当代数字示波器发展的一个主要方向。

为了达到较高的刷新率，尤其是采样点数较少时达到高波形刷新率，现有技术方案中往往采用乒乓机制进行数据的采集处理，即在采集一帧数据的同时对采集的前一帧数据进行处理，使得采集处理一帧数据的周期由原来的T＝(T_采集+T_处理)变为现在的T＝MAX(T_采集，T_处理)，如此可以有效地提高刷新率，但采用的方法在波形显示时需要消耗大量的时间。

在现有技术方案中，往往通过采集数据的缓存、转换、列直方图统计、列峰值检测、波形映射和波形显示等功能模块来组成波形映射架构。FPGA首先将插值或触发位置同步后的采集数据存储到采集数据缓存模块中，而后采集数据转换模块根据当前时基、采样率、插值倍数、波形显示区域列数等组合情况计算出来每列显示的点数N，并且对采集数据进行转换，使得每个时钟该转换模块输出的数据都是属于同一列；采集数据转换模块输出的数据发送给列直方图统计模块，统计当前帧、当前处理列的垂直方向上各个码字出现的次数；同时，采集数据转换模块输出的数据也发送给列峰值检测模块，检测当前帧、当前列上的最大码字C_max与最小码字C_min。此后，波形映射存储模块根据检测到的C_max与C_min，逐个地将列直方图统计模块统计得到的C_max与C_min中各个码字的统计值读取出来，以时间为X轴(单位为列)，以码字为Y轴(单位为行)，以统计结果为强度值，从而进行波形映射，直至所有列的数据都完成处理后再启动新的一帧的波形处理。最后，波形显示存储模块根据液晶显示屏的特性，在屏幕的消隐时间里将数据搬移到波形显示存储模块，并在显示时间里将该模块中的数据读取出来转换成RGB送给显示屏进行显示。

依据现有技术所采用波形映射机制可知，一帧数据的处理时间为T_处理＝M*(ceil(N/L)+C_max-C_min)，其中，ceil()为向上取整函数，M为液晶显示屏波形区域的列数，L为采集数据转换模块输出的并行点数的个数。由此可见，随着波形的幅度变大，C_max-C_min也将变大，且导致一帧波形的处理时间变长。假设波形区域列数M为1000，每列点数N为1，则使用线显模式下时，一帧数据的处理时间为T1＝1000*(1+C_max-C_min)，此时就算C_max-C_min值很小，处理完一帧数据的时间也需要1000个时钟周期，假设FPGA的处理时钟周期为8ns，则T1＝1000*1*8ns＝8us，意味着刷新率为F＝1s/T1＝12.5万。

综上所述，无论每列需要显示的点数N是多少，现有技术采用的波形映射机制都只能逐列地对波形进行处理，使得N小于L时，无法对波形进行多列并行处理，降低了刷新率；对波形进行列映射时需要逐码字进行映射，使得每列的处理时间除了跟每列显示的点数N有关系(ceil(N/L))，还跟信号幅度C_max-C_min有关系，然而随着信号幅度变大，每帧的处理时间也要变大，将导致波形刷新率降低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高数字示波器的波形刷新速率。为解决上述技术问题，本申请提供了一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器。

根据第一方面，一种实施例中提供一种高刷新率的波形映射方法,包括：连续获取信号的多帧采集数据，每一帧所述采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号；根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码；统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果；根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。

所述根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码，包括：对于每一帧所述采集数据，若定义该帧所述采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列，则将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个所述显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个所述显示列，依次类推，直至该帧所述采集数据中各个数据点均编入相应的所述显示列中，且以I_x表示每个所述显示列的序号；其中，下标x表示每一帧所述采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧所述采集数据中的序号；对于每一帧所述采集数据中的每个数据点，将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，所述坐标编码表示为{I_x,D_j}。

所述统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果，包括：为每个所述坐标编码预设统计值，若任意一帧所述采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值；在遍历多个所述采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的所述坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果；为每个所述显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧所述采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于所述第一最值，和/或最小码值小于所述第二最值，则更新对应的所述第一最值和/或所述第二最值；在遍历多个所述采集数据之后，根据更新得到的所述第一最值、所述第二最值分别确定每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。

所述根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度，包括：从所述信号的波形映射模式中选择一种模式进行波形映射，所述波形映射模式包括点显示模式和线显示模式；在所述点显示模式下，读取所述列直方图统计结果中每个所述坐标编码对应的统计值，以及读取所述列峰值统计结果中每个所述显示列对应的第一最值和第二最值；在波形映射的消隐时间内，对每个所述显示列内第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的所述坐标编码对应的统计值；在波形映射的显示时间内，根据各个所述像素点的显示值对所述信号进行波形映射，且通过每个像素点的显示值改变该像素点的显示亮度；在所述线显示模式下，读取所述列直方图统计结果中每个所述坐标编码对应的统计值，以及读取所述列峰值统计结果中每个所述显示列对应的第一最值和第二最值；在波形映射的消隐时间内，对每个所述显示列内所述第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的所述坐标编码对应的统计值；若任意一个所述坐标编码对应的统计值为零，则将对应的像素点的显示值设置为第一值；在波形映射的显示时间内，根据各个所述像素点的显示值对所述信号进行波形映射，且通过每个所述像素点的显示值改变该像素点的显示亮度。

在对所述信号进行一次的波形映射之后，复位每个所述坐标编码对应的统计值，以及复位每个所述显示列对应的第一最值和第二最值。

根据第二方面，一种实施例中提供一种数字示波器，包括：缓存模块，用于连续获取信号的多帧采集数据，且对每一帧所述采集数据进行缓存，每一帧所述采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号；编码模块，与所述缓存模块连接，用于根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码；统计模块，与所述编码模块连接，用于统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果；波形显示模块，与所述统计模块连接，用于根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。

所述编码模块包括第一处理单元和第二处理单元；所述第一处理单元用于将每一帧所述采集数据中的每个数据点编入相应的显示列中；对于每一帧所述采集数据，若定义该帧所述采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列，则所述第一处理单元将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个所述显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个所述显示列，依次类推，直至该帧所述采集数据中各个数据点均编入相应的所述显示列中，且以I_x表示每个所述显示列的序号；其中，下标x表示每一帧所述采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧所述采集数据中的序号；第二处理单元，用于组成每个数据点的坐标编码；对于每一帧所述采集数据中的每个数据点，所述第二处理单元将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，所述坐标编码表示为{I_x,D_j}。

所述统计模块包括第一统计单元和第二统计单元；所述第一统计单元用于为每个所述坐标编码预设统计值，若任意一帧所述采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值；在所述第一统计单元遍历多个所述采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的所述坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果；所述第二统计单元为每个所述显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧所述采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于所述第一最值，和/或最小码值小于所述第二最值，则更新对应的所述第一最值和/或所述第二最值；在所述第二统计单元遍历多个所述采集数据之后，根据更新得到的所述第一最值、所述第二最值分别确定每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。

在对所述信号进行一次的波形映射之后，所述第一统计单元复位每个所述坐标编码对应的统计值，以及所述第二统计单元复位每个所述显示列对应的第一最值和第二最值。

根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第一方面中所述的波形映射方法。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种高刷新率的波形映射方法及数字示波器，该波形映射方法包括：连续获取信号的多帧采集数据，每一帧采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号；根据每一帧采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码；统计各帧采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果；根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。第一方面，由于采用新的机制将每一帧采集数据中的各个数据点编入相应的显示列中，从而可以利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码，使得该坐标编码能够形成新的存储结构来存储每个像素点(行/列交叉点)的强度值；第二方面，由于列直方图统计结果记录了每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，列峰值统计结果记录了每个显示列内出现的最大码值和最小码值，那么根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射时，可以避免受到采集数据在编码输出时并行点数的影响，利于实现多列并行处理的波形映射效果，提高波形的刷新率；第三方面，在统计得到列直方图统计结果时，即使在每个显示列的显示点数N小于采集数据在编码输出时的并行点数L的情况下，也可以以并行的方式对多列进行统计，如此能够减少直方图处理时间，有效地提高刷新率；第四方面，本申请实质上是利用自主生成的坐标编码来进行列直方图统计和列峰值统计，从而实现统计值映射机制，代替现有技术中采用的每帧单独映射机制，如此可以避免每一帧采集数据都需要单独映射的情形发生，减少波形映射带来的开销时间，提高刷新率；第五方面，本申请借助数字示波器中的波形显示模块根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度的实现过程中，可以一次性完成线显示的操作，有效减少信号幅度变化对刷新率造成的影响。

附图说明

图1为本申请中波形映射方法的流程图；

图2为组成数据点的坐标编码的流程图；

图3为统计得到列直方图统计结果和列峰值统计结果的流程图；

图4为控制对信号进行波形映射的流程图；

图5为本申请中波形映射装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一、

请参考图1，本申请公开一种高刷新率的波形映射方法,该波形映射方法包括步骤S100-S400，下面分别说明。

步骤S100，连续获取信号的多帧采集数据，这里的采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号。

需要说明的是，采集数据中的每个数据点都在有效数据流具有一个位置序号，按照该位置序号对该数据点进行顺序输出，例如在有效数据流中，第一个时钟的数据序号为{L-1,L-2,..1,0}，第二个时钟的数据序号为{2L-1,2L-2,..L+1,L}，第三个时钟的数据序号为{3L-1,3L-2,..2L+1,2L}，依次类推则可以对每个数据点进行标记。然而在本实施例中，是在每一帧采集数据中对其内的各个数据点按照数据的输出次序进行顺序编号，也就是说，对于任意一帧采集数据中包含的n*L个数据点，可以按照0至n*L的次序对每个数据点进行顺序编号，这里的n表示每一帧采集数据所占用的时钟总数。

步骤S200，根据每一帧采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码。在一个具体实施例中，见图2，该步骤S200可以包括步骤S210-S220，分别说明如下。

步骤S210，对于每一帧采集数据，可以定义该帧采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列。那么，可以将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个显示列，依次类推，直至该帧采集数据中各个数据点均编入相应的显示列中。为便于区分形成的各个显示列，则可以以I_x表示每个显示列的序号；其中，下标x表示每一帧采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧采集数据中的序号。

需要说明的是，若任意一帧采集数据包含有n*L个数据点，那么编号S_x可以按照0至n*L的次序进行分布。若多帧采集数据(如h帧采集数据)构成的有效数据流包含有m*L个数据点(m>>n)，则D_j中下标j可以按照0至m*L的次序进行分布，S_x中的下标x可以0至h的次序进行分布。若每帧采集数据可以形成k个显示列，那么I_x可以按照0至k的次序进行分布。

需要说明的是，每个数据点不仅具有在多帧采集数据中的序号，还有对应的幅值，在计算机处理采集数据时通常用码字(信号的数字代码形式，常指二进制代码形式)来表示幅值，为便于说明，这里用码值D_j代替码字来对幅值进行表示，而码值D_j就是幅值的十进制或者十六进制的表示形式，相比码字来说具有更直观的表示效果。

需要说明的是，这里的显示列可以是一个数据集合或者数组，用于存储显示屏幕上信号波形所在显示区域内任意一列像素所对应的多个数值。

步骤S220，对于每一帧采集数据中的每个数据点，将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，坐标编码可以表示为{I_x,D_j}。

需要说明的是，坐标编码{I_x,D_j}中的D_j具体表示有效数据流中第j个数据点的码值(即指幅值)，I_x准确表示第j个数据点被编入的第x帧采集数据内所在显示列的序号。本实施例中采用坐标编码{I_x,D_j}来表示每个数据点的坐标时，能够对该数据点所在的显示列以及所具有的码值进行准确的展示。

步骤S300，统计各帧采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果。在一个具体实施例中，见图3，该步骤S300可以包括步骤S310-S340，分别说明如下。

步骤S310，为每个坐标编码预设统计值，若任意一帧采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值。

例如，对于坐标编码{I_x,D_j}，将其视为一个存储地址，则可以在该存储地址上设置一个统计值，且保证该统计值的初始化数值为0。若第x帧采集数据中存在一个数据点，能够使得该数据点的码值等于D_j，且该数据点也能够被编入序号为I_x的显示列中，则将坐标编码{I_x,D_j}对应的统计值加1。

步骤S320，在遍历多个采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果。

需要说明的是，在信号波形的一次刷新过程中，会获取多帧采集数据，采用步骤S310的方法对各帧采集数据进行统计之后，就可以得到每个坐标编码对应的统计值，从而集合该些统计值就可形成列直方图统计结果。列直方图统计结果能够反映出具有相同坐标值的数据点的出现次数。

步骤S330，为每个显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于该第一最值，和/或最小码值小于该第二最值，则更新对应的第一最值和/或第二最值。

例如，对于序号为I_x的显示列，可以定义该显示列的第一最值为D_{max_o}，第二最值为D_{min_o}，且设置第一值最值和第二最值的初始数值均为0。若将第x帧采集数据中的各个数据点编入相应的显示列之后，会在每一个显示列中重新排列形成当前的最大码值D_max和最小码值D_min，此时可以进行以下判断操作：如果D_max大于D_{max_o}，则将D_{max_o}更新为D_max；如果D_min小于D_{min_o}，则将D_{min_o}更新为D_min。

步骤S340，在遍历多个采集数据之后，根据更新得到的第一最值、第二最值分别确定每个显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。

需要说明的是，按照步骤S330的方法对各帧采集数据分别进行处理之后，可以使得第I_x显示列内的第一最值(或第二最值)是所有帧采集数据在该显示列比较形成的最大码值(或最小码值)，集合各个显示列对应的第一最值和第二最值就可以形成列峰值统计结果。

步骤S400，根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。在一个具体实施例中，见图4，该步骤S400可以包括步骤S410-S440，分别说明如下。

步骤S410，从信号的波形映射模式中选择一种模式进行波形映射，这里的波形映射模式包括点显示模式和线显示模式。若选择点映射模式则进入步骤S420，若选择线映射模式则进入步骤S430。

步骤S420，在点显示模式下，读取列直方图统计结果中每个坐标编码对应的统计值，以及读取列峰值统计结果中每个显示列对应的第一最值和第二最值。在波形映射的消隐时间内(也可认为是显示屏幕的消隐时间内)，对每个显示列内第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的坐标编码对应的统计值；在波形映射的显示时间内(也可认为是显示屏幕的显示时间内)，根据各个像素点的显示值对信号进行波形映射，且通过每个像素点的显示值改变该像素点的显示亮度，保证显示值越大则像素点的显示亮度越高。

需要说明的是，在点显示模式下，仅仅对每个显示列所对应的各个像素点，且统计值大于1所对应的像素点进行显示数值设置，保证此类像素点可以具有一定的显示亮度。技术人员容易理解，通过各个像素点的显示位置和显示亮度可以帮助技术人员准确地了解到信号波形的时域特性，如此可以达到更加直观地观察信号和分析信号的目的。

步骤S430，在线显示模式下，读取列直方图统计结果中每个坐标编码对应的统计值，以及读取列峰值统计结果中每个显示列对应的第一最值和第二最值；在波形映射的消隐时间内(也可认为是显示屏幕的消隐时间内)，对每个显示列内第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的坐标编码对应的统计值；若任意一个坐标编码对应的统计值为零，则将对应的像素点的显示值设置为第一值(如1)；在波形映射的显示时间内(也可认为是显示屏幕的显示时间内)，根据各个像素点的显示值对信号进行波形映射，且通过每个像素点的显示值改变该像素点的显示亮度。

需要说明的是，在线显示模式下，会对每个显示列所对应的各个像素点均进行显示数值设置，即使统计值等于0也要将所对应的像素点的显示值设置为1，保证各个像素点均具有一定的显示亮度。技术人员容易理解，通过各个像素点的显示位置和显示亮度可以帮助技术人员准确地了解到信号波形的时域特性，如此可以达到更加直观地观察信号和分析信号的目的。

步骤S440，在步骤S420或者步骤S430完成之后进入此步骤，在此步骤中，在对信号进行一次的波形映射之后，需要复位每个坐标编码对应的统计值，以及需要复位每个显示列对应的第一最值和第二最值。例如，恢复坐标编码{I_x,D_j}对应的统计值至初始数值0，恢复序号为I_x的显示列对应的第一最值和第二最值至初始数值0。

本领域的技术人员可以理解，本实施例中公开的波形映射方法可以带来以下的技术优势：(1)由于采用新的机制将每一帧采集数据中的各个数据点编入相应的显示列中，从而可以利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码，使得该坐标编码能够形成新的存储结构来存储每个像素点(行/列交叉点)的强度值；(2)由于列直方图统计结果记录了每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，列峰值统计结果记录了每个显示列内出现的最大码值和最小码值，那么根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射时，可以避免受到采集数据在编码输出时并行点数的影响，利于实现多列并行处理的波形映射效果，提高波形的刷新率；(3)在统计得到列直方图统计结果时，即使在每个显示列的显示点数N小于采集数据在编码输出时的并行点数L的情况下，也可以以并行的方式对多列进行统计，如此能够减少直方图处理时间，有效地提高刷新率；(4)本申请实质上是利用自主生成的坐标编码来进行列直方图统计和列峰值统计，从而实现统计值映射机制，代替现有技术中采用的每帧单独映射机制，如此可以避免每一帧采集数据都需要单独映射的情形发生，减少映射带来的开销时间，提高刷新率；(5)在根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度的实现过程中，可以一次性完成线显示的操作，有效减少信号幅度变化对刷新率造成的影响。

实施例二、

请参考图6，在实施例一中公开的波形映射方法的基础上，本申请还相应地公开一种数字示波器1，其包括缓存模块11、编码模块12、统计模块13和波形显示模块14。

缓存模块11用于连续获取信号的多帧采集数据，且对每一帧采集数据进行缓存，每一帧采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号。缓存模块11可以与数字示波器中的信号采样部件(如ADC转换模块)进行连接，缓存采样、插值或者触发位置同步后的数字化数据。

编码模块12与缓存模块11连接，用于根据每一帧采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码。

统计模块13与编码模块12连接，用于统计各帧采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果。

波形显示模块14与统计模块13连接，用于根据列直方图统计结果和列峰值统计结果控制对信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。

进一步地，见图5，编码模块12包括第一处理单元121和第二处理单元122。

其中，第一处理单元121用于将每一帧采集数据中的每个数据点编入相应的显示列中。例如，对于每一帧采集数据，若定义该帧采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列，则第一处理单元将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个显示列，依次类推，直至该帧采集数据中各个数据点均编入相应的显示列中，且以I_x表示每个显示列的序号。需要说明的是，下标x表示每一帧采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧采集数据中的序号。关于第一处理单元121的具体功能可以参考实施例一中的步骤S210，这里不再进行赘述。

其中，第二处理单元122用于组成每个数据点的坐标编码。例如，对于每一帧采集数据中的每个数据点，第二处理单元122可以将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，所述坐标编码表示为{I_x,D_j}。关于第二处理单元122的具体功能可以参考实施例一中的步骤S220，这里不再进行赘述。

进一步地，统计模块13包括第一统计单元131和第二统计单元132，第一统计单元131和第二统计单元132均接收来自编码模块12输出的坐标编码，且将各自的统计结果发送至波形显示模块14。

其中，第一统计单元131主要起到列直方图的统计存储作用，具体用于为每个坐标编码预设统计值，若任意一帧采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值；在第一统计单元131遍历多个采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果。关于第一统计单元131的具体功能可以参考实施例一中的步骤S310-S320，这里不再进行赘述。

其中，第二统计单元132主要起到列峰值的统计存储作用，具体用于为每个显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于第一最值，和/或最小码值小于第二最值，则更新对应的所述第一最值和/或所述第二最值；在第二统计单元132遍历多个采集数据之后，根据更新得到的第一最值、第二最值分别确定每个显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。关于第二统计单元132的具体功能可以参考实施例一中的步骤S330-S340，这里不再进行赘述。

在本实施例中，见图5，数字示波器1还可以包括显示屏15，该显示屏15与波形显示模块14连接，用于接收来自波形显示模块14输出的映射数据，以根据映射数据对信号的波形进行显示。

在一具体实施例中，波形显示模块14主要起到控制信号进行波形映射显示的作用，具体用于从信号的波形映射模式中选择一种模式进行波形映射，这里的波形映射模式包括点显示模式和线显示模式，此外，选择过程可以是人为选择，也可以是系统的默认选择模式，这里不做限制。在点显示模式下，波形显示模块14能够读取列直方图统计结果中每个坐标编码对应的统计值，以及读取列峰值统计结果中每个显示列对应的第一最值和第二最值，且将读取的统计值、第一最值、第二最值搬移至波形显示模块14上进行暂存。在显示屏15的消隐时间内，波形显示模块14对每个显示列内第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的坐标编码对应的统计值；在显示屏15的显示时间内，波形显示模块14根据各个像素点的显示值对信号进行波形映射，输出映射数据，且通过每个像素点的显示值改变该像素点的显示亮度，保证显示值越大则像素点的显示亮度越高。需要说明的是，关于第波形显示模块14的具体功能可以参考实施例一中的步骤S410-S430，这里不再进行赘述。

在本实施例中，波形显示模块14在对信号进行一次的波形映射之后，可以触发第一统计单元131复位每个坐标编码对应的统计值，以及触发第二统计单元132复位每个显示列对应的第一最值和第二最值。例如，第一统计单元131恢复坐标编码{I_x,D_j}对应的统计值至初始数值0，第二统计单元132恢复序号为I_x的显示列对应的第一最值和第二最值至初始数值0。

本领域的技术人员可以理解，本申请公开的数字示波器可以实现一种新的波形映射机制，采用该波形映射机制可以替换现有技术中的每帧映射机制，由此可以使得每一帧采样数据的处理时间为T处理＝ceil(M*N/L)，这里的函数ceil()表示向上取整运算，M为波形映射的区域内显示列的数目，N为每个显示列中数据点的数目，L为编码模块输出的并行点数(坐标编码)的个数。假设在M＝1000，N＝1，L＝10，且选择线显示模式的情况下，一帧采集数据的处理时间为T1＝1000*1/10＝100，也就是说此时处理完一帧采集数据的时间需要100个时钟周期，假设处理器的处理时钟周期为8ns，则T1＝100*8ns＝800ns，意味着波形的刷新率为F＝1s/T1＝125万，这样的刷新率将远远大于现有技术中达到的12.5万，如此可以有效地、大幅度地提高信号波形的刷新速率。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种高刷新率的波形映射方法，其特征在于，包括：

连续获取信号的多帧采集数据，每一帧所述采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号；

根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码；

统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果；

根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。

2.如权利要求1所述的波形映射方法，其特征在于，所述根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码，包括：

对于每一帧所述采集数据，若定义该帧所述采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列，则将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个所述显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个所述显示列，依次类推，直至该帧所述采集数据中各个数据点均编入相应的所述显示列中，且以I_x表示每个所述显示列的序号；其中，下标x表示每一帧所述采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧所述采集数据中的序号；

对于每一帧所述采集数据中的每个数据点，将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，所述坐标编码表示为{I_x，D_j}。

3.如权利要求2所述的波形映射方法，其特征在于，所述统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果，包括：

为每个所述坐标编码预设统计值，若任意一帧所述采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值；在遍历多个所述采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的所述坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果；

为每个所述显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧所述采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于所述第一最值，和/或最小码值小于所述第二最值，则更新对应的所述第一最值和/或所述第二最值；在遍历多个所述采集数据之后，根据更新得到的所述第一最值、所述第二最值分别确定每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。

4.如权利要求3所述的波形映射方法，其特征在于，所述根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度，包括：

从所述信号的波形映射模式中选择一种模式进行波形映射，所述波形映射模式包括点显示模式和线显示模式；

在所述点显示模式下，读取所述列直方图统计结果中每个所述坐标编码对应的统计值，以及读取所述列峰值统计结果中每个所述显示列对应的第一最值和第二最值；在波形映射的消隐时间内，对每个所述显示列内第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的所述坐标编码对应的统计值；在波形映射的显示时间内，根据各个所述像素点的显示值对所述信号进行波形映射，且通过每个像素点的显示值改变该像素点的显示亮度；

在所述线显示模式下，读取所述列直方图统计结果中每个所述坐标编码对应的统计值，以及读取所述列峰值统计结果中每个所述显示列对应的第一最值和第二最值；在波形映射的消隐时间内，对每个所述显示列内所述第一最值和第二最值之间的各个码值所对应的像素点的显示值分别进行设置，设置为同I_x、D_j的所述坐标编码对应的统计值；若任意一个所述坐标编码对应的统计值为零，则将对应的像素点的显示值设置为第一值；在波形映射的显示时间内，根据各个所述像素点的显示值对所述信号进行波形映射，且通过每个所述像素点的显示值改变该像素点的显示亮度。

5.如权利要求4所述的波形映射方法，其特征在于，在对所述信号进行一次的波形映射之后，复位每个所述坐标编码对应的统计值，以及复位每个所述显示列对应的第一最值和第二最值。

6.一种数字示波器，其特征在于，包括：

缓存模块，用于连续获取信号的多帧采集数据，且对每一帧所述采集数据进行缓存，每一帧所述采集数据中的各个数据点按照输出次序进行顺序编号；

编码模块，与所述缓存模块连接，用于根据每一帧所述采集数据中各个数据点的编号将每个数据点编入相应的显示列中，利用每个数据点的码值和所在显示列的序号组成该数据点的坐标编码；

统计模块，与所述编码模块连接，用于统计各帧所述采集数据中每个数据点在对应的坐标编码处出现的次数，得到列直方图统计结果，以及统计每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，得到列峰值统计结果；

波形显示模块，与所述统计模块连接，用于根据所述列直方图统计结果和所述列峰值统计结果控制对所述信号进行波形映射，且刷新波形映射的区域内各个像素点的显示亮度。

7.如权利要求6所述的数字示波器，其特征在于，所述编码模块包括第一处理单元和第二处理单元；

所述第一处理单元用于将每一帧所述采集数据中的每个数据点编入相应的显示列中；对于每一帧所述采集数据，若定义该帧所述采集数据中每个数据点的编号、码值分别为S_x、D_j，以及定义每N个数据点形成一个显示列，则所述第一处理单元将编号S_x处于0～N-1范围的数据点编入第一个所述显示列，将编号S_x处于N～2N-1范围的数据点编入第二个所述显示列，依次类推，直至该帧所述采集数据中各个数据点均编入相应的所述显示列中，且以I_x表示每个所述显示列的序号；其中，下标x表示每一帧所述采集数据的序号，下标j表示每个数据点在多帧所述采集数据中的序号；

第二处理单元，用于组成每个数据点的坐标编码；对于每一帧所述采集数据中的每个数据点，所述第二处理单元将该数据点的码值D_j作为纵向坐标值，将该数据点所在显示列的序号I_x作为横向坐标值，则组成得到该数据点的坐标编码，所述坐标编码表示为{I_x，D_j}。

8.如权利要求7所述的数字示波器，其特征在于，所述统计模块包括第一统计单元和第二统计单元；

所述第一统计单元用于为每个所述坐标编码预设统计值，若任意一帧所述采集数据中的任意一个数据点在该坐标编码处形成有相同的横向坐标值和纵向坐标值，则对该坐标编码对应的统计值累加一个数值；在所述第一统计单元遍历多个所述采集数据之后，根据累加得到的统计值确定每个数据点对应的所述坐标编码处出现的次数，形成列直方图统计结果；

所述第二统计单元为每个所述显示列预设第一最值和第二最值，若检测得到任意一帧所述采集数据中在该显示列内各个数据点的最大码值大于所述第一最值，和/或最小码值小于所述第二最值，则更新对应的所述第一最值和/或所述第二最值；在所述第二统计单元遍历多个所述采集数据之后，根据更新得到的所述第一最值、所述第二最值分别确定每个所述显示列内出现的最大码值和最小码值，形成列峰值统计结果。

9.如权利要求8所述的数字示波器，其特征在于，在对所述信号进行一次的波形映射之后，所述第一统计单元复位每个所述坐标编码对应的统计值，以及所述第二统计单元复位每个所述显示列对应的第一最值和第二最值。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-5中任一项所述的波形映射方法。

Images