CN1197033C - 多函数数字余辉衰变 - Google Patents

Abstract

异常波形用有多少“新”象素受其光栅化过程影响来定义。新象素可以是那些在当前一组采集中尚未受任何波形光栅化影响的象素，或者那些已经有了高于其光栅存储器单元中的值，但现已衰变到低于规定值的象素。一旦检测到这样的波形便可用可存储在光栅存储器中数值的保留范围，以额外的亮度将其再光栅化，或将其再光栅化为不同的颜色。用户的输入可以用来影响“新”象素的定义，并控制给予异常波形的特殊的余辉。也可以把异常波形保存在长期存储器中。

Description

多函数数字余辉衰变

本发明涉及使存储在数字示波器光栅存储器中的值产生余辉衰变的几种方法，更具体地说，涉及这样的一些方法，它们根据衰变之前的值与可以存储在光栅存储器的亮度值的整个范围的不同区域的关系，使这样存储的值按照一种以上的函数衰变，而且使用这些值作为象素亮度的计数器/计时器以及指示器。

数字示波器通常利用光栅扫描显示向其用户提供电信号的活动。每一种光栅扫描显示，例如日常在计算机荧光屏上看到的，包括二维的象素阵列，其中，每一个象素位置由行号和列号唯一地确定。这种显示的最简单和最低成本的方案是“1位”显示，其中，用来从中导出待显示的信息的存储器仅仅具有与每个象素相联系的1位亮度信息。在这种显示中，所述1位信息确定与它相联系的象素是“点着”还是“关闭”，其中，“点着”表示要用预定的亮度值照亮所述象素，而关闭表示所述象素将完全未被照亮。

可以代替1位显示的更复杂和昂贵的方案是多位显示，它可以提供可变的亮度(也称为“灰度”)或者作为亮度的替代指示的颜色变化。与可变亮度显示的每一个象素相联系的存储单元包含多位亮度信息，后者表示可以用来照亮所述象素的变化的亮度等级的数目。与1位显示的象素一样，多位显示的象素可以呈现“关闭”或者黑状态，但是不是一个照度值，它们具有多个照度值。通常，可以得到的照度值的数目是2^N-1，其中，N是光栅存储器的每一个地址的存储深度。例如，4位深的光栅扫描存储器可以提供从部分照度到最大照度的15个等级以及黑或者“关闭”状态。也可以把象素强度转换成不同的颜色，以及强度或者“亮度”。

在这种大量数据的情况下，多位显示能够传递更多的关于所观察的电信号波形的变化状态的信息，特别是，如果所述信号不是理想地重复的因而在某些部分比在其它部分有较少的活动，则更是如此。被包括在本文中作为参考的、授予Katayama等人的关于“具有色调显示的数字波形测量装置”的美国专利4,940,931描述了一种用于产生数字可变亮度显示的系统。

通常，数字示波器通过周期性地对存在于电路节点上的电压采样而采集关于该节点的工作情况的信息。使示波器的探头触点与所述节点接触，于是示波器探头和前端(front end)精确地重复所述信号或者所述信号的某预定的一小部分或倍数，并且把它提供给模数转换器。模数转换器的输出是一系列多位数字字，后者被存储在采样存储器中。把相继采集的样值存储在所述采集存储器中顺序的相关地址中，从而使它们与时标相关。最后，这些地址被转换成时标，把其中之一表达成沿着示波器光栅扫描显示的X-轴的距离。

在通常的数字示波器中，从采集存储单元的数据内容导出的电压幅度值确定了被照亮的象素的垂直位置(行号)，而从采集存储器的地址导出的时间值确定了水平位置(列号)。扩展采集存储器的内容和地址以便产生用于二维光栅存储器的内容的过程称为“光栅化”。

多位亮度信息还使产生模拟式“余辉”效果、即、信号亮度随着时间而衰变成为可能的。在旧式示波器中，余辉是阴极射线管(CRT)的亮度的衰变，它随用于CRT结构中的荧光体的类型和加在阴极射线管的不同电极的电压而变。在数字示波器中，可以通过按照某种算法降低与每一个被照亮的象素相联系的亮度值来实现余辉衰变函数。被包括在本文中作为参考的、授予Hanson等人的关于“光栅扫描显示的合成余辉”的美国专利4,504,827描述了一种在光栅扫描显示中伪随机降低亮度数据的方法。被包括在本文中作为参考的、授予Long等人的关于“光栅扫描示波器显示的数字合成灰度”的美国专利5,254,983描述了一种以数字形式存储的采集波形的余辉式衰变的方法。被包括在本文中作为参考的、授予Alappat等人的关于“采用自适应衰变的光栅扫描”的美国专利5,387,896描述了一种光栅化系统，它根据基于那个象素的初始值的计算、用两种方法之一对局部象素产生影响。

对许多用户来说，尤其是对于具有关于模拟示波器的某种经验的用户来说，可变亮度有效地沟通关于所观察的信号的活动的信息。这些用户中的许多人已经具有对类似于模拟示波器的行为的强烈爱好。例如，像模拟示波器那样，在水平扫描间隔期间产生垂直偏移，以便提供所述探头触点处的信号活动的实时图象，它们固有地引起显示的亮度以它们产生的扫描线的斜率的反函数的形式变化。这种现象是因为以下的原因而发生的：CRT的阴极电子枪产生基于“亮度”控制器的设置的恒定的电子源，而单位时间内所覆盖的轨迹的长度在最短的情况下决定于与任何特定的扫描速度相联系的X轴距离，并且由于任何Y轴偏移而增加。并且，Y轴偏移可以是相应的X轴距离的大的倍数，因此，可以获得的恒定的电子束能量由于被分布在这种很长的距离上而似乎被以大的比率降低了。因此，模拟示波器固有地以它们的扫描线的斜率的反函数的形式改变它们的扫描线的亮度。

具有高的波形通过量的模拟示波器或者数字示波器的另一个甚至更加强烈地需要的特点是检测间断的信号异常的能力，后者以按另一种方式重复的信号的形式出现。具有短的“活时间”的老式数字示波器使观察间断信号活动变成不大可能，至少在缺乏用来检测某种类型的间断信号活动的特殊的触发方式时是这样的。模拟示波器将显示一种表示存在这种间断的异常的信号行为的淡的轨迹。当然，如果所述信号的间断性变得太强，则所述轨迹的亮度将如此淡，以致示波器操作者可能完全将它遗漏。

在关闭余辉衰变特性的情况下，即，在无限余辉的情况下，具有1位(“点着”/“关闭”)亮度信息的数字示波器将以和高度重复的波形的相同的亮度，即，“点着”的亮度显示罕见的或者异常的波形。具有多位光栅存储器因而能够提供可变亮度(或者可变颜色)显示的数字示波器考虑到在罕见的和重复的波形之间出现的视觉差别。但是，除非关闭余辉特性，否则，这些示波器不可能真正以足够的亮度、在足以使操作者注意到、更不用说分析间断的活动的长的时间间隔内照亮罕见的事件。

来自受让公司，Tektronix的当前示波器产品提供一种装置，借此，操作者能够区分最新的单独的波形采集和先前采集的旧的波形。TDS300和TDS200示波器两者都使用“关闭”和两种“点着”电平，其中，每一种“点着”电平具有不同的亮度电平。以全“点着”电平显示最新画出的波形，所述全“点着”电平对于TDS300系列示波器是亮的而对于TDS200系列示波器是暗的。以低的、第二亮度电平(对于TDS300是暗淡的而对于TDS200是灰色的)显示旧的“过去”的波形。在采集系列的整个持续时间内或者在预定的余辉时间内，所述过去的波形停留在第二亮度电平(本文中使用的术语“采集系列”指的是在响应一系列分开的触发脉冲的时间范围内以相同的设置进行的一系列独立的波形采集。单个的或者独立的“采集”指的是响应单个触发脉冲而采集的一个波形记录。)

甚至在那些比较低成本的数字示波器中也已经包含了简化形式的余辉方式，以便在单个荧光屏上收集信号随时间的变化。甚至简化的方案在确定假信号或者其它罕见的事件时也是非常有用的。TDS300使用简单的余辉收集和擦除形式，所有操作都在一个显示平面上进行。用户设置所需要的以秒为单位的余辉时间p，于是，示波器收集在那个时间量内在同一显示平面上的单独的波形采集的光栅化结果。当时间p过去时，以全亮度显示最后的采集，同时，以减小的亮度的另一个单一的电平显示所有其它采集。在余辉时间间隔p终止时，清除整个显示平面并且重复相同的过程。这个方法的缺点是：在所述余辉时间间隔p范围内的任何特定时间t，当前能够观察的历史仅仅是用户所选择的时间间隔的最大值，即，对t进行模p的运算(tmodulop)。在所述时间间隔将近结束时收集的信息在它能够被分析前消失了，并且刚刚清除显示屏之后，就完全看不到历史信息。

TDS200使用稍微优越的多平面收集和擦除方式。该示波器不是把单独的波形采集收集在单个显示平面上然后再擦除和使用它，而是在选择的时间p内把单独的波形采集收集在N个分开的显示平面中的一个上。它对所有N个显示平面进行“或”运算，以便产生所述显示。每隔(p/N-1)秒就清除最老的显示平面，然后，把下一组采集收集在新清除的平面内。这种方法之所以优越是因为在任何给定的时间t，用户能够看到(p-p/N+(tmodp/N))秒的历史。以最大的亮度电平显示最新平面，同时，以另一个单一的降低的亮度电平显示其它经过“或”处理的平面。

所需要的是用来产生由数字示波器采集并存储在光栅扫描存储器中的波形的余辉衰变的方法，更具体地说，是这样一类方法，它根据衰变之前的值处于多个区域中的哪一个区域而按照一个以上的函数衰变所存储的波形的亮度值，而且该方法允许把这些数值用作象素亮度的计数器/计时器以及指示器。

根据本发明的一个方面，借助于它们影响的新象素的数目来把异常波形和比较正常的、高度重复的波形区分开。可以以可变的方式定义“新”象素，意指那些象素自从开始当前的采集系列以来先前从未被任何波形触及过，或者那些象素在用存储在光栅存储器中的值的衰变量度的某时间间隔中未曾受到影响。用户的输入信号能够通过影响“新”象素的定义和影响加到存储于光栅存储器中的值的衰变速率来影响异常波形的定义，所述值可以用来量度时间的推移以及所述显示中的特定象素的亮度或者颜色。

根据本发明的另一方面，用特大亮度或者用不同颜色来突出自动地发现的异常波形，从而使示波器操作者比较容易注意到它们。还可以通过给于它们高的亮度电平(或者相应的颜色)并且在比较长的时间间隔内把它们保持在那种高电平来突出所述异常波形的象素。在另一种反应中，单个异常波形或者在预定的时间间隔内指定的若干这种波形的检测和显示停止了当前采集系列中的进一步的单独采集，并且“冻结”所述显示，以便操作者进行分析。在另一个可供选择的方案中，把包括异常波形行为的所有波形采集保存在长期波形存储区，以便由示波器操作者进行进一步的考查，或者由所述操作者或分析软件进行进一步的分析，同时，所述采集系列继续进行。

根据本发明的另一方面，把可以存储在光栅扫描存储器中以便转换成象素亮度(或者其相应的颜色)的整个数值范围划分成两个或者更多个区域，与它相联系的每个区域具有不同的余辉衰变函数。应用哪一个余辉衰变函数取决于衰变前的亮度值位于哪一个区。多种衰变函数可以为各种各样的应用服务。在一种方法中，最高和最低电平具有比中间电平慢的衰变速率，并且，所述最高电平专供异常波形使用。可以使最高电平或者最低电平或者两者在实际显示中看不见，但是仍然起定时器/计算器的作用。所述最低电平可以通过提供断定哪些象素已经经历比较新的活动的方法来在把象素分成“新”和“老”的类别的过程中起计数器/定时器的作用。所述最高电平可以起计数器/定时器作用，用来规定作为异常波形的一部分的象素应当被保持在最大亮度的时间长度，或者，在彩色显示中，所述象素应当以对应于最大亮度的颜色显示的时间长度。光栅存储区中的不同数值区以及其不同的衰变函数也可以用来使最高(TOP)区域的亮度比较快地衰变，而使最低(BOTTOM)区域的亮度以慢得多的速度衰变。这可以为过去的波形逐渐衰变而从正常亮度变成仅仅可看清的亮度提供可调节的和比较长的时间间隔。中间亮度用来使最高和最低亮度之间的过渡平滑。

图1是说明如何结合传统的数字示波器的采集、光栅化和显示功能实现本发明的原理方框图。

图2A举例说明对存储在各光栅存储单元中的可能值范围的三个区域起作用的三个余辉衰变函数，所述值最后将被映射成显示用的各种亮度电平或者颜色选择。

图2B举例说明对存储在各光栅存储单元中的可能值范围的两个区域起作用的两个余辉衰变函数。所述最高衰变函数是指数形的并且比较快，而所述最低衰变函数是线性的并且比较慢。

图2C举例说明对存储在各光栅存储单元中的可能值范围的三个区域起作用的三个余辉衰变函数，其中，所述中间衰变函数作为所述最高衰变函数和所述最低衰变函数之间的过渡衰变函数。

图2D举例说明对存储在各光栅存储单元中的可能值范围的四个区域起作用的四个余辉衰变函数。最高衰变函数是慢的和线性的，下一个衰变函数是快的和指数形的，中间速度的第三个衰变函数是线性的和过渡性的，而第四个衰变函数再次是比较慢的和线性的。左边第二次显示出快的指数的、过渡性的线性的和最低的慢的线性的衰变函数，它们的活动前面不再冠以在整个最高(TOP)区域降低数值的所述第一函数的衰变时间。

首先参考图1，应当指出，这仅仅是一个概念性的方框图，并且，其各个部分可以或者以硬件形式或者以软件的形式来实现，或使之以不同的方式起作用或互易工作而不脱离下述若干发明的广泛的思路。

采集电路10跟踪由示波器监视的输入信号并且周期性地对其进行采样，图1中示出的所有电路或者其软件代用品是所述示波器的一部分。模数转换器11产生描述被采集电路10跟踪的输入信号的幅度的二进制数值流作为其输出信号。这些幅度值被存储在采集存储器12中顺序地相关的地址中。随后，按照来自过程控制器13的指向把所得到的数据-地址对发送到光栅化器14。

光栅化器14把单个数据-地址对转换成象点，或者把顺序的一对数据-地址对转换成矢量，把所得到的象点映射成行和列的二维阵列，后者最后将被显示在光栅显示器20上。通常，光栅化器14一次只对光栅中第一列起作用，对光栅存储器16中受正产生的当前象点或者矢量影响的每一个存储单元进行读出修改写入操作。关于可以用于这种电路的可替换的方案的细节可以在被包括在本文中作为参考的、1998年2月19日提交的共同未决的关于“稀疏矢量光栅化”的美国专利申请09/026,185中得到。

过程控制器13用来以先有技术中众所周知的若干方法中的任何一种协调采集存储区12、光栅化器14和光栅存储区16的活动，并且，还根据本发明的若干方面执行新的功能。如下面将要进一步描述的，“新”象素计数器15本身是新的并且按照本发明工作。多功能光栅衰变发生器17是先有技术的单功能光栅衰变发生器的改型。类似地，亮度或者颜色映射程序18是在较新电路基础上的变型、但适合于根据本发明的应用。阈值计算器24和异常波形检测器19也是新的并且是本发明的一个或者另一个方面的一部分。长期波形存储器，即，光栅存储器型22和采集记录存储器型22’两者可以在先有技术中得到，但是，根据本发明的一个或者另一个方面，它们在这里以不同的方式工作。

根据本发明的一个方面，“新”象素计数器15始终监视在当前波形采集系列中被这种波形光栅化操作“命中”的象素中有多少象素先前从来没有被命中过。可以通过用于始终监视从来未曾用过的所有象素的1位象素图来实现这种方法。可以利用主光栅存储器中保留的位来实现这种1位象素图。

在本发明的同一个方面的另一个实施例中，“新”象素计数器15始终监视在这种波形光栅化操作过程中正“命中”的象素中有多少象素具有小于存储在其光栅存储单元中的最低新颍性(minimumnewness)阈值的值。在后一个实施例中，通过检验当光栅化器14进行读出修改写入操作时从光栅存储器16读出的值来确定象素是否为“新”象素。如果从光栅存储器16读出的值小于新颍性阈值，则把相关的象素作为“新”象素计数。新颍性阈值可以是零或者正值，而来自所述存储单元的值可以以各种各样的方式达到等于或者小于该新颍性阈值的值。例如，在这个采集系列中该单元可能从来未受到先前波形的影响，因此来自该单元的值仍然是零。或者，该单元可能已经被“轻度地”和偶尔命中，并且，接着经历少数几个衰变周期，直至其值变成低于所述阈值。或者，该单元可能已经被“密集地”命中许多次，并且接着经历许多个衰变周期，从而达到低于所述阈值的低电平。或者，该单元可能经历所述后两种可能性的某种混合，并且，最后以低于所述阈值的值结束，结果是，随时间加和减的稍微“随机走动”。这样，虽然新象素的检测意味着它在某时间长度内未受到影响，但是，所述时间量是高度地可变的。

正如下面将要进一步描述的，可以将亮度或者颜色映射程序这样编程，以便把低于一定的阈值的光栅单元存储值映射成光栅扫描显示器20上的零亮度值。通常，将结合多函数光栅衰变发生器17的应用来这样做，下面也将更详细地描述多函数光栅衰变发生器17的操作。在这种方式中，由光栅化器14累加的表示“命中”的最小值将大于所需要的最近周期的预定数目。大于这种最小值的累加值使得可以利用这些值中的某些值来产生可见的光栅衰变周期，并且，使得可以把这些值中剩余的值用于“不可见”衰变周期中，这些值起计数器/定时器作用，不引起显示器的发光。亮度或者颜色映射程序18把所述不可见区中的值全部映射到零。下面将进一步详细地描述多函数光栅衰变发生器17的这种应用和其它应用。

应当指出，在某些实施方案中，尤其在仅仅具有单个显示平面和支持光栅存储器的场合，“不可见”区的应用会增加不希望有的复杂性。具体地说，如果按照优先方案在单个平面上划出多个波形，从而较高优先权的波形将较低优先权的波形盖写，并且无法作为特殊情况来处理所述不可见区，则最高优先权波形中的不可见区会在底波形中产生空白区，否则，所述底波形将自始至终显示在那些区域中。

还应当指出，某些光栅扫描显示器209在亮的背景上产生暗的波形。因此，在包括权利要求书的这个文件的范围内，如果把“零亮度”这种表示法用于这类显示器，则可能往往意味着所述显示器中的最亮的可能值，而不是最暗的可能值。

在每次波形光栅化之后，“新”象素计数器15向阈值计算器24并且向异常波形检测器19提供若干“新”象素的个数。阈值计算器24在把它向异常波形检测器19提供的新颍性阈值公式化时可以利用或者可以不利用用户输入信号。异常波形检测器19把从“新”象素计数器15接收到的“新”象素信息和从阈值计算器24接收到的新颍性阈值进行比较，并且通过这种比较而确定是否可以认为存在新波形。如果是这样的话，则有效新波形信号将这个事件通知过程控制器13。

输入到过程控制器13的有效新波形的存在使它采取若干行动，其中某些行动可以决定于用户选择。它可能利用最大亮度值产生异常波形的再光栅化。这里，“最大值”可以意味着若干事物或者它们的组合中的任何一个。最大值的一个意思是简单地利用通常使用的象素亮度的最高值。另一个意思是利用“超最大值”，这是在全部比用于显示正常波形的值亮的那些值的区域的顶部的值。“最大值”的另一个意思可以是从象点转换到矢量，使得更多的象素被照亮，以及根据上述定义中的任何一个以最大亮度照亮那些象素。“最大值”的另一个意思可以是从由照亮其可能的象点的子集定义的矢量转换到被其所有可能的象点或者更多的象点照亮的矢量。

除了增加异常波形的亮度之外，或者代替增加异常波形的亮度，过程控制器13可以使采集存储器12向长期波形(采集)存储器22’提供产生所述异常波形的数据记录。另一种可供选择的方案是，过程控制器13可以借助于“与”门21使光栅存储器16向长期波形存储(光栅)存储器22提供包含所述异常波形的光栅存储器图象。如果需要的话，它还可能以两种方式存储波形。一般说来，希望在把异常波形存储到长期光栅波形存储器22之前把它再光栅化和使其以最大的亮度发亮。过程控制器13还可以停止进一步的采集并且“冻结”所述显示，尤其在所述显示的异常波形被再光栅化并且具有最大亮度之后。

可以控制阈值计算器24或者将它预先编程，以便通过首先忽略“新”象素数据的初始集并且随后存储与通常的波形光栅化采样集相联系的“新”象素数据来响应新采集系列的开始，所述数据来自在新的采集系列中光栅化的第一波形。放弃与第一波形相联系的数据的决心是基于以下的认识：它们将比后者具有更多的“新”象素，更典型的波形，因为，它们是在比较空白的显示上画出来的。一旦已经放弃这种初始的可疑的数据并且已经利用足够“正常”的波形来定义每个波形的预期的“新”象素的典型数目，就可以利用这种数据来计算平均值和对于这种平均值的标准偏差，然后，可以利用这些值来形成适当的用于发送给异常波形检测器19的新颍性阈值。

其它算法可以以不同的方式处理来自一组正常波形的数据和用户输入信号，但是，仍然产生令人满意的新颍性阈值。输入到阈值计算器24的用户输入信号可以用于以若干方式影响所述新颍性阈值。用户输入信号可以直接设置所述新颍性阈值。用户输入信号可以确定要放弃的初始波形组的大小，和/或用于计算所述平均值以及标准偏差的通常波形组的大小。或者，在确定新颍性阈值的值时，用户输入信号可用来确定偏离所述平均值的多少标准偏差或者其多少比值应当被认为是“正常”的。或者，用户输入信号可以用来影响用于表征“正规性”并且确定新颍性阈值的某些其它算法的某些参数(除了平均值和标准偏差外)。通过一种方法或另一种方法，用户输入信号能够适合于控制新颍性阈值，以便回答这样的问题：“需要用多少个”新“象素才能使一波形成为异常波形？”

下面参考图2A，我们看到举例说明的存储在光栅存储器的单元中的被分成三个区域的与亮度相关的值，其中，每个区域具有独立的简单的衰变函数。在以下的整个讨论中以及在本申请文件结尾部分的权利要求书中，我们讲到“不同衰变函数”时都暗含”简单”这个限制条件。显然，可以把两个或者更多个这种简单的不同的衰变函数组合成在不同区域具有不同特性的更加复杂的衰变函数，但是，为了在这里描述它们和对它们提出权利要求，我们的意图是把它们视为同等的并且把任何这种复杂的衰变函数转换成多个简单的不同的衰变函数。

亮度阈值I_A以上直至可以存储在象素单元中的最大值的最高(TOP)区可以专供照亮异常波形之用，并且可以把用于通常，即，“正常”波形的最大亮度限制在最大值I_A。但是，由于在向操纵者传达信号活动时亮度的总的动态范围是难得的，所以，可以把最高(TOP)区中的所有值压缩并且映射(图1中的18)到实际显示在光栅扫描显示器(图1中的20)上的最大亮度值。这种方法把最高(TOP)区及其衰变函数F_T作为建立一种时间间隔的计数器/定时器，在所述时间间隔内，映射的象素亮度将保持在其最大值。

为了扩展其间映射的象素亮度将保持在最大值或者在最大值附近的时间间隔，还可以使最高(TOP)区的衰变函数F_T提供低速率的衰变，如图2A中所示，使得异常波形不但获得最大亮度，并且有助于在一段长得多的时间内，即，从T₀到T₁的时间间隔内保持所述最大亮度。相反，更大量的正常的波形不但以小的亮度开始，并且其亮度按照中间(MIDDLE)区中使用的衰变函数F_M更快地衰变，即，从T₁至T₂。但是，这种比较低的最大亮度电平由于与正常波形相关的的比较大量的命中而得到补偿。由于按照定义所述异常波形比较罕见，所以，它们必须比较亮并且比较慢地衰变，以便坚持足够长的时间，让示波器操作者充分地观察。

应当指出，在许多示波器显示器设计中，例如，在被包括在本文中作为参考的、1998年2月19日提交的共同未决的关于“稀疏矢量光栅化”的美国专利申请09/026,185中描述的那些示波器中的某种示波器中，在特定的光栅化周期中加在存储于光栅化存储器的数字上的最大值从来没有像可以被保持在这种单元中的最大值那样大。这意味着，为了实现单元能够保持的实际的最大值，在某个时间间隔内，重复波形必须继续不断几乎连续地命中那个象素。这种在同一个象素上的多次“命中”的累积可以被限制在电平I_A的最大值，同时，所述最高(TOP)区专供作为把与异常波形相联系的象素保持在相同亮度的计数器之用，所述最大亮度是由等于或者几乎等于所述相同最大亮度电平、从I_A映射的值产生。

图2A中存储低于阈值I_B的与亮度相关的值的光栅单元的最低(BOTTOM)区可以按照比较慢的函数F_B衰变，以便提供相对地灰色的非常慢地衰落的历史背景。与包含高于新颖性阈值I_NEW的与亮度相关的值的光栅存储单元相联系的象素可以作为“老象素”处理，在其单元中所存储的值衰变到低于I_NEW的某值之前不算作“新象素”。当然，也可以把I_NEW设置为零。总之，与衰变到电平I_NEW有关的时间是象素被识别为最近已经被使用过并且因此没有资格作为“新象素”的时间。

图1中的亮度或者颜色映射器18也可以把非零值映射成光栅扫描显示器20上的最小亮度值。例如，I_B或者I_B和I_NEW之间的某个其它值可以是被映射到零亮度的值(以及所有比较小的值)。于是，所述最低(BOTTOM)区中在被映射到零的值和被赋予I_NEW的值之间的部分将提供用来确定特定的象素返回过渡到“新”象素的时间的计算器/定时器功能，但是，所述部分对于操作者来说是看不见的。

现在参考图2B，该图举例说明使用多余晖衰变函数和区域的非常不同的方法。这里，我们只有两个存储与亮度相关的值的区域，即，最高(TOP)区和最低(BOTTOM)区，以及与它们相联系的衰变函数，即，F_T和F_B。在这种情况下，最高衰变函数F_T是比较快的指数函数，而用于所述最低(BOTTOM)区的线性衰变函数F_B是比较慢的函数。所有新波形，不管正常或者“异常”，都被映射成所述最高(TOP)区的某个部分，在那里它们将比较快地衰变。与亮度相关的值到达所述最低(BOTTOM)区的唯一方法是借助于从所述最高(TOP)区的衰变。因此当使用这种方法时，画在所述最高(TOP)区的波形看来明亮并且“鲜明”，直至它们衰变到所述最低(BOTTOM)区，在那里，其值表示较低的亮度并且它们变成稍微灰色的、慢衰变的历史背景的一部分。利用颜色或者颜色与亮度的组合可以达到相同的效果。这使用户可以识别和计算快变化的最新波形，而同时观察老波形随时间的变化。仅仅使用两种颜色，一种用于所述最高(TOP)区的亮度值而另一个用于所述最低(BOTTOM)区的亮度值，也是有用的，并且，如果选择适当的颜色，则在美学上也得到满足。例如，黄色可以用于明亮的活泼的最高(TOP)区，而桔色用于降低亮度的较不活泼的历史的最低(BOTTOM)区。

在上述只有最高(TOP)和最低(BOTTOM)区的例子中有一个小问题，可以如图2C中所示那样通过把I_A和I_B稍微分开、以便象图2C中那样建立第三或者中间(MIDDLE)区来解决。使用两个区域的方法的问题是：存在最小衰变增量，后者与所述最高(TOP)区用的衰变的斜率的陡度有关。当最高(TOP)区与最低(BOTTOM)区连接时，这种最小衰变增量有时将下一个增量值深深地移入最低(BOTTOM)区，而不是仅仅移动到它的顶部。进入所述最低(BOTTOM)区多少，取决于最小衰变增量的大小以及所述起点与将最高(TOP)区和最低(BOTTOM)区分开的线靠得多近。由于已经注意到这种过冲的视觉效果在显示方面稍稍显得不自然，所以，建立中间(MIDDLE)区作为最高(TOP)区和最低(BOTTOM)区之间的缓冲区。

选择I_A和I_B之间的隔离区等于由用于最高(TOP)区的衰变函数F_T产生的这种最小衰变增量。图2C中，这种衰变函数F_T是线性的，但是是快的，因此，产生与用于图2B中所示的最高(TOP)区快速指数衰变函数F_T的没有多大差别的结果。中间(MIDDLE)区，即，I_A和I_B之间的隔离区仅仅需要由F_T产生的最小衰变增量的大小，以便保证衰变最高(TOP)区的值衰变在中间(MIDDLE)区中而不是衰变在最低(BOTTOM)区中。于是，使由衰变函数F_M产生的在中间(MIDDLE)区中的所有衰变产生等于值I_B的下一个值。这消除了任何视觉不自然，是一种使最高(TOP)区和最低(BOTTOM)区之间的过渡平滑的方法。为了双色编码的目的，最好使中间(MIDDLE)区具有与最高(TOP)区相同的颜色。

由于中间(MIDDLE)区中的所有值都衰变到I_B，即，中间(MIDDLE)区的底部和最低(BOTTOM)区的顶部，所以，任何象素在整个中间(MIDDLE)区中衰变所用的时间是T₁减T₂，这等于一个光栅衰变周期所需要的时间。

用户可以控制用于最高(TOP)区的快速指数衰变函数。这允许控制新采集的波形表现为明亮和鲜明的时间量。用户还可以控制与最低(BOTTOM)区相关的慢余晖衰变函数F_B。这允许对以下的现象进行控制：究竟有多少过去的数据出现在由与I_B和真正的零之间的数值区相联系的低亮度和/或不同颜色建立的背景。

最后参考图2D，我们看到对四个余晖衰变函数的说明，所述四个余晖衰变函数作用在存储于光栅存储单元中的与亮度相关的可能的值的范围的四个区上。最高(TOP)区TOP区的衰变函数F_T是慢的和线性的。下一个区，即，HI-MIDDLE区，具有衰变函数F_HM(左边的标为F_EXP)，该衰变函数是快的和指数的。下一个区，即，LO-MIDDLE区，具有中间速度的衰变函数F_LM(左边的标为F_TRANS)，该衰变函数是线性的和过渡性的。最低(BOTTOM)区BOTTOM区具有衰变函数F_B(左边的标为F_LINEAR)，该衰变函数再次是比较慢的和线性的。左边所示的这些函数的形式，即，快的指数的F_EXP、过渡的线性的F_TRANS以及最低的线性的F_LINEAR衰变函数说明当在HI-MIDDLE区的顶部以标称的最大值NOM、即、I_N为起点而不是以最高(TOP)区TOP区顶部的最大值MAX为起点画这些值时，总的标称时间T_NOMINAL有多大差别以及为什么有这种差别。T₀到T_A等于T₁到T₂，T_A到T_B等于T₂到T₃，而T_B到T_NOMINAL等于T₃到T_MAX。此外，关于初始入口在可以存储在光栅存储器中的与亮度相关的最大值(最高(TOP)区TOP区的顶部)的总衰变时间T_MAX等于T_NOMINAL加上T₀到T₁的时间，其中，T_NOMINAL是初始入口在HI-MIDDLE区的顶部的标称值NOM时的总衰变时间，而T₀到T₁的时间是在整个最高(TOP)区TOP区中按照F_T衰变所需要的时间。后一段时间，即，在整个最高(TOP)区TOP区中按照F_T衰变所需要的时间T₀到T₁是一段额外的时间，即，当最高(TOP)区TOP区仅仅用作计数器/定时器并且该区内所有与亮度相关的值都被映射到光栅扫描显示屏亮度的最大值、即、与I_N被映射到的相同的值时，与异常表现相联系的象素被保持在亮度的最大电平的额外时间。

此外，应当指出，用于图2D的LO-MIDDLE过渡区(I_A和I_B之间的值)中的衰变函数F_TRANS(又名F_LM)不同于用于图2C的中间(MIDDLE)区MIDDLE区的过渡函数F_M。在图2D中，过渡函数F_TRANS利用居于它上面和下面的函数F_EXP和F_LINEAR的斜率中间的斜率，而图2C中的F_M函数以完全不同的原理工作，即，所有的点映射到末端点。

如上所述，可以以各种各样的方法利用操作者输入信号来帮助确定阈值计算器24的新颍性阈值输出信号。操作者输入信号还可以用来确定或者影响所有传输函数和/或用来确定图2A-2D中所示的各区域之间的边界的阈值。

视用于所述实施方案中的其它值而定，可以通过以下方法来实现线性斜率：按照1递减；按照大于1的整数递减；按照两个分数的幂递减；或者，根据概率函数按照1或两个分数的幂递减。后者按照小于1或者小于特定分散的数实现递减。这是利用与阈值发生器和比较器结合的随机数发生器来完成的。阈值发生器通过产生阈值来确定概率，然后，将该概率与随机数发生器的输出信号进行比较，以便确定所述概率是否得到满足。可以通过以迭代的方法和递归的方法实现VALUE_NEW＝VALUE_OLD*X/16来完成变化速率的指数衰变，其中，可以借助于操作者的输入信号来影响X。

虽然已经显示和描述了本发明的最佳实施例，但是，显然，对于本专业的技术人员来说，可以在不脱离本发明的更广泛的方面的情况下做出许多变化和修改。例如，在任何使用短语“与亮度相关的值”的地方，也可以代之以使用短语”与颜色相关的值”。因此，随后的权利要求书企图覆盖授予这项专利的各个国家的专利法允许的所有这样的变化和修改。

Claims (31)

1.一种对光栅显示数字存储示波器中光栅存储器的内容提供余辉衰变的方法，所述方法包括以下步骤：

把可以存储在光栅存储器每一个单元上的与亮度相关的内容的最大计数的全范围划分成两个区，最高区和最低区；以及

利用第一衰变函数来衰变具有处于所述最高区的衰变前数值的存储器单元与亮度相关的内容，而利用第二衰变函数来衰变具有处于所述最低区的衰变前数值的存储器单元与亮度相关的内容。

2.按照权利要求1的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第一衰变函数产生相对较快的衰变速率，而所述第二衰变函数产生相对缓慢的衰变速率。

3.按照权利要求2的提供余辉衰变的方法，其特征在于还包括以下步骤：

确定所述第一衰变函数应用于衰变前数值时所产生的各个减量值是产生仍旧处于最高区的更新值，还是产生处于最低区的更新值；以及

若特定的单个减量值的应用产生处于最低区的更新值，则把所述更新值限制为处于或接近最低区的顶部。

4.按照权利要求1的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述划分步骤的所述全范围被进一步划分，以便设置中间区，并使用第三衰变函数来衰变具有处于所述中间区的衰变前数值的存储器单元与亮度相关的内容。

5.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：由所述第三衰变函数产生的所述衰变速率是所述第一和第二衰变函数所产生的衰变速率的中间值。

6.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第一衰变函数产生相对较快的衰变速率，而所述第二衰变函数产生相对较慢的衰变速率。

7.按照权利要求6的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第三衰变函数产生的所述衰变速率是所述第一和第二衰变函数所产生的衰变速率的中间值。

8.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第三衰变函数所产生的所有更新值都大致等于确定最低区顶部的值。

9.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：这样选择所述中间区的范围，使得所述第一衰变函数产生的低于所述最高区范围的所述底部的任何更新值都处在所述中间区内。

10.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：与亮度相关的内容的所述最高区只用于再光栅化的异常波形。

11.按照权利要求10的提供余辉衰变的方法，其特征在于：与亮度相关的内容的所述最高区全都映射到显示器的同一亮度。

12.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：内容值的所述最低区在检测“新”象素方面用作计数器/计时器。

13.按照权利要求10的提供余辉衰变的方法，其特征在于：内容值的所述最低区在检测“新”象素方面用作计数器/计时器。

14.按照权利要求13的提供余辉衰变的方法，其特征在于：与亮度相关的内容值的所述最低区的每一个值都映射到与该存储器单元相关的光栅显示器象素中的0亮度。

15.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：用来衰变所述中间区存储器单元与亮度相关的内容的衰变函数提供最快的衰变速率。

16.按照权利要求10的提供余辉衰变的方法，其特征在于：用来衰变所述中间区存储器单元内容的所述衰变函数提供最快的衰变速率。

17.按照权利要求12的提供余辉衰变的方法，其特征在于：用来衰变所述中间区存储器单元所述内容的衰变函数提供最快的衰变速率。

18.按照权利要求12的提供余辉衰变的方法，其特征在于：数值的所述最高区是为突出异常波形而保留的。

19.按照权利要求1的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述划分步骤可以受操作者的输入的影响。

20.按照权利要求1的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第一衰变函数可以受操作者的输入的影响。

21.按照权利要求1的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

22.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述划分步骤可以受操作者的输入的影响。

23.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第一衰变函数可以受操作者的输入的影响。

24.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

25.按照权利要求4的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第三衰变函数可以受操作者的输入的影响。

26.按照权利要求6的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第一衰变函数可以受操作者的输入的影响。

27.按照权利要求6的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

28.按照权利要求12的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

29.按照权利要求13的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

30.按照权利要求16的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第三衰变函数可以受操作者的输入的影响。

31.按照权利要求17的提供余辉衰变的方法，其特征在于：所述第二衰变函数可以受操作者的输入的影响。

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