DE69737543T2

DE69737543T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung zeitabhängiger Bildeinzelheiten auf einer Rasteranzeige

Info

Publication number: DE69737543T2
Application number: DE69737543T
Authority: DE
Inventors: Maarten Vertregt; William Rey
Original assignee: Fluke Corp
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: EP0822416A3; DE69737543D1; US5929842A; EP0822416A2; EP0822416B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Anzeigesysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen von Signalinformationen mit verbesserten Bildeinzelheiten auf einer Rasteranzeige, die begrenzte Helligkeitsstufen in einem elektronischen Messinstrument aufweist.
Oszilloskope sind eine Art Test- und Messinstrumente, die schon seit Jahren zum Messen und Anzeigen elektrischer Signale als Verlaufsgraphen verwendet werden. Oszilloskope werden üblicherweise in zwei Kategorien unterteilt, analog und digital, je nach der in dem Instrument verwendeten Technologie. Das Verfahren zum Messen und Anzeigen elektrischer Signale der analogen und digitalen Technologiekategorien unterscheidet sich stark und jede Technologie hat jeweils Vor- und Nachteile. Ein elektrisches Signal, das gemessen werden soll, wird in dem Messinstrument mit einem Eingangsterminal verbunden und wird zu einem Eingangssignal.
Analoge Oszilloskope messen und zeigen das Eingangssignal an, indem ein Elektronenstrahl vertikal als Funktion der Amplitude des elektrischen Signals verlagert wird, während der Strahl mit einer Wobbelgeschwindigkeit von einer Seite einer Bildröhre (CRT) zur anderen läuft. Das Muster, das auf dem Leuchtstoff der Bildröhre aufgezeichnet ist, wird in den Augen des Benutzers des Oszilloskops integriert, so dass der gesamte Verlaufsgraph gesehen werden kann. Der Leuchtstoff der Bildröhre wird dahingehend ausgewählt, dass er eine Nachleuchtdauer hat, die lang genug ist, so dass diese Integration bei verschiedenen Wobbelgeschwindigkeiten möglich ist.
Analoge Oszilloskope haben meistens einen langen Messzyklus. Unter dem Messzyklus versteht man das Verhältnis der Messzeit zu der Zeit, die für die Verarbeitung der Messung aufgewendet wird, und auch als „Totzeit" bezeichnet wird. Der Großteil der Totzeit des analogen Oszilloskops ist die Zeit, zu der der Elektronenstrahl von dem Ende eines Durchlaufs wieder zum Anfang zurückkehrt, um einen weiteren Durchlauf zu starten. Ein hoher Messzyklus ist wünschenswert, damit so viele Messinformationen wie möglich angezeigt werden, da Informationen von dem Eingangssignal, die während der Totzeit eingehen, verloren gehen. Bei höheren Wobbelgeschwindigkeiten wird die Anzeige des analogen Oszilloskops sehr schnell aktualisiert, wodurch der angezeigte Verlaufsgraph „lebendig" aussieht, so dass der Benutzer umfangreiche Informationen aus dem Eingangssignal ablesen kann, insbesondere in Situationen, in denen komplexe Eingangssignale vorliegen, die während einer Messzeit erhebliche Abweichungen aufweisen. Da analoge Oszilloskope zahlreiche Informationen zu dem Eingangssignal anzeigen und über einen hohen Messzyklus verfügen, sind sie ein gutes, qualitatives Werkzeug.
Bei digitalen Speicheroszilloskopen (DSO) wird das Eingangssignal in einzelne, digitale Proben digitalisiert, wobei ein Analog-Digital-Wandler (ADC) verwendet wird, der die digitalen Proben in einem Trace-Speicher speichert und die digitalen Proben dann in einem Trace-Speicher in grafische Spuren umwandelt, so dass sie danach als grafisches Bild dargestellt werden können, normalerweise auf einer Rasteranzeige. Eine Rasteranzeige verwendet normalerweise eine zweidimensionale Anordnung oder Matrix aus Bildelementen (Pixel), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei jedem Pixel ein Helligkeitswert zugeordnet ist. Eine typische Rasteranzeige umfasst Hunderte von Zeilen und Spalten, mit denen ein Anzeigebild erschaffen wird, wobei die Aktualisierungsgeschwindigkeit der Rasteranzeige unabhängig von der Wobbel- oder Messgeschwindigkeit ist.
DSOs haben einen Vorteil gegenüber analogen Oszilloskopen, da sie Berechnungen zu den gespeicherten, digitalen Proben speichern, abrufen und durchführen können. Aus diesem Grund sind DSOs gute, quantitative Werkzeuge für das genaue Messen der Spannung und Zeitmerkmale des Eingangssignals. Doch der Messzyklus und die Aktualisierungsgeschwindigkeit von DSOs sind meistens wesentlich geringer als bei analogen Oszilloskopen. In einem DSO steht die höchstmögliche Messgeschwindigkeit nur zur Verfügung, wenn der Trace-Speicher gerade angefüllt wird, und die ausstehende Zeit Totzeit ist, in der die digitalen Proben verarbeitet werden. Obwohl das DSO ein gutes, quantitatives Werkzeug ist, ist es als qualitatives Werkzeug zum Veranschaulichen des Echtzeit-Verhaltens des Eingangssignals weniger gut geeignet, da sein Messzyklus relativ gering ist.
Eine einzige Erfassung des Eingangssignals in einer vorbestimmten Erfassungszeit erzeugt eine Ansicht des elektrischen Signals in dem räumlichen Bereich, der der Abweichung der Amplitude des Eingangssignals im Vergleich zur Erfassungszeit entspricht. Ein komplexes elektrisches Signal kann bei mehreren Erfassungen in dem zeitlichen Bereich Abweichungen aufweisen, die der Abweichung der Amplitude im Vergleich zur Erfassungsanzahl entsprechen. Somit kann das sich ändernde Verhalten des elektrischen Signals in dem zeitlichen Bereich über mehrere Erfassungen hinweg erfasst werden, die dann als Anzeigebild gespeichert werden. Das Anzeigebild ist somit eine Funktion der Erfassungszeit, die konstant bleibt, und der zeitlichen Zeit, die so lang ist, wie erwünscht, und im Hinblick auf die Anzahl der Erfassungen gemessen wird.
Seit kurzem gibt es eine neue Messweise für DSOs, die die Aktualisierungsgeschwindigkeit und den Messzyklus verbessert. Bei dieser Messweise werden digitale Proben unmittelbar nach Eintreffen von dem ADC in Pixelinformationen umgewandelt, so dass ein Anzeigebild von mehreren Erfassungen erstellt werden kann. Aufgrund des höheren Messzyklus gleicht das Anzeigebild mehr dem eines traditionellen analogen Oszilloskops, da es ein qualitatives Bild des elektrischen Signals bereitstellt.
Da das Anzeigebild jedoch nur in Form von Pixelinformationen und nicht als tatsächliche Messwerte gespeichert wird, wird der qualitative Wert des Anzeigebilds verringert, da genaue Messungen nicht möglich sind. Da die verschiedenen Erfassungen mithilfe einer begrenzten Anzahl von Pixeln in der Rasteranzeige abgebildet werden müssen, wobei jeder Pixel eine begrenzte Anzahl an Helligkeitsstufen aufweist, wurden verschiedene Verfahren zum Erstellen des Anzeigebilds entwickelt, wobei die zeitlichen Informationen bei verschiedenen Erfassungen des elektrischen Signals bewahrt werden. DSOs des Standes der Technik verwenden normalerweise Falschfarben, um die Häufigkeit darzustellen, wie oft bei verschiedenen Erfassungen auf ein bestimmtes Pixel zugegriffen wurde. Auf diese Weise können einmalige Signale und seltene Unregelmäßigkeiten durch eine andere Farbe als die eines periodischen Signals, das bei verschiedenen Erfassungen im Wesentlichen dasselbe zeitliche Verhalten aufweist, hervorgehoben werden.
Immer mehr DSOs werden als tragbare, in der Hand zu haltende, batteriebetriebene Instrumente entworfen, die oft Technologie zur Flüssigkristallanzeige (LCD) enthalten. Verfügbare LCD-Technologie bietet effektiv nur vier Helligkeitsstufen, normalerweise in einer einfarbigen LCD-Anzeige. Stromverbrauch, Ausmaße sowie Helligkeit und Auflösung der LCD-Anzeige sind wichtige Faktoren bei dem Entwurf eines tragbaren DSO. Gleichzeitig ist es für DSOs unbedingt erforderlich, die Vorteile ihrer Gegenstücke, der analogen Oszilloskope, bieten zu können, die verhältnismäßig hohe Aktualisierungsgeschwindigkeiten und die Fähigkeit aufweisen, strukturelle Einzelheiten komplexer Eingangssignale mit hoher Abweichung in dem zeitlichen Bereich wahrzunehmen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein verbesser tes Verfahren zur Anzeige des Bilds des zeitlichen Bereichs eines elektrischen Signals mit erweiterten Bildeinzelheiten bereitzustellen, wobei eine begrenzte Anzahl von Helligkeitsstufen für jeden Pixel verwendet wird, und adaptive Prozesse verwendet werden, die die Pixel auswählen und jeder Helligkeitsstufe durch vorbestimmte Teile jeder Spalte jedes Durchlaufs zuweisen. Es ist ferner wünschenswert, dass die aktuellen Helligkeitsstufen adaptiv mit den vergangenen Helligkeitsstufen kombiniert werden können, um ein zusammengesetztes Signal effektiv anzeigen zu können, das sowohl auf den aktuellen als auch auf den vergangenen Merkmalen des Signals beruht.
WO-A-96/37785 beschreibt ein Rasteranzeigesystem, in dem jeder Punkt, der eine anzuzeigende Struktur darstellt, einem Pixel zugeordnet ist, wobei ein stochastisches Verfahren angewendet wird, bei dem die Wahrscheinlichkeit der Zuordnung eines Punkts zu einem Pixel von der Position des Punktes hinsichtlich des Pixels abhängt. Zudem werden gesammelte Pixelwerte durch ein Verfahren, das festgelegten Anteilen der Pixel die Zuordnung desselben Grauwerts ermöglicht, in eine begrenzte Anzahl an Grauwerten umgewandelt.
WO-A-97/44677 beschreibt die Anzeige eines digitalen Oszilloskops, die eine unterschiedliche Dauer der angezeigten Daten ermöglicht, die durch Erhöhung eines Füllungszählers angesammelt werden, so dass der Abfall für jede Amplitude-/Zeitkombination in den Daten proportional ist. Farbliche Abgrenzungen der Pixel werden dynamisch aktualisiert. Sättigungsstufen für die Anfüllung werden in Übereinstimmung mit den Teilen der Signale ausgewählt, die jeweils von Interesse sind.
EP-A-0 738 089 offenbart ein Oszilloskopsystem, das aufeinander folgende Probedatensätze speichern kann. Jeder Probedatensatz wird angezeigt. Erreicht die Anzahl der Probedatensätze einen Grenzwert, werden die ältesten Probedaten entfernt, um Platz für die nächsten Probedatensätze zu schaffen. Die Messdaten werden in Übereinstimmung mit einem Verfahren, das die Eintretenshäufigkeit der Daten berücksichtigt, in Helligkeitswerte umgewandelt.
EP-A-0 677 746 offenbart ein digitales Oszilloskop, in dem neue und alte Messdaten kombiniert werden, und die Pixelwerte des sich daraus ergebenden Bildes verringert werden, um eine analoge Dauer zu simulieren. Die alten und neuen Daten werden mithilfe eines O-Ringes kombiniert. Für jede Erfassung wird ein Zähler verwendet, um festzulegen, ob die Daten sich ausreichend von den vorherigen Daten unterscheiden. Ist ein ausreichender Unterschied vorhanden, werden keine weiteren Erfassungen durchgeführt.
US-A-5 283 596 offenbart ein Oszilloskop mit einer Anzeige, die eine fortlaufende Dauer darstellt, die durch die Verringerung der Werte verursacht wird, die die Pixel darstellen. Der Benutzer kann das Dauerverhalten ändern. Im Rahmen einer Verringerung werden Werte in den Pixeldatenfeldern bei einer variablen Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der ausgewählten Dauerzeit verringert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der Erfindung werden in den beiliegenden Ansprüchen erläutert, wobei Anspruch 1 die wesentlichen Merkmale aufführt.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Anzeige digitaler Proben in Form eines Rasteranzeigebilds mit erweiterten Bildeinzelheiten bereitgestellt, unter Verwendung einer begrenzten Anzahl von Helligkeitswerten. Es wird ein Rasteranzeigegerät verwendet, um ein Bild anzuzeigen, das im Anzeigespeicher als Pixel gespeichert ist, die nach Zeile und Spalte angeordnet sind. Digitale Proben werden in einem Intensitätsspeicher gespeichert, der normalerweise mit den Zeilen und Spalten der Rasteranzeige verknüpft ist.
Digitale Proben eines Eingangssignals, das an mehreren Eingangsterminals eines DSO vorliegt, werden mit einer verhältnismäßig hohen Abtastrate abgetastet. Jedes Triggerereignis erstellt einen Durchlauf von Proben in den Spalten des Intensitätsspeichers. In jeder Spalte werden die digitalen Proben interpoliert und als Pixelinformationen in dem Intensitätsspeicher mit hoher Auflösung gespeichert.
Anhand eines adaptiven Abbildungsprozesses werden die Intensitätsinformationen hoher Auflösung als Helligkeitsinformationen niedriger Auflösung zur Speicherung in einem Anzeigespeicher abgebildet, um Bildeinzelheiten zu maximieren. Eine gleiche Anzahl an Pixeln von jeder der vier Helligkeitsstufen von hell bis dunkel wird jeder Spalte des Durchlaufs abhängig von der Verteilung der Intensitätsinformationen adaptiv zugeordnet.
Ein adaptiver Prozess zur Neukombination kombiniert vergangene und aktuelle Helligkeitsinformationen, so dass die Bildeinzelheiten am besten bewahrt werden, wenn sich das zeitliche Verhalten des Eingangssignals verändert. Eine zusammengesetzte Messgröße wird auf Grundlage der vergangenen Pixelinformationen entwickelt, die zuvor in dem Helligkeitsspeicher gespeichert wurden. Die aktuellen und vergangenen Helligkeitsinformationen werden auf eine Weise kombiniert, die von der zusammengesetzten Messgröße bestimmt wird, so dass die Bildeinzelheiten möglichst effektiv bewahrt werden.
Ein Rasteranzeigengerät wird verwendet, um das Bild anzuzeigen, das im Anzeigespeicher als Helligkeitsstufen und als Pixel gespeichert ist, die nach Zeile und Spalte angeordnet sind. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rasteranzeigegerät um eine Flüssigkristallanzeige (LCD) mit vier Helligkeitsstufen, von weiß, hellgrau, dunkelgrau bis schwarz.
Im Folgenden wird als Beispiel eine Anordnung beschrieben, die die Erfindung verkörpert, mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen.
KURZDARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B umfassen zusammen eine Darstellung des Prozesses zum Messen, Kombinieren und Anzeigen eines Eingangssignals als Rasteranzeigebild gemäß dem Stand der Technik;
2 stellt ein Blockdiagramm eines digitalen Speicheroszilloskops gemäß dem Stand der Technik dar;
3 stellt ein Blockdiagramm eines digitalen Speicheroszilloskops dar, das einen Anzeigeprozessor beinhaltet, umfassend eine Vorrichtung zum Anzeigen erweiterter Bildeinzelheiten gemäß der Erfindung;
4 stellt eine dreidimensionale Veranschaulichung eines typischen, komplexen Signals in Form eines Videotestsignals dar, das durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit erweiterten Bildeinzelheiten angezeigt werden kann;
5 stellt eine Veranschaulichung eines Videotestsignals von 4 dar, so wie es auf einem typischen analogen Oszilloskop gemäß dem Stand der Technik angezeigt werden würde;
6 stellt ein Rasteranzeigebild des Videotestsignals von 4 dar, von dem digitalen Speicheroszilloskop gemessen und von der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit erweiterten Einzelheiten angezeigt;
7 stellt ein Blockdiagramm des Anzeigeprozessors von
3 gemäß der Erfindung dar, das einen ersten und einen zweiten adaptiven Prozess beinhaltet;
8A und 8B stellen Schaubilder dar, die gemeinsam den Ablauf des ersten adaptiven Prozesses von 7 veranschaulichen, indem die Abbildung von Intensität und Helligkeit gemäß dem Eingangssignal dargestellt wird;
9 stellt ein Schaubild dar, das den Ablauf des zweiten adaptiven Prozesses von 7 darstellt, indem die verschiedenen Steuerungszustände generiert werden; und
10A–D umfassen gemeinsam eine Reihe von Funktionstabellen, die zur Kombination von vergangenen und aktuellen Helligkeitsstufen gemäß den Steuerungszuständen in 9 verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Eingangssignal 10, das beispielhaft als Sinussignal veranschaulicht ist. Die meisten der analogen und digitalen Oszilloskope können ein Sinussignal anzeigen, da der zeitliche Bereich nur geringe Abweichungen aufweist. Es werden nacheinander mehrere Durchläufe 12, 14, 16 und 18 durchgeführt, jeweils mit einer Durchlaufzeit t, während der gesamten Periodendauer T für eine Gesamtdurchlaufzeit von 4t. Die Zeit zwischen den Durchläufen 12, 14, 16 und 18 ist Totzeit. Das Verhältnis der Durchlaufzeit zur gesamten Periodendauer ist der Messzyklus.
Wenn das Eingangssignal 10 ein einmaliges Ereignis 20 aufweist, wie dargestellt, ist es wünschenswert, dass der Messzyklus des Oszilloskops so hoch wie möglich ist, um die Wahrscheinlichkeit der Erfassung des einmaligen Ereignisses 20 zu maximieren.
1B veranschaulicht ein Rasteranzeigebild, das ein zusammengesetztes Anzeigebild 22 des Eingangssignals 10 aufzeigt, das in den Durchläufen 12, 14, 16 und 18 erfasst wurde. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, können verschiedene Oszilloskoptechnologien verwendet werden, um Bilder, die in den Durchläufen 12, 14, 16 und 18 erfasst wurden, zu kombinieren, so dass sie das zusammengesetzte Anzeigebild 22 bilden. Das einmalige Ereignis 20 kann als zeitliche Abweichung hervorgehoben werden, indem die verfügbaren Helligkeitsstufen der Anzeige verwendet werden.
2 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines digitalen Speicheroszilloskops (DSO) gemäß dem Stand der Technik dar. Das Eingangssignal 10 wird mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 30 verbunden, der mehrere digitale Proben erstellt, die in dem Trace-Speicher 32 gespeichert werden. Nachdem eine vollständige Spur als Durchlauf gesammelt worden ist, werden die Informationen der Spur in Pixelinformationen umgewandelt und in einen Anzeigespeicher 34 übermittelt, so dass die Spur auf der Anzeige 36 als Schreibspur erscheint. Dieses Verfahren zur Messung und Anzeige, das oft auf Methoden zur Sammlung periodischer, digitaler Proben beruht, bietet einen detaillierten Verlaufsgraphen des Eingangssignals 10 in dem räumlichen Bereich, jedoch mit einem verhältnismäßig geringen Messzyklus. Ist das Eingangssignal 10 nicht periodisch oder ist es komplex und weist eine große zeitliche Abweichung auf, wird dieses Verfahren beeinträchtigt, da ein wesentlicher Teil der Signalinformationen während der Totzeit verloren geht.
3 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines DSO dar, wobei gemäß der Erfindung nach dem Trace-Speicher 32 ein Anzeigeprozessor 38 hinzugefügt ist. Das Eingangssignal 10 wird mit dem ADC 30 verbunden, der dem Anzeigeprozessor 38 digitale Proben 40 zur Verfügung stellt. Der Anzeigepro zessor 38 wandelt die digitalen Proben 40 über den Trace-Speicher 32 in Pixelinformationen um, wobei die eingehenden digitalen Proben 40 in dem Anzeigespeicher 34 abgelegt werden, damit sie auf der Anzeige 36 angezeigt werden. Der Anzeigeprozessor 38 verarbeitet die Pixelinformationen von verschiedenen Durchläufen, um das zusammengesetzte Bild 22 mit erweiterten Einzelheiten anzuzeigen, gemäß der Erfindung, wie nachfolgend detaillierter erläutert.
4 stellt eine dreidimensionale Veranschaulichung eines Eingangssignals 10 in Form eines Videotestsignals dar, in verschiedenen Durchläufen gemessen. Videosignale, die Gleichlaufsignale, Chrominanzinformationen und Luminanzinformationen enthalten, sind typisch für komplexe Signale, die oft von dem Oszilloskop gemessen werden. Eine vollständige Videosequenz umfasst gemäß dem nordamerikanischen NTSC-Standard 525 Halbbilder oder 625 Halbbilder gemäß dem europäischen PAL-Standard. Bei einer Videosequenz ist eine große zeitliche Abweichung der Halbbilder möglich. Es ist wünschenswert, dass so viele Informationen wie möglich über die Abweichung in dem zeitlichen Bereich der gesamten Videosequenz angezeigt werden.
Die Durchläufe 51, 52, 54, 56 und 58 stellen eine charakteristische Probe von Arten von Halbbildern grafisch dar, die in einer einzigen Videosequenz vorkommen können. Der Durchlauf des Messinstruments ist synchronisiert, so dass jedes Halbbild einzeln gemessen wird. Die Durchläufe 51, 52, 54, 56 und 58 werden durch Amplitude im Vergleich zur Durchlaufzeit definiert. Entlang der Achse mit den Nummern der Durchläufe werden die Durchläufe 51, 52, 54, 56 und 58 nacheinander gemessen und kombiniert, um das zusammengesetzte Bild 22 zu formen. Die Achse mit den Nummern der Durchläufe stellt deshalb die zeitliche Abweichung des Eingangssignals im Zeitverlauf dar.
5 veranschaulicht das Eingangssignal 10 von 4 in der Form eines Videotestsignals für eine vollständige Videosequenz, die gemäß dem Stand der Technik auf diese Art normalerweise auf einem analogen Oszilloskop angezeigt werden würde. Das analoge Oszilloskop hat den Vorteil, dass es eine verhältnismäßig komplexe Struktur mit einem verhältnismäßig großen Umfang an zeitlicher Abweichung anzeigen kann, umfassend mehrere Durchläufe des Eingangssignals 10, so dass dem Benutzer des Oszilloskops zahlreiche Informationen über das Eingangssignal 10 angezeigt werden können.
6 stellt ein zusammengesetztes Anzeigebild, das mithilfe von mehreren Durchläufen entwickelt wurde, auf einer Rasteranzeige eines DSO dar, mit einem Anzeigeprozessor, umfassend eine Vorrichtung gemäß der Erfindung. Der Anzeigeprozessor 38 (wie in 3 dargestellt) entwickelt ein erweitertes Bild, das die Abweichungen der zeitlichen Abweichungen des Eingangssignals 10 genauer darstellt, indem die begrenzten Helligkeitsstufen der Pixel in einer Rasteranzeige auf optimale Weise zugeordnet werden, indem der erste und zweite adaptive Prozess verwendet werden. Wie dargestellt, hat die Rasteranzeige vier Helligkeitsstufen, darunter weiß, hellgrau, dunkelgrau und schwarz. Die Rasteranzeige muss mindestens zwei Helligkeitsstufen umfassen, damit die Erfindung funktioniert, vorzugsweise sollte sie mehr als zwei Helligkeitsstufen umfassen. Helligkeitsstufen können mithilfe von Farben angezeigt werden und die Erfindung kann entsprechend angepasst werden, so dass Farbanzeigen genutzt werden können.
Der verhältnismäßig hohe Messzyklus ermöglicht, dass mehr Informationen des Eingangssignals 10 erfasst werden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gleicht das zusammengesetzte Anzeigebild von 6 mehr dem Oszilloskop von 5, und, wie bei einem DSO mit einem Anzeigeprozessor 38, ist die Anzeige von weiteren Bildeinzelheiten auf einer Anzeige mit begrenzten Helligkeitsstufen möglich. Der erste und zweite adaptive Prozess in dem Anzeigeprozessor 38 ermöglichen die optimale Nutzung der begrenzten Helligkeitsstufen der Anzeige 36, so dass die Struktur des Eingangssignals 10 deutlicher aufgezeigt werden kann, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
7 stellt gemäß der Erfindung ein detaillierteres Blockdiagramm mit dem Anzeigeprozessor 38 und dem Anzeigespeicher 34 dar, als in 3 angezeigt. Die digitalen Proben 40 stammen von dem ADC 30 in der bevorzugten Ausführungsform und werden in Differenzwerte der Proben umgewandelt, um die Änderungsgeschwindigkeit der Signalamplitude im Vergleich zur Erfassungszeit des räumlichen Bereichs zu erfassen. Die digitalen Proben 40 können von einer beliebigen digitalen Quelle stammen, beispielsweise aus gespeicherten Verlaufsgraphen oder anderen Messstationen, wie von einem Häufigkeitschronometer, der mehrere Durchläufe grafisch anzeigen kann, und eine gemeinsame Durchlaufzeit teilt. Die digitalen Proben 40 können auch als Messwerte anstelle von Differenzwerten vorliegen, je nach Anforderungen der Anwendung.
Die digitalen Proben 40 kommen in einen Intensitätsspeicher 50, der nach Zeilen und Spalten angeordnet ist, wobei sich Intensitätsbehälter vertikal in jeder Spalte befinden. In jedem Intensitätsbehälter kann eine vorbestimmte Menge digitaler Proben 40 gespeichert werden, die jeweils einem Intensitätsbehälter zugeordnet werden. Für das Zuordnen jeder digitalen Probe 40 in eine bestimmte Spalte und Zeile in dem Intensitätsspeicher 50 kann ein Interpolationsprozess (nicht dargestellt) angewendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform kann jeder Intensitätsbehälter bis zu 2¹² (12 Bit) an Intensitätsinformationen speichern. Je nach verfügbarer Speichertiefe und Kosten der Komponente sowie des dynamischen Bereichs, der erforderlich ist, um die gewünschten Informationen zu dem Eingangssignal 10 zu speichern, können mehr oder weniger Bits für die Intensitätsbehälter ausgewählt werden. Während eines Durchlaufs wird eine vorbestimmte Anzahl digitaler Proben 40 gesammelt, je nach Abtastrate des ADC 30, die dann den Intensitätsbehältern innerhalb der Spalte zugewiesen werden, wobei der Durchlauf von Spalte zu Spalte und von links nach rechts verläuft.
Die Anzahl an Spalten in dem Intensitätsspeicher 50 kann von nur einer Spalte bis hin zu so vielen, wie Spalten in der Anzeige enthalten sind, variieren und hängt von den Kosten der Komponente im Vergleich zu der Durchsatzleistung und der Funktionalität ab. In der bevorzugten Ausführungsform wurden drei Spalten ausgewählt, so dass Helligkeitsstufen vor und nach der aktuellen Spalte auf Grundlage der Abweichungen in dem räumlichen Bereich zugewiesen werden können.
Die 12 Bit Intensitätsinformationen hoher Auflösung müssen für das Anzeigebild in 2 Bit Helligkeitsinformationen niedriger Auflösung umgewandelt werden. Diese Umwandlung findet sehr schnell statt, so dass nur wenige Spalten für die hohe Auflösung erforderlich sind. Auf die Intensitätsinformationen hoher Auflösung wird ein adaptiver Prozess 100 angewendet, um Helligkeitsinformationen niedriger Auflösung als adaptiven Abbildungsprozess herzustellen.
Eine adaptive Helligkeitsabbildung ist erforderlich, da die moderne Anzeigetechnologie eine Helligkeitsauflösung über acht Bits hinaus (256 Ebenen) nicht problemlos ermöglicht. Zudem nimmt das menschliche Auge geringfügige Helligkeitsabweichungen kaum wahr und es ist schwierig, niedrigere Helligkeitsstufen wahrzunehmen, so dass eine erweiterte Helligkeitsauflösung in der Anzeige 36 unnötig ist. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Anzeige 36 um eine Flüssigkristallanzeige (LCD), die vier Hellig keitsstufen verwendet, darunter weiß, hellgrau, dunkelgrau und schwarz. Andere Anzeigetechnologien, darunter Farbanzeigen, können aufgrund der oben erwähnten, wesentlichen Begrenzungen der Helligkeitsauflösung entsprechend angepasst werden, um die Erfindung zu nutzen.
Der adaptive Prozess 100 bearbeitet jeweils eine Spalte und bildet die Intensitätsinformationen in hoher Auflösung gemäß einer statistischen Analyse des Eingangssignals als Intensitätsinformationen niedriger Auflösung ab. Es ist wünschenswert, vorbestimmte Teile hellgrauer, dunkelgrauer und schwarzer Pixel innerhalb einer Spalte anzuzeigen, damit erweiterte Bildeinzelheiten angezeigt werden. In der bevorzugten Ausführungsform stimmen die vorbestimmten Teile der hellgrauen, dunkelgrauen und schwarzen Pixel mit den übrigen weißen Pixeln überein, sofern keine Pixel zugeordnet wurden. Sofern gewünscht, können auch andere vorbestimmte Teile und Verteilungen der Helligkeitsstufen ausgewählt werden. Die gleichmäßige Verteilung der Helligkeitsstufen der Pixel wird erreicht, indem die Abbildung von Intensität und Helligkeit auf Grundlage der Verteilung der Intensitätsstufen in den Intensitätsbehältern dynamisch geändert wird. Die Wahl der Verwendung von weißen oder schwarzen Pixeln für die übrigen Pixel erfolgt willkürlich und ist ebenfalls wünschenswert.
8A (nicht maßstabgetreu) stellt eine Abbildung von Intensität und Helligkeitsstufe dar, wobei für die Streuungsmaße Q2 und Q3 Stufen ausgewählt sind, die bei einer Kurve 200 gleichmäßige Bereiche 202, 204 und 206 bieten. Bei der vierten Helligkeitsstufe, beispielsweise der weißen Helligkeitsstufe, handelt es sich um eine willkürlich ausgewählte Standardstufe der Bereiche der Anzeige 36, wenn kein Signal vorliegt. Der Verlauf der Kurve 200 stellt die Verteilung der Werte der Intensitätsbehälter dar, die Werte von 0 bis 4095 annehmen können. Der Verlauf der Kurve 200 ist unwichtig, da der adaptive Prozess 100 die Verteilung von Pixeln nur in dem Bereich unter der Kurve 200 anordnet, unabhängig von ihrem Verlauf. Die Bereiche 202, 204 und 206 stimmen durch die entsprechenden Einstellungen der Streuungsmaße Q2 und Q3 über.
Die Kurve 200 kann das Eingangssignal 10 darstellen, das zahlreiche Inhalte mit hoher Häufigkeit enthält, so dass die digitalen Proben 40 über eine verhältnismäßig große Anzahl verschiedener Intensitätsbehälter zugeordnet werden, so dass die Eintretenshäufigkeit bestimmter Intensitätsbehälter verhältnismäßig niedrig ist. In dieser Situation ist es wünschenswert, dass die Streuungsmaße Q2 und Q3 niedriger angesetzt werden, um erweiterte Bildeinzelheiten zu erfassen. Die Inhalte mit hoher Häufigkeit werden wahrscheinlich hervorgehoben, indem sie den Helligkeitsstufen 1 oder 2 zugewiesen werden, sie blenden die Inhalte mit niedriger Häufigkeit jedoch nicht aus, denen wahrscheinlich die Helligkeitsstufe 3 zugewiesen wird.
8B stellt dar, wie der adaptive Prozess 100 auf eine Änderung in der Abbildung der Intensität und Helligkeit auf Grundlage einer neuen Spalte mit Intensitätsinformationen reagiert. Eine Kurve 201, die einen anderen Verlauf als die Kurve 200 aufweist, erfordert eine neue Zuordnung und die Streuungsmaße Q2 und Q3 werden angepasst, um die Gleichheit der Bereiche 202, 204 und 206 zu erhalten.
Die Kurve 201 wird im Vergleich zur Kurve 200 verlagert und kann das Eingangssignal 10 darstellen, das zahlreiche Inhalte mit niedriger Häufigkeit enthält, so dass die digitalen Proben 40 einer verhältnismäßig geringen Anzahl verschiedener Intensitätsbehälter angeordnet werden, so dass die Eintretenshäufigkeit bestimmter Intensitätsbehälter verhältnismäßig hoch ist. In dieser Situation ist es wünschenswert, dass die Streuungsmaße Q2 und Q3 höher angesetzt werden, um erweiterte Bildeinzelheiten zu erfassen. Jetzt blendet der Inhalt niedriger Häufigkeit den übrigen Inhalt hoher Häufigkeit nicht aus, dem wahrscheinlich die Helligkeitsstufe 1 zugeordnet wird, während er selbst dank der Helligkeitsstufen 2 oder 3 deutlich sichtbar ist. Der adaptive Prozess 100 stellt somit einen Datenstrom aktueller Helligkeitswerte pro Spalte bereit, die für die aktuelle Spalte gleichmäßig nach Helligkeitsstufe abgestimmt sind. Durch die adaptive Veränderung der Streuungsmaße, wie oben beschrieben, ist die Abbildung der Helligkeitsstufen hoher Auflösung im Vergleich zu den Intensitätsstufen niedriger Auflösung möglich, ohne dass die Sichtbarkeit der Einzelheiten des zusammengesetzten Bildes 22 wesentlich beeinträchtigt wird.
Um noch einmal auf 7 zurückzukommen, wird dort ein adaptiver Prozess 102 dargestellt, der als adaptiver Prozess zur Neukombination dient, um jeden aktuellen Helligkeitswert mit einem vergangenen Helligkeitswert zu kombinieren, der sich bereits in der Anzeige 34 befindet, um einen neuen Helligkeitswert auf Grundlage des vergangenen Verhaltens des Eingangssignals 10 zu erhalten. Jeder neue Helligkeitswert wird mit dem Anzeigespeicher 34 verbunden. Die Anzeige 36 wird normalerweise als Anzeigeuntersystem verwendet, das die Inhalte des Anzeigespeichers 34 in einer Anzeigegeschwindigkeit liest, die unabhängig von der Wobbelgeschwindigkeit ist.
Eine Neukombination der aktuellen und vergangenen Helligkeitswerte, die durch den adaptiven Prozess 102 durchgeführt wird, ist erforderlich, da die Intensitätsdaten hoher Auflösung nicht für den gesamten Verlauf der vergangenen Durchläufe zur Verfügung stehen, die zur Erstellung des aktuellen Anzeigebilds verwendet werden. Der adaptive Prozess 102 entnimmt dem vergangenen zeitlichen Verhalten des Eingangssignals 10 aus den Pixelinformationen, die in dem Anzeigespeicher 34 gespeichert werden, eine zusammengesetzte Messgröße und verwendet diese zusammengesetzte Messgröße zur Erstellung von mehreren Steuerungszuständen, die festlegen, wie jeder aktuelle Helligkeitswert mit einem entsprechenden vergangenen Helligkeitswert kombiniert wird, um einen neuen Helligkeitswert zu erhalten. Unter Verwendung des Steuerungszustands wird ein angemessener Algorithmus zur Neukombination ausgewählt, der eine optimale Anzeige von Bildeinzelheiten ermöglicht, wobei das Anzeigebild sich aus vergangenen und aktuellen Helligkeitsstufen zusammensetzt.
9 stellt ein Schaubild dar (nicht maßstabgetreu), das die Wirkungsweise des adaptiven Prozesses 102 veranschaulicht, indem ein Steuerungszustand 300 als Funktion der Informationen der Helligkeitsstufen erstellt wird, die gemäß der Erfindung in dem Anzeigespeicher 34 gespeichert sind. Die Spur 302 mit der Bezeichnung δY ist die Führungsgröße der tatsächlichen Spalte des aktuellen Durchlaufs oder die maximale Differenz zwischen den Zeilenwerten der Intensitätsbehälter des Intensitätsspeichers 50. Es kann wünschenswert sein, die Spur 302 auszugleichen oder einen Tiefpassfilter anzuwenden, um eine stabilere zusammengesetzte Messgröße zu bewahren. Die Spur 304 mit der Bezeichnung AVG (δY) bezeichnet einen Durchschnitt der Spur 302. Die Länge, die zur Berechnung des Durchschnitts verwendet wird, spiegelt das zeitliche Verhalten des Signals über zahlreiche Spalten hinweg wider. Die Spur 306 mit der Bezeichnung δ²Y ist eine Ableitung der Spur 302.
Die Steuerungszustand 300 entsteht durch das Zusammenspiel der Spuren 302, 304 und 306 und enthält wahlweise einen von vier möglichen Zuständen. Der Zustand 2 wird ausgewählt, wenn die Ableitung der Spur 302, δ²Y, sich innerhalb vorbestimmter Begrenzungen befindet, die in dem Schaubild willkürlich als +1 und –1 bezeichnet werden. Liegt δ²Y innerhalb der vorbestimmten Begrenzungen, wird das zeitliche Verhalten der vergangenen Helligkeitsstufen als stabil definiert. In dieser Situation können die vergangenen und aktuellen Helligkeitsstufen mithilfe einer einfachen „OR"- Funktion kombiniert werden, wobei die höchste Stufe der vergangenen und aktuellen Helligkeitsstufen als neue Helligkeitsstufe ausgewählt wird. Die Helligkeitsstufe 3 wird willkürlich als die höchste Stufe in der bevorzugten Ausführungsform ausgewählt und stimmt mit der schwarzen Stufe überein.
Mehrere Steuerungszustände 300 können als zusammengesetzte Messgröße verwendet werden, um festzulegen, wie die vergangenen und aktuellen Helligkeitswerte gemäß einer Reihe von Funktionstabellen kombiniert werden sollen. Die Zustände 1, 3 oder 4 können ausgewählt werden, wenn δ²Y über die vorbestimmten Begrenzungen hinausgeht, was bedeutet, dass das zeitliche Verhalten der vergangenen Helligkeitsstufen einmalig ist und dass ein bedeutender Anstieg im Vergleich zu der Krümmung von δY besteht. Zur Auswahl der Zustände 1, 3 und 4 werden zwei Variablen verwendet. Zunächst wird die Polarität von δ²Y als positiv oder negativ festgelegt. Danach wird festgelegt, ob δY größer oder kleiner als AVG (δY) sein soll. Um beispielsweise zu dem Zustand 1 zu gelangen, wird die Polarität von δ²Y als negativ festgelegt und δY als kleiner als AVG (δY). Das heißt, dass derzeit die Helligkeitswerte nicht genügend hervorgehoben werden und dass die vergangenen und aktuellen Werte auf eine Weise kombiniert werden sollten, so dass die Hervorhebung der Helligkeit auf eine Weise gesteigert wird, die durch eine einfache OR-Funktion nicht unterstützt wird.
Um beispielsweise zu dem Zustand 3 zu gelangen, wird die Polarität von δ²Y als positiv festgelegt und δY als größer als AVG (δY). Das heißt, dass derzeit die Helligkeitswerte zu stark hervorgehoben werden und dass die vergangenen und aktuellen Werte auf eine Weise kombiniert werden sollten, so dass die Hervorhebung der Helligkeit auf eine Weise verringert wird, die durch eine einfache OR-Funktion nicht unterstützt wird.
Um beispielsweise zu dem Zustand 4 zu gelangen, wird die Polarität von δ²Y als positiv festgelegt und δY als kleiner als AVG (δY). Das heißt, dass die vergangenen und aktuellen Werte auf eine Weise kombiniert werden sollten, um die Hervorhebung der Intensität in einer Weise zu verringern, die durch eine einfache OR-Funktion nicht unterstützt wird. Die folgende Tabelle der Steuerungszustände fasst die Zuweisung der Zustände 1 bis 4 zusammen, auf Grundlage der Festlegungen des Zustands von δ²Y und des Werts von δY hinsichtlich AVG (δY), der dann verwendet wird, um die angemessene Funktionstabelle zu erhalten.
Tabelle der Steuerungszustände
Der adaptive Prozess 102 stellt die Anpassfähigkeit der Neukombination der Helligkeit für vergangene und aktuelle Helligkeitswerte zur Verfügung, indem der Steuerungszustand auf Grundlage der vergangenen Helligkeitsinformationen ausgewählt wird, die in dem Anzeigespeicher gespeichert sind. Nach Auswahl eines Steuerungszustands für jeden Helligkeitswert auf Grundlage der obigen Tabelle wird die entsprechende Funktionstabelle, auch als Algorithmus zur Neukombination bezeichnet, ausgewählt.
10A–D stellt vier Funktionstabellen dar, die das Ergebnis der Neukombination der vergangenen und aktuellen Helligkeitswerte regeln.
10B stellt die Funktionstabelle mit der Bezeichnung OR da, die dem Zustand 2 entspricht. Die logische OR-Funktion kombiniert den aktuellen Helligkeitswert mit dem vergangenen Helligkeitswert, indem der größere der vergangenen und aktuellen Helligkeitswerte ausgewählt wird, um einen neuen Helligkeitswert zu erhalten. Die OR-Funktion eignet sich am besten für die Kombination vergangener und aktueller Helligkeitsinformationen, wenn das zeitliche Verhalten des Eingabesignals sich bei mehreren Durchläufen nicht wesentlich ändert.
10A, 10C und 10D weichen bei den umrandeten Zahlen von der OR-Funktionstabelle in 10B ab. Durch Auswahl einer der Funktionstabellen OR, SUM, DECREMENT PAST und INTERMEDIATE wird eine adaptive Neukombination auf Grundlage des vergangenen zeitlichen Verhaltens des Eingangssignals 10 durchgeführt. Die adaptive Neukombination wird auf eine Weise durchgeführt, so dass so viele Bildeinzelheiten wie möglich bewahrt werden, wenn sich die Helligkeitsstufen bei den verschiedenen Durchläufen ändern, das heißt, dass sich das zeitliche Verhalten des Eingangssignals ändert. Die jeweilige Veränderung und Veränderungsgeschwindigkeit der vergangenen Helligkeitsinformationen wird von δ²Y erfasst sowie der Wert von δY hinsichtlich AVG (δY), der in der obigen Tabelle verwendet wird.
SUM wird verwendet, wenn die Helligkeitsstufen hervorgehoben werden müssen. Die Helligkeitsstufe 1 zwischen Vergangenheit und Gegenwart wird der neuen Helligkeitsstufe 2 zugeordnet. DECREMENT PAST wird verwendet, wenn die Intensität der vergangenen Helligkeitsdaten zu sehr hervorgehoben wird. Vergangene Helligkeitsinformationen der Stufe 3 werden auf Stufe 2 herabgesetzt, um die Hervorhebung abzuschwächen. INTERMEDIATE wird auch gewählt, um vergangene Helligkeitsstufen abzuschwächen, doch weniger stark, als das mit der Funktion DECREMENT PAST der Fall ist. Es können weitere Funktionstabellen können zusätzlich zu OR, SUM, DECREMENT PAST und INTERMEDIATE hinzugefügt werden, indem experimentiert wird, um eine optimale Neukombination auf Grundlage bestimmter Merkmale des Eingangssignals 10 zu erhalten.
Abgesehen von der Auswahl der Funktionstabellen können auch andere Verfahren zur Neukombination effektiv angewendet werden, insbesondere wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform mehr Helligkeitsstufen ausgewählt werden, so dass die Größe der Funktionstabellen rasch ansteigt. In einer anderen Ausführungsform kann ein proportionales Verfahren der Neukombination zwischen vergangenen und aktuellen Helligkeitsebenen angewendet werden. Anstelle der einzelnen Auswahl der Funktionstabellen können die vergangenen und aktuellen Helligkeitsebenen gemäß einer linearen Gleichung proportional kombiniert werden, der die zusammengesetzte Messgröße als unabhängige Variable zugrunde liegt. Eine proportionale Neukombination ist somit angemessen, wenn zahlreiche Helligkeitsebenen zur Verfügung stehen oder die Neukombination stärker gesteuert werden soll.
Es ist für Fachleute ersichtlich, dass die Einzelheiten der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vielfältig geändert werden können, ohne von der Erfindung im weiteren Sinne abzuweichen. Die adaptive Neukombination alter und neuer Helligkeitswerte kann beispielsweise in unterschiedlichem Ausmaß vorgenommen werden, z. B. mit Helligkeit und in Farbe, im Wesentlichen genauso wie oben beschrieben. Wie oben beschrieben, kann die Erfindung für mehrere oder wenigere Helligkeitsstufen angepasst werden. Aus diesem Grund wird der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

Vorrichtung zur Anzeige von Messdaten, die ein Eingabesignal darstellen, umfassend einen Anzeigespeicher (34), dessen Inhalt ein Anzeigebild definiert, Mittel (38), die die Daten dem Anzeigespeicher bereitstellen, und Mittel (102) zum Kombinieren des Inhalts des Anzeigespeichers (34) mit weiteren Messdaten, um den Inhalt zu aktualisieren, wobei das Anzeigebild aktuelle und vergangene Messdaten darstellt, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Erhalt einer zusammengesetzten Messgröße (300), abhängig von dem vergangenen zeitlichen Verhalten des Eingabesignals, sowie einem Mittel zur Verwendung der zusammengesetzten Messgröße (300), um die Art und Weise, auf die der Inhalt des Anzeigespeichers (34) mit weiteren Messdaten kombiniert wird, adaptiv zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messdaten, die dem Anzeigespeicher (34) bereitgestellt werden, Daten niedriger Auflösung sind, abgeleitet von Daten hoher Auflösung, die von einem Intensitätsspeicher (50) über mehrere Durchläufe empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zusammengesetzte Messgröße (300) die Art und Weise festlegt, in der der Inhalt des Anzeigespeichers mit den aktuellen Messdaten für diese Spalte kombiniert wird, und wobei die zusammengesetzte Messgröße von einem Unterscheidungssignal abgeleitet wird, das den Unterschied zwischen den Zeilenwerten in der Spalte aufeinander folgender Messungen darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zusammengesetzte Messgröße (300) auch auf dem Durchschnittswert des Unterscheidungssignals mehrerer Spalten und der Differenz des Unterscheidungssignals beruht.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die zusammengesetzte Messgröße verschiedene Steuerungszustände (300) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Kombinationsmittel (102) den Inhalt des Anzeigespeichers gemäß einer aus einer Reihe von Funktionstabellen ausgewählten Funktionstabelle, die für die verschiedenen Steuerungszustände (300) geeignet ist, mit weiteren Messdaten kombiniert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Reihe von Funktionstabellen OR, SUM, DECREMENT PAST und INTERMEDIATE umfasst, wie in der Beschreibung auf Seite 15 und 16 sowie in 10A bis D definiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kombinationsmittel (102) den Inhalt des Anzeigespeichers und weitere Messdaten auf proportionale Weise gemäß der zusammengesetzten Messgröße kombiniert.