JP2000028647A

JP2000028647A - 異常波形の自動的検出に反応する方法

Info

Publication number: JP2000028647A
Application number: JP11155317A
Authority: JP
Inventors: Steven K Sullivan; スティーブン・ケー・サリバン; Paul M Gerlach; ポール・エム・ガーラッチ
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: US6188384B1; KR20000005947A; CN1153974C; DE69921889D1; JP3590301B2; KR100703139B1; DE69921889T2; EP0962778A1; CN1238458A; EP0962778B1

Abstract

(57)【要約】【課題】デジタル・オシロスコープが自動的に検出し
た異常波形を操作者が容易に気づき、分析記録できるよ
うにする。【解決手段】異常波形を自動的に検出した後、強調し
た輝度、異なるカラー、又は強調した輝度及び異なるカ
ラーの両方で再ラスタ化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル・オシロ
スコープで取り込んだ波形から異常波形を検出して、こ
の異常波形検出に反応する方法、特に、かかる異常波形
を明るくしたり、カラーなどを用いて強調したりする方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル・オシロスコープは、一般にラ
スタ走査表示器を用いて、電気信号のアクティビティを
ユーザに示している。コンピュータ・スクリーン上で日
々見ているような各ラスタ走査表示器は、ピクセルの２
次元配列から構成されており、各ピクセルの位置は、行
番号及び列番号により唯一無二に定まる。かかる表示の
内、最も簡単で安価なものは、「単一ビット」表示であ
る。この単一ビット表示では、メモリから表示すべき情
報を導出するが、このメモリでは、各ピクセルに関連し
た輝度情報は、１ビットである。かかる表示において
は、情報の単一ビットは、そのビットに関連したピクセ
ルが「オン」であるか又は「オフ」であるかを決定す
る。「オン」は、所定値の輝度を用いてピクセルを明る
くすることを示し、「オフ」は、ピクセルが全く明るく
されないことを示す。

【０００３】単一ビット表示の代わりの一層複雑で高価
な表示は、マルチビット表示である。このマルチビット
表示は、輝度を可変できるし（「グレー・スケール」と
しても知られている）、又は、明るさの指標の代わりに
色を可変することもできる。可変輝度表示の各ピクセル
に関連したメモリの記憶位置には、輝度情報の多数ビッ
トが蓄積されている。この輝度情報は、可変輝度レベル
の番号を示し、これらレベルに応じてピクセルが照明さ
れる。単一ビット表示のピクセルと同様に、マルチビッ
ト表示のピクセルは、「オフ」、即ち、暗い状態を示す
が、単一値の明るさの代わりに、ピクセルは、多数の値
（ピクセル値）を有する。典型的には、利用可能な値の
数は、２^N−１である。なお、Ｎは、ラスタ・メモリの
各アドレスにおけるメモリの深さである。よって、例え
ば、深さが４ビットのラスタ走査メモリは、最大の明る
さまでの部分的明るさとしての１５レベルと、暗い状
態、即ち、「オフ」状態とを維持できる。ピクセル輝度
は、輝度又は明るさと同様に、異なる色にも変換でき
る。

【０００４】この膨大な量のデータにより、マルチビッ
ト表示は、特に、被観測電気信号が完全な繰り返しでは
なく、ある部分のアクティビティが他の部分よりも少な
い場合、この電気信号波形の動きに関してより多くの情
報を知らせることができる。カタヤマ等のアメリカ合衆
国特許第４９４０９３１号「シェーディング・トーン表
示を行うデジタル波形表示装置」は、デジタル可変輝度
表示を行うシステムを記載している。

【０００５】典型的には、デジタル・オシロスコープ
は、回路ノードに現れた電圧を周期的にサンプリングす
ることにより、そのノードにおける動きに関する情報を
取り込む。オシロスコープのプローブ先端をこのノード
に接触させ、このオシロスコープのプローブ及びフロン
ト・エンドは、その信号、若しくはこの信号の所定の分
圧値又は倍数値を正確に写し取り、アナログ・デジタル
変換器に供給する。このアナログ・デジタル変換器の出
力は、一連のマルチビット・データ・ワードであり、取
込みメモリに蓄積される。連続的に取り込まれたサンプ
ルは、取込みメモリ内の連続した関連アドレスに蓄積さ
れ、時間軸に関連付けられる。これらアドレスは、最後
には、時間軸に戻される。なお、これらアドレスの１つ
ずつが、オシロスコープのラスタ走査表示のｘ軸に沿っ
た水平距離として表される。

【０００６】典型的なデジタル・オシロスコープにおい
て、取込みメモリ記憶位置のデータ内容から導出した電
圧振幅値は、明るくされたピクセルの垂直位置（行番
号）を決定する一方、この取込みメモリのアドレスから
導出した時間値は、水平位置（列番号）を決定する。２
次元ラスタ・メモリの内容を形成するために、取込みメ
モリの記憶内容及びアドレスを展開する処理は、「ラス
タ化」として知られている。

【０００７】多ビット輝度情報は、また、アナログ状の
「残像（パーシステンス：persistence）」効果、即
ち、時間経過に伴って信号輝度を減衰することも可能に
する。古いアナログ・オシロスコープにおいて、残像
は、陰極線管（ＣＲＴ）の明るさの減衰であった。な
お、この減衰は、ＣＲＴの構成に用いた蛍光体と、ＣＲ
Ｔの異なる要素に供給した電圧との関数であった。デジ
タル・オシロスコープにおいて、残像減衰機能は、ある
アルゴリズムにより、照明された各ピクセルに関連した
輝度値を減少させることにより実現できる。ハントン等
のアメリカ合衆国特許第４５０４８２７号「ラスタ走査
表示用合成残像」は、ラスタ走査表示における輝度デー
タ値を疑似ランダムで減少させる方法を記載している。
ロング等のアメリカ合衆国特許第５２４５９８３号「ラ
スタ走査オシロスコープ表示用のデジタル合成グレー・
スケール」は、デジタル番号として蓄積した取込み波形
の残像状減衰のあるアプローチを記載している。アルパ
ット等のアメリカ合衆国特許第５３８７８９６号「適応
減衰によるラスタ走査表示」は、ピクセルの初期値を基
本にした計算に応じて、２つの方法の一方で、局部的ピ
クセルに対して動作するラスタ用システムを記載してい
る。

【０００８】多くのユーザにとって、特に、アナログ・
オシロスコープにいくらかの経験があるユーザにとっ
て、可変輝度（明度）は、被観測信号のアクティビティ
に関する情報を有効に伝えるものである。これらユーザ
の多くは、アナログ・オシロスコープに似ているいくつ
かの反応を非常に好む。例えば、アナログ・オシロスコ
ープは、水平掃引期間中に垂直偏倚（偏向）を行って、
プローブ先端における信号のアクティビティの実時間画
像を表示する。よって、垂直偏倚は、これら偏倚によっ
て発生したライン（輝線）の傾斜の逆関数として、本質
的に表示輝度を可変する。このようになるのは、ＣＲＴ
の陰極電子銃が「輝度」制御器の設定に依存する一定量
の電子を発生すると共に、単位時間当たりのトレースの
長さが、任意の特定掃引速度に関連したｘ軸距離により
最小に決まるが、任意及び総てのｙ軸平均偏倚により増
加するためである。また、ｙ軸偏倚は、対応するｘ軸距
離の大きな倍数にできるので、電子ビームが長い距離に
わたって拡がると、一定の利用可能な電子ビーム・エネ
ルギーは、大きな係数で減少したように見える。よっ
て、アナログ・オシロスコープでは、描くラインの輝度
が、そのラインの傾斜の逆関数として本質的に変化す
る。

【０００９】アナログ・オシロスコープや、波形スルー
プットの高いデジタル・オシロスコープでの更により望
ましい他の特徴は、他の点では繰り返しである信号内に
生じる間欠性信号異常を検出する能力である。「ライブ
・タイム」が短い古いデジタル・オシロスコープでは、
少なくともある種の間欠性信号アクティビティを検出す
るように設計された特別トリガ・モードがないと、間欠
性信号アクティビティの観測は不可能であった。アナロ
グ・オシロスコープでは、この間欠性異常信号の動きが
あることを示す微かなトレースを示す。もちろん、信号
も間欠性ならば、そのトレースの輝度が弱くなり、オシ
ロスコープの操作者は完全に見失ってしまうかもしれな
い。

【００１０】残像減衰機能をオフにすると、即ち、無限
残像にすると、単一ビット（オン／オフ）輝度情報のデ
ジタル・オシロスコープでは、繰り返しの高い波形と同
じ輝度で、即ち、オンの輝度で、稀な又は異常な波形を
表示する。多ビット・ラスタ・メモリを有するデジタル
・オシロスコープ、即ち、可変輝度（又は可変カラー）
の表示を行えるデジタル・オシロスコープでは、稀な波
形と、繰り返し波形とを視覚的に区別できる。しかし、
残像機能がオフになっていると、これらオシロスコープ
は、操作者が間欠性アクティビティに気づき分析するの
に充分な長期間にわたって、充分な輝度で、稀な事象を
正確に照明できない。

【００１１】本願出願人のテクトロニクスが発売してい
る最近のオシロスコープ製品では、操作者が、最新の個
別波形取込みと、以前に取り込んだ古い波形とを区別で
きるようになっている。ＴＤＳ３００型及びＴＤＳ２０
０型オシロスコープは、両方とも、２レベルの「オン
」と「オフ」とを用いる。なお、２レベルの「オン」
の各レベルは、異なる輝度レベルである。最も新しく描
画された波形は、「オン」輝度の最高レベルで示され
る。この最高レベルは、ＴＤＳ３００型オシロスコープ
では明るく、ＴＤＳ２００型オシロスコープでは黒であ
る。古い「履歴」波形は、低い２次輝度のレベル（ＴＤ
Ｓ３００型では、ほのかに暗く、ＴＤＳ２００型では、
グレイ）で表示される。履歴的な情報は、一連の取込み
の全期間にわたって、又は所定の残像時間にわたって、
２次輝度レベルに留まる。（本明細書で用いる用語「一
連の取込み」とは、同じ設定で、一連の独立したトリガ
に応答して、時間と共に、一連の個別の波形取込みを行
うことである。単一又は個別の「取込み」とは、単一の
トリガに応答して、１つの波形レコードを取り込むこと
を言う。）

【００１２】残像モードの簡単な形式は、比較的安価な
デジタル・オシロスコープにも含まれており、単一のス
クリーン上で信号の履歴を集めるのを容易にする。ま
た、簡略化したものでも、グリッチや、他の稀な事象を
見つけるのに、非常に役立つ。ＴＤＳ３００型は、残像
を集め消去する簡単な形式であり、これら総てを１個の
表示面で行う。ユーザは、所望の残像時間ｐを秒で設定
し、オシロスコープは、個別の波形取込みのラスタ化の
結果を、同じ表示面上に、ある時間だけ集める。時間ｐ
が経過すると、最新の取込みが最高輝度で表示される一
方、他の取込みの総てが、輝度の低下した他の信号レベ
ルで表示される。残像間隔ｐが満了した後、表示面全体
がクリアされて、同じ処理が繰り返される。このアプロ
ーチの欠点は、残像間隔ｐ内の任意特定の時点ｔにおい
て、その時までの履歴の観察可能な期間が、ユーザが選
択した時間間隔の最大に制限されること、即ち、ｔモジ
ューロｐ（t modulo p：時間間隔ｐの内の時点ｔ以後の
期間）に過ぎないことである。この間隔の終了付近で集
めた情報は、それを解析できる前に消えてしまう。よっ
て、表示スクリーンがクリアにされた後は、履歴情報を
全く見ることができない。

【００１３】ＴＤＳ２００型は、やや優れた多数プレー
ンでの収集及び消去を行うモデルである。このモデル
は、個別の波形取込みを単一の表示プレーンに集め、そ
れを消去して、再びそのプレーンを用いる代わりに、個
別の波形取込みを、選択した時間ｐの期間中に、Ｎ個の
独立した表示プレーンの内の１個に集める。そして、Ｎ
個の表示プレーンの総てを論理和処理して表示を行う。
ｐ／Ｎ秒ごとに、最も古い波形取込みを蓄積しているプ
レーンをクリアし、次の取込みの組（セット）を、最も
最近にクリアしたプレーンに集める。このアプローチが
優れているのは、任意の所定時間ｔにおいて、（ｐ−ｐ
／Ｎ＋（ｔｍｏｄｐ／Ｎ））秒の履歴をユーザが見る
ことができるためである。（なお、ｍｏｄは、moduloの
略である。）最新の波形取込み結果を蓄積しているプレ
ーンを最大レベルの輝度で表示する一方、他の論理和処
理されたプレーンを、単一の他の低いレベルの輝度で表
示する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、異常波形の
取込み及び検出に反応して、操作者がこれら異常波形に
容易に気づき、分析又は記録できる方法が望まれてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、特別な
輝度、又は異なるカラーを用いて、自動的に発見した異
常又は変則的な波形を強調するので、オシロスコープ操
作者がこれら異常に気づくのが容易である。高レベルの
輝度（又は対応するカラー）を異常波形ピクセルに適用
したり、比較的長時間にわたって異常波形ピクセルを高
レベル輝度（又は対応するカラー）に維持して、異常波
形のピクセルを強調できる。他の形式の反応において
は、単一異常波形の検出及び表示、又は、所定時間間隔
内の特定数のかかる波形の検出及び表示により、現在の
一連の個別取込みをこれ以上行うのを停止し、操作者の
分析のために表示を凍結する。さらに別の実施では、異
常又は変則的な波形の動きを含んだ波形の総ての取込み
を長期間波形蓄積領域に蓄積して、オシロスコープ操作
者が後で試験できるようにするか、又は分析ソフトウェ
アにより操作者が更に分析しながら一連の取込みを持続
することができる。

【００１６】本発明に関連した技術によれば、異常又は
変則的な波形が影響した新たなピクセルの数により、こ
れら異常又は変則的な波形を、より正常で高い繰り返し
の波形から自動的に区別する。「新たな」ピクセルの定
義は変動するが、その定義は、現在の一連の取込みの初
めから取り込んだピクセルの内、以前の取込みで描かれ
たピクセルと異なる任意の波形ピクセルのことである
か、又は、ラスタ・メモリに蓄積されたピクセル値（輝
度値又はカラー値）を減衰させる時間間隔の間において
減衰の影響を受けない波形ピクセルのことをいう（新た
なピクセルは減衰されないため）。ユーザ入力が「新た
な」ピクセルを定義する際に影響し、更に、ラスタ・メ
モリ内に蓄積された値に適用される減衰レートにも影響
して、異常波形の定義自体に影響する。ラスタ・メモリ
に蓄積された値を用いて、経過時間を測定できると共
に、表示内の特定ピクセルの輝度又はカラーを測定でき
る。

【００１７】本発明と関連した別の技術によれば、ピク
セル輝度に変換するために、ラスタ走査メモリに蓄積で
きる値の全体範囲を２個以上の領域にセグメント化す
る。各領域は、異なる残像減衰関数に関連する。どの残
像減衰関数を適用するかは、予め減衰（pre-decay）し
た輝度値が存在する領域に依存する。多数の減衰関数
が、種々の用途に適用できる。あるアプローチでは、頂
部（トップ）及び底部（ボトム）レベルの減衰レート
が、中間（ミドル）レベルの減衰レートよりも遅く、頂
部レベルは、異常波形で用いるために確保しておく。頂
部レベル又は底部レベル又はこれらの両方を、実際の表
示で見えないようにできるが、その際もタイマー／カウ
ンタとして機能できる。どのピクセルが比較的最近のア
クティビティを受けたかを知らせる方法を設けることに
よって、ピクセルを「新たな」分類及び「古い」分類に
分ける処理において、底部レベルをカウンタ／タイマー
に使用できる。頂部レベルをカウンタ／タイマーとして
動作させて、異常波形の一部であるピクセルを最大輝度
に維持する時間の長さを特定したり、カラー表示におい
ては、最大輝度に対応するカラーで示される時間の長さ
を特定できる。ラスタ・メモリ内の値の異なる領域と、
これらの異なる減衰関数とを用いて、頂部領域の輝度を
比較的迅速に減衰させる一方、底部領域内の輝度を非常
に遅く減衰させることができる。これにより、履歴的な
波形が漸次消えていく期間を調整可能で比較的長くでき
ると共に、これら履歴的な波形が公称輝度からわずかに
識別できる輝度に変化していく。中間レベルを用いて、
頂部レベル及び底部レベルの間の遷移を滑らかにでき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明をどのように従来
のデジタル・オシロスコープの取込み機能、ラスタ化機
能及び表示機能を結合して実施するかを示す概念的ブロ
ック図である。ここで、図１は、概念的ブロック図を示
すのみであり、その種々の部分は、本発明の要旨を逸脱
することなく、ハードウェア又はソフトウェアで実現で
きるし、機能及び内部動作を異ならせることもできる点
に留意されたい。

【００１９】取込み回路１０は、オシロスコープがモニ
タ（観察）する入力信号に追従し、この入力信号を周期
的にサンプリングする。このオシロスコープの総ての回
路、又はその代わりのソフトウェアを部分的に図１に示
す。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１は、その
出力端に、取込み回路１０が追跡した入力信号の振幅を
表す２進値のストリームを発生する。これら振幅値は、
取込みメモリ１２内の連続した関連アドレスに蓄積され
る。その結果のデータ／アドレスの対は、その後、プロ
セッサ制御器１３からの指示に応じて、ラスタライザ
（ラスタ化回路）１４に送られる。

【００２０】ラスタライザ１４は、単一のデータ／アド
レス対をドットに変換するか、又は、データ／アドレス
対の一連の対をベクトルに変換して、その結果の点を行
及び列の２次元配列にマッピングする。この２次元配列
は、ラスタ走査表示器２０で表示される。ラスタライザ
１４は、典型的には、一度にラスタの１つの列に対して
動作し、発生する現在のドット又はベクトルに影響され
るラスタ・メモリ１６内の各メモリ記憶位置にて、読出
し・変更・書込み動作を実行する。この回路の動作に関
する別の詳細説明は、例えば、１９９８年２月１９日に
出願されたアメリカ合衆国特許出願第０９／０２６１８
５号「散在するベクトルのラスタ化」（特願平１１−３
７８１８号に対応）に記載されている。

【００２１】プロセス制御器１３は、従来技術の周知の
多くの方法の１つにより、取込みメモリ１２、ラスタラ
イザ１４及びラスタ・メモリ１６のアクティビティを調
整するように動作すると共に、本発明のいくつかの概念
によるいくつかの機能も実行する。「新たな」ピクセル
・カウンタ１５は、それ自体が新規であり、後述の本発
明に応じて動作する。多機能ラスタ減衰手段１７は、従
来の単一機能ラスタ減衰発生器を変更したものである。
同様に、輝度又はカラー・マッピング手段（マッパ）１
８は、本発明での使用に適合するように、従来回路を変
更したものである。しきい値計算器２４及び異常波形検
出器１９も新規であり、本発明の１つの概念又は他の概
念の一部である。長期間波形蓄積メモリのラスタ・メモ
リ・バージョン２２及び取込み記録メモリ・バージョン
２２’の両方は、従来技術でも利用可能であったが、こ
こでは、本発明の１つ又は他の概念に応じて、異なった
動作をする。

【００２２】本発明の１つの概念によれば、「新たな」
ピクセル・カウンタ１５は、波形ラスタ化パス（処理）
が「ヒット」した（ラスタ化処理した）ピクセルで、現
在の一連の波形取込みの内で前にヒットしたことがない
ピクセルがいくつであるかを追跡し続ける。このアプロ
ーチは、使用されたピクセルの総ての追跡に関わる１ビ
ット・ピクセル・マップを用いて実現できる。かかる単
一ビット・マップは、メイン・ラスタ・メモリ内に確保
されたビットを使用することにより実施できる。

【００２３】本発明の同じ概念の他の実施例において、
この波形のラスタ化パスによるピクセル値が、これらの
ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積された最小の（ピクセ
ル値に対する）新たなしきい値より小さい期間中に、
「新たな」ピクセル・カウンタ１５は、新たにヒットさ
れたピクセルがいくつあるかを追跡し続ける。この実施
例において、ラスタライザ１４が読出し・変更・書込み
動作を実行すると、ラスタ・メモリ１６から読み出した
ピクセル値を試験して、そのピクセルが「新たな」であ
るか否かの判断を行う。この際、ラスタ・メモリ１６か
ら読出したピクセル値が、（ピクセル値に対する）新た
なしきい値よりも小さいと、関連したピクセルを「新た
な」ピクセルとして計数する。この新たなしきい値は、
ゼロ又は正にすることができ、メモリ記憶位置からのピ
クセル値は、種々の方法において、ゼロ又は正未満の値
にできる。例えば、この記憶位置の記憶内容（ピクセル
値）は、この一連の取込み以前の波形により影響される
ことがないので、その値をゼロのままにもできる。ま
た、波形のピクセルは、「軽く」且つ稀にヒットされ
て、その後、少ない数の減衰サイクルを経て、そのピク
セル値がしきい値未満になる。また、波形のピクセル
は、「重く」多数回ヒットされて、その後、多数の減衰
サイクルを経て、しきい値レベルよりも下の低レベルに
達する。また、波形のピクセルは、後の２つの可能性を
合わせたものを経て、時間経過に従って加算及び減算が
ランダムに行われた結果、ピクセル値がしきい値よりも
低い状態になる。よって、新たなピクセルを検出すると
は、ピクセル値がある時間にわたって影響されないが、
この影響されない時間長が、新たなピクセル検出に応じ
て大幅に変化することを意味する。

【００２４】詳細に後述するように、輝度又はカラー・
マッピング手段１８は、あるしきい値未満の値でラスタ
位置に蓄積されたピクセル値を、ラスタ走査表示器２０
内にゼロ輝度値にマッピングするようにプログラムでき
る。これは、典型的には、多機能ラスタ減衰発生器１７
の使用に関連して行われる。この動作は、更に後述す
る。この動作モードにおいて、ラスタライザ１４が最小
値を加算して「ヒット」が行われたことを示すが、この
最小値が最新の所望サイクルにおける所定値よりも大き
くなる。かかる最小値よりも大きい値を加算することに
より、その値のいくつかを使用して、ラスタ減衰サイク
ルを見ることができ、残りは、「見えない」減衰サイク
ルに用いる。これは、表示を明るくすることなく、カウ
ンタ／タイマー機能として働く。目に見えない領域内の
値は、輝度又はカラー・マッピング手段１８により、総
てゼロ輝度にマッピングされる。多機能ラスタ減衰発生
器１７のこの及び他の使用については、更に詳細に後述
する。

【００２５】ある実施においては、特に、単一の表示プ
レーン及び補助用ラスタ・メモリのみを用いる実施にお
いては、「目に見えない」領域を使用することにより、
複雑化し、望ましくない点に留意されたい。特に、従来
技術により、単一のプレーン内に多数波形が描画され
て、優先度の低い波形が優先度の高い波形により上書き
され、個別領域を特別な場合として扱わない場合、最高
優先度の波形内の個別領域では、下になった波形がブラ
ンク領域となる。これら下側の波形は、そうでなけれ
ば、これらブランク領域を通じて表示される。

【００２６】いくつかのラスタ走査表示器２０では、明
るい背景上に暗い波形を発生することに留意されたい。
したがって、この表示形式では、本明細書で用いる表現
「ゼロ輝度」は、表示器における最も暗い表示ではな
く、最も明るい可能な値を意味する。

【００２７】各波形ラスタ化の後、「新たな」ピクセル
・カウンタ１５は、「新たな」ピクセルの数をしきい値
計算器２４及び異常波形検出器１９に供給する。しきい
値計算器２４は、異常波形検出器１９に供給する（「新
たな」ピクセルに対する）新らしいしきい値を処理する
のに、ユーザ入力を用いてもよいし、用いなくてもよ
い。異常波形検出器１９は、「新たな」ピクセル・カウ
ンタ１５から受けた「新たな」ピクセル情報（新たにヒ
ットしたピクセルの数）を、しきい値計算器２４から受
けた新しいしきい値と比較する。この比較により、新し
い波形が現れたかを判断する。その場合、アクティブ状
態である新波形信号は、プロセス制御器１３にこの事象
を知らせる。

【００２８】プロセス制御器１３へのアクティブな新波
形信号の存在により、いくつかの動作を行う。これら動
作のいくつかは、ユーザの選択で決まる。動作の１つ
は、最大輝度値を用いて、異常波形を再ラスタ化する。
ここで、「最大」とは、いくつかの意味の内の１つ、又
はそれらの組み合わせを意味する。「最大」の意味の１
つは、通常用いるピクセル輝度の最大値を単に用いるこ
とである。他の意味は、「最高の最大」を用いることで
あり、その値は、通常波形を表示するのに用いる値より
も明るい値の領域の頂部における値である。「最大」の
他の意味は、ドットからベクトルに切り替えることであ
り、より多くのピクセルが照明されると共に、上述の定
義のいずれか１つによる最大輝度のピクセルを照明する
ことである。さらに「最大」の別の意味は、可能なドッ
トのサブセットの照明により定義されたベクトルから、
より多くの又は総ての可能なドットにより照明されたベ
クトルに切り替えられることである。

【００２９】さらに、又は代わりに、異常波形の輝度を
増加して、プロセス制御器１３により、取込みメモリ１
２は、異常波形を発生したデータ・レコードを長期間波
形（取込み）蓄積メモリ２２’に供給する。代わりに、
プロセス制御器１３により、ラスタ・メモリ１６は、ア
ンド・ゲート２１を介して、異常波形を含むラスタ・メ
モリ画像を長期間波形蓄積（ラスタ）メモリ２２に供給
できる。望むならば、波形を両方の方法で蓄積できる。
一般的には、長期間ラスタ波形蓄積メモリ２２に蓄積す
る前に、異常波形を再取込みし、最大の輝度（明るさ）
にするのが望ましい。プロセス制御器１３は、特に、異
常波形を最大の輝度で再取込みした後に、これ以上の取
込みを停止し、表示を「凍結」することもできる。

【００３０】「新たな」ピクセル・データの初期セット
を先ず無視して、波形ラスタ化の典型的なサンプル・セ
ットに関連した「新たな」ピクセル・データをセーブし
て、新たな一連の取込みの開始に応答してしきい値計算
器２４を制御したり、予めプログラムすることができ
る。このデータは、新たな一連の取込みでラスタ化され
た第１波形からである。第１波形に関連したデータを放
棄する目的は、波形が一層後で一層典型的な波形よりも
多くの一層「新たな」ピクセルを有するという理解に基
づいている。これは、比較的ブランク状態の表示に対し
て波形が描画されるためである。最初に気づいたデータ
を放棄し、単位波形当たり典型的な数の予測された「新
たな」ピクセルを定義するのに、充分且つ「通常の」波
形を用いると、次にこのデータを用いて平均値を計算
し、この平均値から標準偏差を計算し、これら値を用い
て、異常波形検出器１９に送るための適切に新しいしき
い値を発生する。

【００３１】他のアルゴリズムのアプローチでは、通常
波形セットからのデータ及びユーザ入力を異なる方法で
処理できるが、申し分なく新しいしきい値も発生する。
しきい値計算器２４へのユーザ入力を用いて、多くの方
法で、新しいしきい値に影響させる。これは、直接的に
設定する。また、これは、放棄する波形の最初のセッ
ト、及び／又は、平均値及び標準偏差を計算するのに用
いる典型的な波形のセットのサイズを決定できる。また
は、これを用いて、新しいしきい値の値を決定する際
に、いくつの標準偏差又はその小数部を「通常」と考慮
すべきかを平均値から決定できる。または、これを用い
て、（平均値及び標準偏差ではなく）あるいくつかのア
ルゴリズムのいくつかのパラメータに影響させて、「正
常」を特徴付けると共に新しいしきい値を定める。１個
の手段又はその他の手段により、ユーザ入力を適合させ
て、新しいしきい値を制御して、「いくつの「新たな」
ピクセルが異常波形を作るのに使用されたか」という疑
問に答える。

【００３２】図２は、ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積
された可能な値の範囲の３個の領域にわたって動作する
３個の残像減衰関数を示す図である。３個の領域に分割
されたラスタ・メモリの記憶位置に蓄積された輝度関連
値が判る。各領域は、個別の簡単な減衰関数を有する。
本明細書の説明を通じて、「異なる減衰関数」という用
語を用いるが、用語「簡単」で限定されている。２個以
上のかかる簡単な異なる減衰関数は、異なる領域に対す
る異なる特性を有する一層複雑な減衰関数に組み合わせ
できるが、本明細書で述べている目的のために、任意の
かかる減衰関数を、多数の簡単な異なる減衰関数と等し
くし、変換しようとしていることが理解できよう。

【００３３】輝度しきい値Ｉ_Aより上で、最大値ＭＡＸ
までで、ピクセル記憶位置に蓄積できる頂部領域は、異
常波形を示すために確保でき、通常、即ち、「正常」波
形用に用いる最大輝度は、Ｉ_Aの最大値に制限できる。
しかし、輝度の総合ダイナミック・レンジは、信号アク
ティビティを操作者と通信する際に、汎用性が乏しいの
で、頂部範囲の総ての値は、圧縮されて、ラスタ走査表
示器（図１の２０）上で実際に表示される最大輝度値に
マッピングされる（図１の１８）。このアプローチは、
頂部範囲を用いると共に、マッピングされたピクセル輝
度がその最大値に維持される期間中に生じるカウンタ／
タイマーとして減衰関数Ｆ_Tを用いる。

【００３４】マッピングされたピクセル輝度を最大値又
はその付近に維持する期間を拡大するために、頂部領域
用の減衰関数Ｆ_Tは、図２に示すように、遅い比率の減
衰にできるので、異常波形は最大輝度になるだけでな
く、時間量が大幅に長くなる、即ち、Ｔ₀からＴ₁にな
る。これとは対比的に、より多くの正常波形は、明るく
ない輝度から開始するばかりでなく、中間領域で用いる
減衰関数Ｆ_Mにより、Ｔ₁からＴ₂に輝度が迅速に減衰す
る。しかし、正常波形に関連したヒットがどの程度相対
的に多いかによって、最大輝度よりも低いレベルを補償
する。異常波形は、比較的稀であると定義されているの
で、これら異常波形は、オシロスコープ操作者が適切に
知覚するのに充分に目立つようにするために、一層明る
く、且つ一層ゆっくりと減衰する必要がある。

【００３５】多くのオシロスコープ表示スクリーン、例
えば、１９９８年２月１９日に出願されたアメリカ合衆
国特許出願第０９／０２６１８５号「散在ベクトル・ラ
スタ化」（特願平１１−３７８１８号に対応）に記載さ
れたような表示スクリーンにおいて、特定のラスタ化サ
イクルによりラスタ化メモリに蓄積された数に加算され
る最大値は、かかる記憶位置に保持できる最大量ほど大
きくないことに留意されたい。これにより、記憶位置に
保持された実際の最大値に達するために、繰り返し波形
は、ある期間中にほぼ連続的にそのピクセルへのヒット
を維持しなければならない。同じピクセルに対する多数
の「ヒット」を強調することは、レベルＩ_Aが最大値に
限定される一方、Ｉ_Aからマッピングされた同じ最大輝
度レベルか、これにほぼ等しい値により生じた同じ輝度
に、異常波形に関連したピクセルを維持するためであ
る。なお、タイマーとして作用するために、頂部領域が
確保される。

【００３６】図２の底部領域は、しきい値Ｉ_Bよりも下
の輝度値が蓄積されたラスタ位置の領域であり、比較的
遅い関数Ｆ_Bにより減衰されて、非常にゆっくりと減衰
する比較的グレイの履歴背景を与える。新たなしきい値
Ｉ_NEWより上の輝度関連値を含んだラスタ・メモリ記憶
位置に関係したピクセルは、その記憶位置に蓄積された
値がＩ_NEWよりも下のある値に減衰するまで、「古い」
として扱うことができ、「新しいピクセル」と見なされ
ない。もちろん、Ｉ_NEWは、ゼロに設定できる。いずれ
の場合でも、レベルＩ_NEWへの減衰に関連した時点Ｔ_NEW
は、ピクセルを最近使用したとして識別し、「新たなピ
クセル」として限定しない時点である。

【００３７】図１の輝度又はカラー・マッピング手段１
８は、ゼロ以外の値をラスタ走査表示器２０上で最小輝
度値にマッピングする。例えば、Ｉ_B、又はＩ_B及びＩ
_NEWの間の他の値は、（総て小さな値となって）ゼロ輝
度にマッピングされた値にできる。ゼロにマッピングさ
れた値と、Ｉ_NEWに割り当てられた値との間の底部領域
の部分は、カウンタ／タイマー機能を与えて、いつ特定
のピクセルが「新たな」に戻る遷移になるかを決定す
る。なお、これは、操作者には見えない。

【００３８】図３は、ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積
された可能な値の範囲の２個の領域にわたって動作する
２個の残像減衰関数を示す図である。この図は、多数の
残像減衰関数及び領域を用いる非常に異なる方法を示し
ている。ここでは、蓄積した輝度に関連した値の２個の
領域である頂部及び底部のみがあり、これらに関連した
減衰関数は、Ｆ_T及びＦ_Bである。この場合、頂部減衰関
数Ｆ_Tは、比較的迅速な指数関数であり、底部領域で用
いる線形減衰関数Ｆ_Bは、比較的遅い。正常か「異常」
である総ての新たな波形は、頂部領域のある部分にマッ
ピングされ、そこで、波形が比較的迅速に減衰する。底
部領域内の輝度に関連した値に達する唯一の方法は、頂
部領域からの減衰による。よって、このアプローチを用
いた場合、頂部領域に描画された新たな波形は、これら
波形が底部領域に減衰するまで、明るく且つ「活発に」
現れる。ここでは、これら値は、低い輝度を表し、いく
らかグレイで遅くフェードする履歴背景の部分になる。
これと同じ効果を、カラー及び輝度の組み合わせ、並び
にカラーにより達成できる。これにより、ユーザは、迅
速に変化する最新の波形を識別し評価できる一方、同時
に、古い波形の履歴を観察できる。わずか２つのカラー
を用いて、一方のカラーを頂部領域内の輝度値用にし、
他方のカラーを底部領域内の輝度値用にすると、適切な
カラーが選択されれば、有用且つ美的になる。例えば、
黄色を明るくアクティブな頂部領域用に用い、オレンジ
を低い輝度でアクティブでない底部領域に用いることが
できる。

【００３９】頂部及び底部領域がある上述の例におい
て、Ｉ_A及びＩ_Bをわずかに離して、図４に示すように第
３領域、即ち、中間領域を作成すれば、補正できる小さ
な問題がある。２個の領域アプローチのある問題は、頂
部領域用の減衰の急な傾斜に関連した減衰が最小の増分
であることである。頂部領域が底部領域に隣接した場
合、減衰の最小の増分が、時々、次の増分値を、頂部の
代わりに底部領域に動かす。どの程度の動きが生じるか
は、減衰の最小増分の大きさと、開始点が頂部及び底部
領域を離すラインにどの程度近いかに依存する。このオ
ーバーシュートの視覚効果が表示にわずかなアーティフ
ァクトを生じることに気づいたので、中間領域を生成し
て、頂部及び底部領域間でのバッファとして作用する。

【００４０】Ｉ_A及びＩ_Bの間の間隔は、頂部領域に用い
る減衰関数Ｆ_Tにより生じる減衰の最小増分に等しく選
択される。図４において、この減衰関数Ｆ_Tは、線形で
あるが高速であるので、図３に示す範囲の頂部領域内で
用いる高速指数減衰関数Ｆ_Tと大きく異なっていない。
中間領域、即ち、Ｉ_A及びＩ_Bの間隔は、底部領域ではな
く中間領域に、減衰する頂部値を確実に減衰させるため
に、Ｆ_Tで生じた減衰の最小増分の値を必要とするだけ
である。そして、減衰関数Ｆ_Tで生じた中間領域内の総
ての減衰が行われて、次の値が値Ｉ_Bに等しくなる。こ
れは、任意の視覚的アーティファクトを除去し、頂部及
び底部領域の間の遷移を滑らかにする１つの方法であ
る。２色符号化のために、中間領域は、好ましくは、頂
部領域と同じ着色が行われる。

【００４１】中間領域の総ての値は、中間領域の底部で
且つ底部領域の頂部であるＩ_Bに減衰するので、任意の
ピクセルが、中間領域を介して減衰するのにかかる最大
時間は、Ｔ₂マイナスＴ₁であり、これは、１ラスタ減衰
サイクルに必要な時間に等しい。

【００４２】頂部領域において用いる高速指数減衰関数
Ｆ_Tに対して、ユーザが制御できる。これにより、新た
な取り込み波形が明るく且つ活発に現れる時間に対して
制御が可能になる。また、底部領域に関連した一層遅い
残像減衰関数Ｆ_Bに対して、ユーザが制御できる。これ
により、Ｉ_B及び真のゼロの間の値の領域に関連した一
層低い輝度及び／又は異なるカラーによって生じた背景
内に、どのように履歴データが現れるかを制御できる。

【００４３】図５は、ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積
された可能な値の範囲の４個の領域にわたって動作する
４個の残像減衰関数を示す図である。この図から、ラス
タ・メモリ記憶位置に蓄積された可能な輝度関連値の範
囲の４個の領域にわたって、４個の残像減衰関数が動作
していることが判る。頂部減衰関数Ｆ_Tは、遅く線形で
ある。次の領域である高い中間領域の減衰関数Ｆ_HM（左
側は、Ｆ_EXPで示す）は、高速で指数である。次の領域
である低い中間領域での中間速度の減衰関数Ｆ_LM（左側
は、Ｆ_TRANSで示す）は、線形で遷移である。底部領域
の減衰関数Ｆ_B（左側はＦ_LINEARで示す）は、再び比較
的低速で線形である。左側に示したこれら関数のバージ
ョンである高速指数Ｆ_EXP、遷移線形Ｆ_TRANS及び底部線
形Ｆ_LINEARの減衰関数は、頂部領域の頂部における最大
値の代わりに、Ｉ_Nにて公称最大である高い中間領域の
頂部に値を初めに描画したとき、どうやって且つどうし
て総合公称時間Ｔ_NOMINALが異なるかを示している。Ｔ₀
からＴ_Aは、Ｔ₁からＴ₂に等しく、Ｔ_AからＴ_Bは、Ｔ₂か
らＴ₃に等しく、Ｔ_BからＴ_NOMINALは、Ｔ₃からＴ_MAXに
等しい。また、ラスタ・メモリ内に蓄積できる最大輝度
関連値（頂部領域の頂部）にて最初に開始する総合減衰
時間Ｔ_MAXは、高い中間領域の頂部における公称値での
最初に開始する総合減衰時間Ｔ_NOMINALと、Ｆ_Tに応じて
頂部領域を通過して減衰に要する時間Ｔ₀からＴ₁までを
プラスしたものに等しい。頂部領域をカウンタ／タイマ
ーとして用い、その内の総ての輝度関連値をラスタ走査
表示スクリーン輝度の最大値であって、Ｉ_Nがマッピン
グされるのと同じ値にマッピングする場合、Ｆ_Tに応じ
て頂部領域を通過して減衰に要する後者の時間Ｔ₀から
Ｔ₁は、異常波形に関連したピクセルが輝度の最大レベ
ルに維持される余分な時間に等しい。

【００４４】また、図５の低い中間遷移領域（Ｉ_A及び
Ｉ_Bの間の値）に用いる減衰関数Ｆ_TR _ANS（Ｆ_LMでもあ
る）は、図４の中間領域に用いる遷移関数Ｆ_Mと同じ関
数として作用するが、同じではない点に留意されたい。
図５において、遷移関数Ｆ_TRANSは、その上及び下の関
数Ｆ_EXP及びＦ_LINEARの傾きの中間である傾きを用いる
一方、図４のＦ_M関数は、全体的に異なる原理、即ち、
総てのポイントが終了ポイントにマッピングされている
原理で動作する。

【００４５】上述の如く、操作者入力を種々の方法で用
いて、図１のしきい値計算器２４の新たなしきい値出力
を決めるのを助ける。また、操作者入力を用いて、伝達
関数の総て、及び／又は図２〜図５に示す領域間の境界
を決めるのに用いるしきい値を決めること又は影響させ
ることができる。

【００４６】実施において用いる他の値に応じて、蓋然
性のある関数により、１単位ずつ減少させたり、１単位
よりも大きい整数で減少させたり、２のべき乗の分数で
減少させたり、１単位又は２のべき乗の分数で減少させ
たりして、線形傾斜を実施できる。後者では、１未満の
数又は特定の分数未満の数により、減少させる。これ
は、しきい値発生器及び比較器に連動した乱数発生器を
用いて達成できる。しきい値発生器は、しきい値数を発
生することにより蓋然性を決める。次に、これを乱数は
積の出力と比較して、蓋然性を満足したか否かを決め
る。反復的及び循環的に［新たな値］＝［古い値］×
（Ｘ／１６）を実施して、種々のレートの指数減衰を達
成できる。なお、Ｘは、操作者入力によって影響され
る。

【００４７】本発明の好適実施例を図示し説明したが、
本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可能
である。例えば、用語「輝度関連値」又は「輝度に関係
した値」」を用いたが、この代わりに又はこれと同様
に、用語「カラー（色）関係値」を用いることもでき
る。

【００４８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、デジタル
・オシロスコープが取り込んだ波形から異常波形を自動
的に取り込むと、それに反応して、輝度、カラー、又は
輝度及びカラーの両方を変化させるので、操作者がこれ
ら異常波形に容易に気づき、分析又は記録できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をどのように従来のデジタル・オシロス
コープの取込み機能、ラスタ化機能及び表示機能を結合
して実施するかを示す概念的ブロック図である。

【図２】ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積された可能な
値の範囲の３個の領域にわたって動作する３個の残像減
衰関数を示す図であり、値は、表示用の種々の輝度レベ
ル又はカラーの選択にマッピングされている。

【図３】ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積された可能な
値の範囲の２個の領域にわたって動作する２個の残像減
衰関数を示す図であり、頂部の減衰関数は、指数で比較
的に早く、底部の減衰関数は、線形で比較的に遅い。

【図４】ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積された可能な
値の範囲の３個の領域にわたって動作する３個の残像減
衰関数を示す図であり、中間減衰関数は、頂部減衰関数
及び底部減衰関数の間の遷移として機能する。

【図５】ラスタ・メモリ記憶位置内に蓄積された可能な
値の範囲の４個の領域にわたって動作する４個の残像減
衰関数を示す図であり、頂部減衰関数は、遅く線形であ
り、次の関数は、迅速で指数であり、３番目は、中間速
度で、中間速度で、線形な遷移であり、４番目の関数
は、再び、比較的遅く線形である。

【符号の説明】

１０取り込み回路１１Ａ／Ｄ変換器１２取り込みメモリ１４ラスタライザ１５「新たな」ピクセル・カウンタ１６ラスタ・メモリ１７多機能ラスタ減衰手段１８輝度又はカラー・マッピング手段１９異常波形検出器２０ラスタ走査表示器２２長期間波形（ラスタ）蓄積メモリ２２’ 長期間波形（取り込み）蓄積メモリ２４しきい値計算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スティーブン・ケー・サリバンアメリカ合衆国オレゴン州 97006 ビーバートンノース・ウェストワンハンドレッド・エイティース・アベニュー 1135 (72)発明者ポール・エム・ガーラッチアメリカ合衆国オレゴン州 97008 ビーバートンサウス・ウェストターパン・ドライブ 10265

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ繰り返しの電気信号をデジタル・オ
シロスコープで観察する期間中における異常波形の自動
的検出に反応する方法であって、異常波形を自動的に検出し、上記異常波形を強調した輝度、異なるカラー、又は強調
した輝度及び異なるカラーの両方で再ラスタ化すること
を特徴とする方法。