JP2007155716A - 圧縮波形イメージ表示装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラスタ化した波形イメージの輝度情報を維持するように最適化した表示圧縮を実時間で実行する。
【解決手段】デマルチプレクサ１４は、ラスタ・メモリ１２からの波形イメージを表すデータを最大所望整数圧縮比で決まる数のグループに循環形式でデマルチプレクスする。圧縮回路１６は、優先度に基づく所望圧縮比に応じて１つ以上のグループを組合せて、波形イメージの輝度情報を保持するように圧縮波形イメージを発生する。グラフィック・チップ１８は、圧縮波形イメージを表示器２０に表示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、本発明は、一般に、電気信号の波形イメージの表示に関し、特に、有効表示領域を満たすように波形イメージを縮小する際に輝度情報も保持する実時間（Ｒ／Ｔ）表示圧縮のアルゴリズム及び回路、即ち、圧縮波形イメージ表示装置及び方法に関する。

観察者が満足するように、オシロスコープ表示上に波形イメージを表示することが望ましい。ピクセル・サイズが例えば１０２４×７６８（水平×垂直）である現在の大画面液晶表示（ＬＣＤ）パネルでは、利用可能な空間を効果的に用いることが重要である。現在、波形イメージを生成して、５００×４００の如き固定サイズのラスタ・メモリに蓄積し、異なるユーザ・インタフェースのメニュー・サイズや機能を実現するために圧縮や拡大を（即ち、スケーリングを）行っている。圧縮／拡大処理は、ラスタ化の後に、即ち、サンプルした電気信号データを処理してラスタ・メモリに波形イメージを生成した後に処理している。一般的には電気信号を連続して取り込むので、即ち、各エネーブル（付勢）されたトリガ信号に対して電気信号を所定数のサンプルの形式でデータ記録として取り込んでラスタ・メモリ用にラスタ化するまで一時的に蓄積するので、生のデータ・サンプルを圧縮／拡大処理に利用できない。

６４０×４８０のＬＣＤ表示にとっては、ラスタ・メモリのサイズは、５００×４００が合理的である。オシロスコープ表示の波形表示領域の上下にはユーザ・インタフェース（ＵＩ）用の領域がある。従来のＵＩは単純に実施されており、最近の後処理アプリケーション、測定及び分析のソフトウェア・パッケージに表示領域が必要とされていることに対して柔軟性がない。アプリケーション及び測定パッケージが一般化し、トリガ機能が拡張されているので、オシロスコープの大きな表示が有用である。オシロスコープの大きな表示を用いるためには、入手が簡単なチップのスケーリング（拡大／縮小）機能を用いて、５００×４００波形イメージを１０００×６００にスケーリングする。ここでは、スケーリング係数は、垂直が１．５倍で、水平が２倍となる。これらスケーリングにより、非常に小さなアーティファクトが発生し、拡大のみが使用されている。

高性能オシロスコープにおいて、新たな表示アーキテクチャを最適化して、１０００×５００波形イメージを描画するようにする、即ち、大容量のラスタ・メモリを用いる。これは、１０２４×７６８のＸＧＡ＿ＬＣＤ表示に簡単にフィットする。波形イメージがこのサイズに固定されていると、アプリケーション及び測定パッケージがオンの表示領域が、これらアプリケーション及び測定パッケージがオフになったときに失われる。高性能オシロスコープに使用されている市販のグラフィック・チップは、「ズーム・ビデオ・ポート」に波形イメージを受ける。このデジタル・ビデオ・ポート又はバスは、一般に１６ビット幅であり、１秒当たり約６０フレーム又は６０イメージを転送できる。すなわち、これらグラフィック・チップは、専用のビデオ・ポート・アーキテクチャを用いている。これらグラフィック・チップは、「フル・スクリーン・モード」用に波形イメージを拡大（アップ・スケーリング）する満足な動作をするが、波形イメージを縮小（ダウン・スケーリング）して、アプリケーション及び測定パッケージ用に表示領域に空きを作る動作が良好ではない。これらグラフィック・チップは、赤、緑、青（ＲＧＢ）のカラー空間で動作する。すなわち、ピクセル情報は、赤、緑、青の内容である。各ピクセルのカラー情報は、ＲＧＢ５６５フォーマットで１６ビット・データとして蓄積される。すなわち、ビット０〜４が青の内容を表し、ビット５〜１０が緑の内容を表し、ビット１１〜１５が赤の内容を表す。拡大の際、小さな波形イメージが大きな有限空間に拡大される。この際、情報が失われない。区切りのよい数字（例えば、１．５倍、２．０倍など）を用いると、その結果は、常に均一であり、満足できるものである。黒と白との平均が灰色となるので、ＲＧＢカラー空間におけるスケーリングは、カラーを互いに「平均化」することに影響を及ぼす。

しかし、縮小は、拡大とは別の話となる。グラフィック・チップは、ビデオ・アプリケーションに最適化しており、鮮明なイメージは非常にわずかであるので、観察者の目は不完全さを検出していない。これらグラフィック・チップは、オシロスコープでの波形イメージ表示に一般的に行われているような黒の背景に対して鮮明なイメージや細かな細部を表すグラフィック・アプリケーションに最適化されていない。縮小の最も簡単な形式は、デシメーション（間引き）である。複数のピクセルが捨てられて、波形イメージが小さな空間に物理的にフィットする。縮小の一つの形式は、ＲＧＢカラー空間にて平均化することである。単一のピクセル又はピクセルのグループを隣接するピクセルと平均化して、２つの組合せの結果を生じる。有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ又は従来の計算方法は、いくつかの形式の平均化を実現する。しかし、いずれかの側で黒ピクセルとなる明るい入力ピクセルは、縮小した出力結果で単一の曖昧なピクセルとなる。この明るいピクセルがオシロスコープの矩形波形イメージ表示の最上ラインを形成する場合、矩形波形イメージの残りが最高の明るさのとき、この曖昧となる効果は、明らかに望ましくないことである。（ここでは、波形イメージはラスタ表示なので、最上ラインとは、波形イメージを形成するラインの一番上のラインである。）したがって、カラー・ビデオに最適化された市販のグラフィック・チップを用いることにより、オシロスコープの歪んだ波形イメージがその場所で曖昧となる。例えば、１０００×５００の波形イメージを１０００×２１０（垂直方向を１／２．３８倍に縮小）にスケーリングした結果、表示された波形イメージは、従来の圧縮表示を示す図１に示すように、見えなくなる（欠落）部分が生じると共に曖昧な部分も生じる。なお、図１では、上半分が波形表示領域であり、パルスの立ち上がりエッジの一部が表示されており、下半分の表示領域がアプリケーション及び測定パッケージのユーザ・インタフェース用の表示領域である。これは、グラフィック・チップがこの分解能にて２個のピクセルを平均させるためである。１／２倍（２：１）以上の係数で縮小するためには、グラフィック・チップは、デシメーション及び平均化の両方を用いるが、その結果は観察者が許容できないものであり、垂直方向に圧縮された波形イメージが貧弱に表示される。

特開２００２-３５７６２３号

そこで、オシロスコープの表示器において偽情報を観察者に与えないように、波形イメージを圧縮できるアルゴリズム及び回路が望まれている。

本発明は、圧縮された波形イメージを実時間で表示する装置であって；最大所望整数圧縮比で決まる数のグループに、波形イメージを表すデータを、循環形式でデマルチプレクスする手段（１４）と；優先度に基づく所望圧縮比に応じて１つ以上のグループを組合せて、圧縮波形イメージが波形イメージの輝度情報を保持するように、表示用の圧縮波形イメージを発生する手段（１６）とを具えている。なお、括弧内の参照番号は、実施例との対応関係を単に示すものである。
また、本発明は、圧縮された波形イメージを実時間で表示する方法であって；最大所望整数圧縮比で決まる数のグループに、波形イメージを表すデータを、循環形式でデマルチプレクスし；優先度に基づく所望圧縮比に応じて１つ以上のグループを組合せて、圧縮波形イメージが波形イメージの輝度情報を保持するように、表示用の圧縮波形イメージを発生することを特徴とする。

よって、本発明は、ラスタ化した波形イメージの輝度情報を維持するように最適化した実時間での表示圧縮のアルゴリズム（方法）及び回路（装置）を提供できる。

本発明では、実時間の表示圧縮は、輝度情報を維持して波形イメージを圧縮する際に、ピクセルのグループを組み合わせるために優先度を基本にする。波形イメージ用データで垂直方向にイメージを圧縮した連続ラインの例では、循環形式（circulating manner）にてライン・バッファにデータをデマルチプレクスするので、ライン・バッファの数は、最大の所望の整数圧縮比の関数である。所望の圧縮比に応じて、ライン・バッファからの出力が整列され、対応するピクセルが組合される。ここでは、各整数圧縮比に対して１出力ラインとなる。所望の圧縮比に応じて、適切な圧縮ラインを出力ラインとして選択し、出力ラインの全体が圧縮波形イメージを形成する。

本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添付図を参照した以下の詳細な説明から明らかになろう。

図２は、本発明による実時間表示圧縮を用いた装置のブロック図である。ラスタ・メモリ１２は、フル・スケールのラスタ化された波形イメージ、例えば、１０００×５００（ピクセル）の波形イメージを含んでいる。波形イメージは、ラスタ表示され、ラスタ表示は、ラインから構成されている。波形イメージ・データは、ラスタ・メモリ１２からデマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）１４を介して圧縮回路（圧縮アルゴリズム手段）１６に伝送される。この圧縮回路１６は、図示のようにフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）であってもよいし、回路要素であってもよいし、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）による処理プログラム手段であってもよい。垂直圧縮では、デマルチプレクサ１４が波形イメージ・データを再循環法によるデータの独立したラインに分離する。分離ライン出力の数は、所望の最大圧縮の関数である。例えば、最大圧縮が３：１の場合は出力ラインが３個である。圧縮回路（圧縮アルゴリズム手段）１６の出力は、グラフィック・チップ１８が必要とする適当なビデオ標準に応じてフォーマットされたビデオ信号である。グラフィック・チップ１８の出力が表示器２０を駆動する。これにより、圧縮波形イメージや、任意のアプリケーション及び測定パッケージが観察者に表示される。波形イメージの圧縮がグラフィック・チップ１８の前で行われるので、グラフィック・チップは、単に、要求に応じて拡大を実行することのみが必要とされる。

任意の圧縮係数を実行できるし、圧縮は水平方向、垂直方向又は両方の方向のいずれでもよいが、図３は、３：１までの垂直圧縮を行える特定の回路構成を示す。すなわち、この例での圧縮回路（圧縮アルゴリズム手段）１６は、波形イメージの５００垂直ラインを圧縮表示用の１６７〜５００垂直ラインの範囲で変換する。この変換を行うには、１個のライン、２個のライン又は３個のラインを同時に観察しながら、これらラインの全ての対応ピクセルを１圧縮ラインの単一のピクセルに変換する。出力ラインの任意のピクセル位置に任意の入力ラインの黒でないピクセルが存在すると、そのピクセルが出力ラインに現れ、その輝度を維持する。入力ラインの２個の異なる輝度ピクセルが出力ラインの同じ位置で競合すると、「優先度」の高いピクセルが出力ラインに表示される。平均化は行われない。

特定実施例では、ラスタ・メモリ１２からの表示データは、図４に示すように９ビット・フォーマットにて伝送される。ここでは、５ビットが輝度内容であり、残りの４ビットが識別（ＩＤ）、即ち、優先度の内容である。例えば、４入力チャネル・オシロスコープで、ＩＤ内容は、単に入力チャネルであり、ここから波形イメージ・データが導出され、ユーザがオシロスコープ・ユーザ・インタフェース（ＵＩ）を介して入力チャネルの表示用の優先度をつけることができる。各入力チャネルからの波形データが異なるカラーで表示されるカラー表示オシロスコープの場合、ＩＤは、どのカラーを波形イメージの部分としてのデータ表示に用いるかを示してもよい。データ伝送は、一般的には、１６ビット又は３２ビットのように２ⁿの形式で行われるので、ラスタ・メモリからの各１６ビット・ワードは、９ビット・データ・ワードを含んでおり、残りのビットは、情報目的には使用されない。

ラスタ・メモリ３２からの波形イメージ・データは、オプションの前置ＦＩＦＯ（ファーストイン・ファーストアウト）バッファ２２に流れる。この前置ＦＩＦＯバッファ２２は、レート変換バッファとして働き、イメージ圧縮を行うロジック回路のクロックの次元で入力データを得る。表示圧縮のみが行われて、圧縮ロジックが入力クロック・レートで動作している場合、前置ＦＩＦＯ２２は不要である。データは、次に、入力デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）２４を介して３個のラインＦＩＦＯ２６、２８、３０に順次流れる。ラインＦＩＦＯ２６、２８、３０の出力は、整列（リダイレクション）回路（どの入力をどの出力端に出力するかを制御する回路）３２に供給される。この回路３２は、所望の圧縮係数、この例では、１：１、２：１又は３：１に応じて、ラインＦＩＦＯからの出力を整列させる。整列回路３２には３個の出力がある。第１出力は、１：１の圧縮（圧縮なし）を提供する。第２出力は、１：１出力と共に第１ピクセル組合せ器３４に入力して、２：１の出力を発生する。第３出力は、２：１出力と共に第２ピクセル組合せ器３６に入力し、３：１の出力を発生する。これら３個の出力は、出力マルチプレクサ（ＭＵＸ）３８に入力する。この出力マルチプレクサ３８は、所望の圧縮係数に応じて、出力ライン用にライン毎に特定の圧縮出力を選択する。出力マルチプレクサ３８が１つの出力ラインから次の出力ラインに圧縮出力選択を変更する、即ち、圧縮係数が整数比でない任意の圧縮係数の場合、垂直中間の上下の圧縮係数のパターンは、好ましくは対称となる。

ライン入力カウンタ４０は、入力デマルチプレクサ２４への制御信号を発生する。ここでは、どのラインＦＩＦＯ２６、２８、３０が波形イメージ・データの次のラインの入力になるかを決める。この例において、ライン・カウンタ４０が１０００データ・ポイント毎に入力デマルチプレクサ２４の出力を操作する。ここでは、次のラインＦＩＦＯ２６、２８、３０を一定のループで、即ち、変化「１、２、３、１、２、３、１・・・」などのように操作する。再マップ（remap）カウンタ４２は、その特定出力ライン用の所望圧縮係数に応じて組合さるラインの適切な配列を提供する。すなわち、２：１圧縮で２個のラインを組合せると、整列回路３２の他方に対して１ライン期間分だけ１個のラインが遅延する。組合される２個のラインがライン３ＦＩＦＯ３０及びライン１ＦＩＦＯ２６からの出力になると、整列回路３２は、ライン３ＦＩＦＯ３０からの遅延出力を１：１出力に向け、ライン１ＦＩＦＯ２６の出力を第１ピクセル組合せ器３４の入力とする。また、圧縮ルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）４４は、出力マルチプレクサ３８の制御信号を提供し、特定の出力ライン用の圧縮出力を選択する。上述のように、圧縮ＬＵＴ４４は、出力ライン毎に圧縮出力を選択できる制御信号を発生する。再マップ・カウンタ４２は、前に処理したラインの数だけ増分するので、ピクセル組合せ器３４、３６が次の入力ラインの組み合わせ用に常に揃っている。全体のラインが処理された後、圧縮ＬＵＴ４４は、次の入力、即ち、出力ラインに増分する。この処理により、出力イメージを垂直方向の１６７及び５００ピクセルの間の任意のサイズにできる。圧縮出力ラインがＲＧＢ５６５カラー空間への変換用にビデオＦＩＦＯ４６に入力する。この例では、９ビット・ワードが、出力ルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）４８によるＲＧＢ５６５カラー空間に必要な１６ビット・フォーマットに変換される。ＲＧＢ５６５ビデオ信号は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のフォーマット／制御ブロック５０に送られる。このブロック５０の出力信号は、グラフィック１８のビデオ入力ポートに入力して、必要に応じて拡大処理が行われる。

図５の（ａ）及び（ｂ）は、１／２．０倍の縮小係数（２．０×ダウン・スケーリング）と１／１．５倍の縮小係数（１．５×ダウン・スケーリング）の簡単な場合の実時間表示圧縮アルゴリズムを説明する図である。容易にわかるように、背景の黒ピクセルに低い優先度が与えられているので、白を含むカラーの任意のピクセルを黒ピクセルの上に選択するため、圧縮出力ライン上に輝度情報が維持される。２．０×の例では、優先度のアルゴリズムにより２ピクセル毎に組合される。よって、圧縮ＬＵＴ４４は、出力マルチプレクサ３８からの２：１圧縮出力を常に選択する。再マップ・カウンタ４２は、ラインＦＩＦＯ出力の向きを変え続けるので、出力ラインは１／２、３／１、２／３のように循環し、適当な配列ライン遅延が生じる。１．５×の例の場合、圧縮ＬＵＴ４４は、出力ラインを交互にするため、出力マルチプレクサ３８が２：１及び１：１を出力するようにする。また、再マップ・カウンタ４２は、ラインＦＩＦＯ出力の向きを変え続けるので、出力ラインが１／２、３、１／２、３のように循環する。

図６は、フル・スケール波形イメージの図（１０００×５００）を示す。図７、図８及び図９は、圧縮係数が略３：１、２：１及び３：２に対応する圧縮波形イメージ図を夫々示す。なお、これら図の波形表示領域には、パルスの立ち上がりエッジの一部が表示されており、図７〜図９の下側はユーザ・インタフェース用表示領域となっている。これらの図を比較すると、特に図７は図１の従来のイメージと比べ、曖昧な箇所と欠落箇所が無くなっており、観察者にとって、圧縮矩形式の波形イメージの一層見やすい表示となる。

上述は、垂直圧縮の例であるが、同様な方法で、ラインを水平方向に圧縮することもできる。この場合、ラインＦＩＦＯ２６、２８、３０を行（縦方向）ＦＩＦＯと交換し、入力デマルチプレクサ２４の出力が波形イメージ・データの連続したデータ点を１、２、３、１、２・・・などのループでピクセル毎に列ＦＩＦＯに供給される。整列回路３２は、ライン単位ではなくピクセルに対して作用して、列出力を発生する。圧縮ＬＵＴ４４は、列毎に出力マルチプレクサ３８を制御する。波形イメージを垂直及び水平の両方向に圧縮したい場合、垂直圧縮を先ず実行して、その後に水平圧縮を行う。

よって、本発明の実時間表示による圧縮波形イメージ表示装置及び方法によれば、平均化ではなく、優先アルゴリズムにより垂直及び／又は水平にピクセルを組合せ、これらピクセルをビデオに変換して、表示用のグラフィック・チップに入力することにより、波形イメージを圧縮する際に波形イメージのピクセル輝度を維持している。

従来の圧縮表示を示す図である。 本発明による実時間表示圧縮を用いた装置のブロック図である。 本発明による実時間表示圧縮回路のブロック図である。 本発明による実時間表示圧縮に用いるデータ・ワードを示す図である。 本発明により（ａ）１／２．０倍の縮小及び（ｂ）１／１．５倍の縮小を行う際の実時間表示圧縮方法を説明するための図である。 フル・スケールの波形イメージ表示の図である。 本発明により異なる圧縮係数での縮小波形イメージ表示を示す図である。 本発明により異なる圧縮係数での縮小波形イメージ表示を示す図である。 本発明により異なる圧縮係数での縮小波形イメージ表示を示す図である。

符号の説明

１２ ラスタ・メモリ
１４ デマルチプレクサ
１６ 圧縮回路（圧縮アルゴリズム手段）
１８ グラフィック・チップ
２０ 表示器
２２ 前置ＦＩＦＯ
２４ デマルチプレクサ
２６、２８、３０ ラインＦＩＦＯ
３２ 整列回路
３４、３６ ピクセル組合せ回路
３８ デマルチプレクサ
４０ ライン入力カウンタ
４２ 再マップ・カウンタ
４４ 圧縮ルックアップ・テーブル
４６ ビデオＦＩＦＯ
４８ 出力ルックアップ・テーブル
５０ フォーマット／制御ブロック

Claims (4)

1. 圧縮された波形イメージを実時間で表示する装置であって、
   最大所望整数圧縮比で決まる数のグループに上記波形イメージを表すデータを循環形式でデマルチプレクスする手段と、
   優先度に基づく所望圧縮比に応じて１つ以上のグループを組合せて、圧縮波形イメージが上記波形イメージの輝度情報を保持するように、表示用の上記圧縮波形イメージを発生する手段と
   を具えた圧縮波形イメージ表示装置。
2. 上記グループの各々は、上記波形イメージのデータ用の１ラインであることを特徴とする請求項１の圧縮波形イメージ表示装置。
3. 圧縮された波形イメージを実時間で表示する方法であって、
   最大所望整数圧縮比で決まる数のグループに上記波形イメージを表すデータを循環形式でデマルチプレクスし、
   優先度に基づく所望圧縮比に応じて１つ以上のグループを組合せて、圧縮波形イメージが上記波形イメージの輝度情報を保持するように、表示用の上記圧縮波形イメージを発生する
   ことを特徴とする圧縮波形イメージ表示方法。
4. 上記グループの各々は、上記波形イメージのデータ用の１ラインであることを特徴とする請求項３の圧縮波形イメージ表示方法。

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