JP2016194516A - 波形表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波形表示装置のラスタ画像の各画素のヒット数を、的確に輝度情報にマッピングする。
【解決手段】ラスタライザ２０６は、デジタイザ２０２からの波形データを順次ラスタライズして複数のラスタ画像を生成する。ラスタ画像は、複数のラスタ画素から構成され、各ラスタ画素は、そのラスタ画素にヒットした波形データのヒット数を３２ビット情報で保有する。プロセッサ２０８は、ラスタ画像から表示のための表示画像を生成するが、表示画像を構成する複数の表示画素のそれぞれは５ビットの輝度情報しか保有できない。ユーザは、ラスタ画像の画素のヒット数の全レンジよりも狭い部分レンジを選択でき、この部分レンジ内にあるラスタ画像の各ラスタ画素のヒット数だけを、１６個（５ビット）のレンジに分けて、表示画像の対応する表示画素にマッピングする。
【選択図】図２

Description

本発明は、オシロスコープのような波形表示装置に関し、特に、輝度情報を的確に制御できる波形表示装置に関する。

デジタル・オシロスコープは、被試験信号をデジタル化した波形データとして取り込んで波形として表示する。取り込まれたデジタル波形データは、複数画素の２次元配列から構成されるラスタ画像（ラスタスキャン方式で形成される画像：以下、ラスタ平面とも呼ぶ）へとマッピングされる。各画素（ラスタ画素）は、デジタル波形データがマッピングされる度にヒット数が増加する。各画素のヒット数は、通常、３２ビット以上に設定されているが、表示する際には、表示の都合上、各画素の輝度の階調が５又は６ビット程度に圧縮（変換）される。よって、この圧縮では、３２ビット以上あるヒット数を５ビット（１６階調）又は６ビット（３２階調）の輝度情報へとマッピングすることになるが、そのために、複数のしきい値が利用される。これらしきい値は、ヒット数の分布、例えば、その分布全体のレンジから導かれる。このとき、隣接する２つのしきい値間に存在する全てのヒット数を有する画素は、同じ輝度で表示される。更に、アナログ・オシロスコープの蛍光塗料を用いた陰極線管（ＣＲＴ）のような表示をシミュレートするため、最近のデジタル・オシロスコープでは、表示を更新する度に、ヒット数を減少させて、古い波形ほど減衰していくかのように表示し、その結果、頻度の高い波形が、より目立って表示されるようにしている（減衰表示機能又は残像調整機能）。

図１は、画素の輝度が同じ２つの波形１０２及び１０４をオシロスコープで表示した従来の例を示している。

特開２００３−２７０２７０号公報 特開２０１０−２１７１８１号公報

「DPO7000Cシリーズ・デジタル・フォスファ・オシロスコープ」の製品紹介サイト、テクトロニクス、［online］、［２０１６年３月３０日検索］、インターネット< http://jp.tek.com/oscilloscope/dpo7000-digital-phosphor-oscilloscope>

従来のアナログ・オシロスコープにおけるノイズの多いアナログ波形の場合では、詳細な情報を表示しても、そのノイズのために、あまり有益なものにはなり得なかった。しかし、上述のラスタ画像から輝度情報への変換の説明が示すように、ユーザが表示で確認できる情報よりも、もっと多くの情報がラスタ画像を構成するヒット数の２次元配列のラスタ画素には集められている。よって、現在のデジタル・オシロスコープにおけるデジタル波形データのヒット数の情報は、その波形の量的及び質的分析において、有益なものとなり得る。この場合、減衰表示機能を停止させ（つまり、無限残像として）、全情報を表示した方がより効果的である。

従来における波形データのヒット数を輝度情報へとマッピング（変換）する手法の１つとしては、最大ヒット数と最小ヒット数の間で、線形に複数のしきい値を割り当てるものがある。別のやり方では、利用可能な輝度の階調数の範囲で、ヒット数のヒストグラムが最適に収まるようにスケール調整（等化処理）した上で、ヒット数を輝度情報へと変換しており、このとき、スケール調整後の輝度情報が高輝度側又は低輝度側へと偏るような調整（非対称調整）を行うこともある。更に別の表示方法では、いわゆる反転表示もあり、頻度の低い波形データ（ヒット数の小さい画素）を高輝度で表示するので、例えば、発生頻度の低いグリッチ（しかし、多くの場合、被測定回路に何らかの問題があることをユーザに示す）が高輝度で表示される。更には、虹の七色のように複数色を利用し、赤に近い色ほどデジタル波形データの発生頻度が多く、紫に近い色ほど発生頻度が低いことを示す表示も利用されている。

上述のように、波形表示装置でラスタ画像が有するヒット数に基づいて波形を表示した際に、ユーザは、ヒット数の持つ情報を充分に利用できているわけではない。そこで、上述した課題や他の問題を解決するニーズが残っている。

本発明による波形表示装置の実施形態は、被測定信号を複数のデジタル波形データ（デジタル化信号）にデジタル化するよう構成されるデジタイザと、これら複数のデジタル波形データから複数のラスタ画像を生成するよう構成されるラスタライザとを有している。これらラスタ画像のそれぞれは、複数のラスタ画素から構成され、各ラスタ画素は、そのラスタ画素を通過した（つまり、そのラスタ画素にヒットした）デジタル波形データの数のカウント値（つまり、ヒット数）を有している。ユーザは、表示に利用するヒット数のレンジを、全レンジよりも狭い部分レンジ（サブセット）に限定できる。波形表示装置は、更にプロセッサも有しており、複数のラスタ画像から複数のマッピング画像を形成する。マッピング画像は、複数の表示画素から構成される。プロセッサは、部分レンジを表示画素の全輝度レンジとし、部分レンジのみに入るヒット数を有するラスタ画素に対応する表示画素に、ヒット数を輝度情報としてマッピングする。波形表示装置の表示装置は、マッピング画像を表示すると共に、必要に応じて、ヒット数に関する情報も表示する。更に、選択された部分レンジに関する情報を表示しても良い。

図１は、画素の輝度が同じ２つの波形をオシロスコープで表示した従来の例を示している。 図２は、本発明の実施形態による波形表示に適したオシロスコープのブロック図である。 図３は、オシロスコープの従来の表示機能を用いて、ヒット数の全レンジを表示輝度の全階調に対してマッピングした場合における変調信号の波形表示例を示す。 図４は、本発明の実施形態によるオシロスコープのヒット数レンジのサブセット表示機能を用いて、図３と同じ変調信号の波形を表示した例を示す。 図５は、本発明の実施形態による方法のフローチャートを示す。

以下、オシロスコープを用いた実施形態を説明するが、本発明は、波形表示装置であれば広く応用できる。即ち、波形表示装置としては、スペクトラム・アナライザ、テレビ計測用の波形モニタとしても良い。表示する波形データとしては、時間領域の波形データに限定されず、周波数領域の波形データとしても良い。よって、以下でオシロスコープによる実施形態を説明するのは、単に説明の都合上の例に過ぎない。

図２は、複数の波形を表示するのに適した本発明の実施形態によるオシロスコープ２００のブロック図である。オシロスコープ２００には、デジタイザ２０２、メモリ２０４（オプション）、ラスタライザ２０６、プロセッサ２０８及び表示装置２１０がある。

デジタイザ２０２は、被試験入力信号を受けてデジタル化し、デジタル波形データに変換する。デジタイザ２０２は、例えば、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を有し、リアルタイム・サンプリング・モードや等化時間サンプリング・モードで動作できる。メモリ２０４は、デジタイザ２０２とラスタライザ２０６の間に配置され、周知の如く、トリガ・イベントの度に、その記憶容量の範囲で、デジタル波形データを取込み、記憶する。一旦、記憶されたデジタル波形データのデータ・セットは、順次、ラスタライザ２０６を含む後処理ブロックへと送られる。ただし、本発明の観点からは、メモリ２０４をなくし、デジタイザ２０２からのデジタル波形データをラスタライザ２０６へ直接送るようにしても良い。後続の処理において、デジタル波形データの各データ・セットに含まれるトリガ・イベントは、時間的な基準として、これらデータ・セットの対応関係を揃えるのに利用されるようにしても良い。

通常の動作において、デジタル波形データは、ラスタライザ２０６でライタライズされて、表示装置２１０上で表示される２次元（ｍ×ｎ）配列された複数画素から構成されるラスタ画像（図示せず）へと変換される。このとき、デジタル波形データのデータ・セット毎に、トリガ・イベントを時間的な基準として利用し、これらデジタル波形データのデータ・セットが揃うようにして、ラスタ画像が複数個生成される。そして、ラスタライザ２０６は、デジタル波形データの各データ・セットをラスタライズする際に、ラスタ画像の２次元（ｍ×ｎ）配列の画素（以下、ラスタ画素とも呼ぶ）上にデジタル波形データがヒットする度に、ヒットした画素のヒット数を増加させる。上述の如く、各画素のヒット数は、３２ビット以上の深度を有するが、輝度情報に変換される際には、表示の都合上、５又は６ビットへと圧縮（マッピング）される。

プロセッサ２０８は、ラスタライザ２０６と直接的又は間接的に通信を行う。例えば、プロセッサ２０８とラスタライザ２０６は、データ・バス（図示せず）を介してリンクされる。また、プロセッサ２１０は、共通のメモリ（図示せず）を介して通信するようにしても良い。この共通メモリは、メモリ２０４で兼用しても良いし、メモリ２０４とは別個のメモリとしても良い。

３２ビット以上あるヒット数を、５又は６ビットの輝度情報へとマッピングする機能は、マッパ（mapper）によって実行され、最大ヒット数と最小ヒット数の間で、線形に複数のしきい値を割り当てることで、線形にマッピングするか、別のやり方では、利用可能な輝度の階調数（輝度レベル）の範囲で、ヒット数のヒストグラムが最適に収まるようにスケール調整（等化処理）を行う。このスケール調整では、輝度情報が高輝度側又は低輝度側へと偏るような調整（非対称調整）を行うこともある。更に別の表示方法では、いわゆる反転表示もあり、頻度の低い波形データ（ヒット数の小さい画素）を高輝度で表示するので、例えば、発生頻度の低いグリッチ（しかし、多くの場合、被測定回路に何らかの問題があることをユーザに示す）が高輝度で表示される。更には、虹の七色のように複数色を利用し、赤に近い色ほどデジタル波形データの発生頻度が多く、紫に近い色ほどデジタル波形データ発生頻度が低いことを示す表示も従来から利用されている。

ラスタ画像上のデータの別の利用方法としては、垂直及び水平ヒストグラムの生成に利用することもあり、これらヒストグラムは、行又は列のサブセットについての相対的な総ヒット数を示す。更に、表示画面上にカーソル・リードアウトを設けて、個々の波形やヒストグラムの任意のカ所の数値を表示できるようにすることもある。

本発明のある実施形態では、デジタル波形データが、図２のラスタライザ２０６の如きラスタライザによって、オシロスコープの表示装置上で表示される２次元（ｍ×ｎ）配列された複数画素から構成されるラスタ画像へとラスタライズされる。ラスタ画像は、例えば、５１２×１０２４画素を有し、各画素（ラスタ画素）は、３２ビットから構成され、その内の５又は６ビットが画素形式情報のために利用され、残りがヒット数を計数するカウンタとして利用される。

本発明のある実施形態では、デジタル波形データのデータ・セットが１秒毎に数万個取り込まれ、これらは、ラスタライザによって、複数のラスタ画像の１つに個別に加えられる。表示のアップデート（更新）は、毎秒２５回行われが、このアップデートは、マッパ（mapper）及び相互デマルチプレクサ・コミュニケーション・バス（ＩＤＣ：inter-demultiplexer communication bus）によって実行される。マッパの機能は、例えば、プロセッサ２０８によって実現されても良い。

このような実施形態では、マッパが動作を開始しようとするときに、現在の（例えば、古い）ラスタ画像が、別の（例えば、新しい）第２のラスタ画像にコピーされる。続いて、マッパが現在のラスタ画像に関して輝度情報のマッピング処理しているときに、ラスタライザは、第２ラスタ画像上にデジタル波形データのヒットを累積させる（ヒット数を増加させる）。

ヒット数（ヒット・カウント数）は、所定数（例えば、１６個）のしきい値と連続的に比較され、例えば、表示輝度の階調（例えば、５ビット＝１６階調）のどの階調にマッピングするかが決定される。本発明のある実施形態では、（例えば、５ビットの）最下位ビットの値を、最大ヒット数と最小ヒット数の間を補間することによって求めても良い。

最小しきい値よりも小さいヒット数を有する画素は、自動的に最も低い表示輝度（例えば、ゼロ）にマッピングされるようにしても良い。最小しきい値よりも大きいヒット数を有する画素は、そのヒット数に応じて、最小しきい値と最大しきい値との間にある複数レンジの中の１つのレンジに対応する輝度（の階調）にマッピングされる。最大しきい値よりも大きいヒット数を有する画素は、実際上（例えば、ＩＤＣで表示画像へ転送する際に、最大表示輝度のビット数から１ビット桁上げし、その後において）、最小輝度にマッピングされるようにしても良い。

本発明のある実施形態では、ユーザが、ヒット数の最大から最小までの全レンジ（全範囲）の間における特定のレンジであるサブセット（即ち、全レンジよりも狭い部分レンジ）を選択できる。このサブセット（部分レンジ）は、ヒット数の最大から最小までの全レンジ中の、全レンジよりは狭い、連続する範囲としても良い。この実施形態では、このサブセットだけ（つまり、このサブセットに入るヒット数だけ）が、表示輝度の全階調（フル階調）に対してマッピングされる。

本発明の別の実施形態では、ユーザが、カーソル（例えば、２次元カーソル）を用いて、表示画面中の個別の画素（よって、ヒット数）を選択でき、そのヒット数の値をリードアウトに表示させることができる。例えば、ユーザは、カーソルをヒット数の少ない表示波形データの部分に移動させて、その部分の正確なヒット数を表示装置上の表示で確認できる。

最近のオシロスコープでは、所定数の波形（波形データのデータ・セット）を取り込むと、波形取込みを停止するようにできる。そこで、本発明の更に別の実施形態では、所定数の波形を無限残像（つまり、減衰なし）で取込むようにする。そして、例えば、ヒット数のレンジ（サブセット）を、最小しきい値を少し超える程度までの範囲とすれば、頻度の少ないグリッチを明確に強調表示するのに利用できる。

表示波形の変動の大きい領域（つまり、波形の線が太くなって表示される領域）では、最大ヒット数及び最小ヒット数を有する画素（波形上のポイント）を特定するのに、本発明による範囲を狭めたサブセット（ヒット数の部分レンジ）を用いるマッピング機能を利用できる。

所定数の波形を無限残像で取り込んだ場合では、カーソルによるリードアウト表示機能を実際のヒット数を確認するのに利用できる。また、カーソルによるリードアウト表示機能で、選択されたポイントに関して、波形データの総数に対する割合（パーセント）を提供できる。

本発明の実施形態は、ピーク検出やエンベロープ波形のようなデータに関しても、これらをほぼ飽和した輝度（ほぼ最大輝度）で表示させるようにサブセットを設定することで、こうしたデータを効果的に分析するのにも利用できる。

図３は、オシロスコープの従来の表示機能を用いて、ヒット数の全レンジを表示輝度の全階調に対してマッピングした場合における変調信号の波形表示例３００を示す。この例では、どの波形のヒット数が最も多い（波形の頻度が最も多い）かは、直ちには、よく分からない。

図４は、本発明の実施形態によるオシロスコープのヒット数レンジのサブセット表示機能を用いて、図３と同じ変調信号の波形を表示した例４００を示す。この例では、波形のヒット数の全レンジ中から選択した部分レンジに対応するヒット数を有する波形部分だけが、明確に強調されて表示される。

図５は、本発明の実施形態による方法５００のフローチャートを示す。ステップ５０２では、オシロスコープが被測定入力信号を受けて、そのデジタイザがこの入力信号をデジタル化し、デジタル波形データ（デジタル信号）として取込む。

ステップ５０４では、オシロスコープのラスタライザが、デジタル波形データからラスタ画像を生成する。各ラスタ画像は、複数のラスタ画素から構成され、各ラスタ画素は、そのラスタ画素を通過（ヒット）した波形データのヒット数（カウント数）の情報を保有している。

ステップ５０６では、ラスタ画像の各ラスタ画素のヒット数が、ヒット数の複数レンジの中のどのレンジに入るかと、各ラスタ画素がヒット数の複数レンジのいずれかのレンジに収まるヒット数を有しているかとをオシロスコープのプロセッサで判断し、その判断に従って、ラスタ画像の各ラスタ画素のヒット数を、対応する表示画像の各表示画素の輝度情報へとマッピングすることで、表示画像（マッピング画像）を形成する。即ち、例えば、プロセッサによって実現されるマッパは、ラスタ画像と、設定されたヒット数の部分レンジに基いて、表示画像（マッピング画像）を形成する。このとき、各表示画像は、複数の表示画素を有し、これら表示画素の輝度の階調のレンジは、ラスタ画像の画素のヒット数を含むヒット数の特定の部分レンジに対応する。

ステップ５０８では、オシロスコープの表示装置が、表示画像（マッピング画像）を表示すると共に、輝度レンジ内の少なくとも１つのヒット数をカーソル・リードアウトに表示する。

ステップ５１０では、ユーザが、必要に応じてカーソルを表示画像内の特定のポイントへと移動させ、これに応じて、オシロスコープの表示装置が、その特定ポイントに対応するラスタ画像のラスタ画素が有するヒット数を視覚的に提示する。

図示した実施形態を参照しながら、本発明の原理を記述し、特徴を説明してきたが、こうした原理から離れることなく、図示した実施形態の構成や細部を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。先の説明では、特定の実施形態に絞って説明しているが、別の構成も考えられる。

特に、「本発明の実施形態によると」といった表現を本願では用いているが、こうした言い回しは、大まかに言って実施形態として可能であることを意味し、特定の実施形態の構成に限定することを意図するものではない。本願で用いているように、これら用語は、別の実施形態に組み合わせ可能な同じ又は異なる実施形態に言及するものである。

従って、本願で説明した実施形態は、幅広い種々の組み替えが可能であるとの観点から、この詳細な説明や添付の資料は、単に説明の都合によるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。従って、本発明として請求するものは、添付の請求項とそれらに等価なものの範囲と要旨内に入るような、そうした変更したもの全てである。

本発明の概念をいくつかの観点から記載すると、次のようなものがある。

本発明の概念１は、波形表示装置であって、
入力信号をデジタル化し、複数の波形データとして取込むよう構成されるデジタイザと、
上記波形データがヒットしたヒット数をそれぞれ有する複数のラスタ画素から構成されるラスタ画像を、複数の上記波形データから複数生成するラスタライザと、
上記ラスタ画像における上記ヒット数の全レンジの中の部分レンジを選択するための入力装置と、
複数の表示画素から構成されるマッピング画像を上記ラスタ画像から生成するマッパであって、上記部分レンジを上記表示画素の全輝度レンジとし、上記部分レンジのみに入る上記ヒット数を有する上記ラスタ画素に対応する上記表示画素に、上記ヒット数を輝度情報としてマッピングする上記マッパと、
上記マッピング画像を表示する表示装置と
を具えている。このとき、更に、選択されている部分レンジに関する情報を表示するようにしても良い。

本発明の概念２は、上記概念１の波形表示装置であって、上記ヒット数の上記全レンジには複数レンジがあって、上記部分レンジは、これら複数レンジのいくつかを選択することによって指定される。

本発明の概念３は、上記概念１の波形表示装置であって、上記部分レンジを１６個（＝５ビット）のレンジから構成し、上記ヒット数をこれらレンジのいずれかに（例えば、複数のしきい値を用いて）割り当てる。

本発明の概念４は、上記概念１の波形表示装置であって、上記部分レンジを、上記表示画素の上記全輝度レンジの階調数と同じ個数のレンジから構成している。

本発明の概念５は、上記概念１の波形表示装置であって、上記部分レンジを３２個（＝６ビット）のレンジから構成し、上記ヒット数をこれらレンジのいずれかに（例えば、複数のしきい値を用いて）割り当てる。

本発明の概念６は、上記概念１の波形表示装置であって、上記表示装置は、表示された上記マッピング画像上の任意の上記表示画素を選択することによって、対応する上記ヒット数の値を表示する。

本発明の概念７は、波形表示方法であって、
波形表示装置で入力信号を受ける処理と、
上記波形表示装置のデジタイザによって、上記入力信号をデジタル化して複数の上記波形データを生成する処理と、
上記波形表示装置のラスタライザによって、上記波形データがヒットしたヒット数をそれぞれ有する複数のラスタ画素から構成されるラスタ画像を、複数の上記波形データから複数生成する処理と、
上記波形表示装置の入力装置からの入力に応じて、上記ラスタ画像における上記ヒット数の全レンジの中の部分レンジを選択する処理と、
上記波形表示装置のプロセッサが行う、複数の表示画素から構成されるマッピング画像を上記ラスタ画像から生成するマッピング処理であって、上記部分レンジを上記表示画素の全輝度レンジとし、上記部分レンジのみに入る上記ヒット数を有する上記ラスタ画素に対応する上記表示画素に、上記ヒット数を輝度情報としてマッピングする上記マッピング処理と、
上記波形表示装置の表示装置によって、上記マッピング画像を表示する処理と
を具えている。このとき、上記表示装置が、更に、選択されている部分レンジに関する情報を表示するようにしても良い。

本発明の概念８は、上記概念７の波形表示方法であって、上記ヒット数の上記全レンジには複数レンジがあって、上記部分レンジは、これら複数レンジのいくつかを選択することによって指定される。

本発明の概念９は、上記概念７の波形表示方法であって、上記部分レンジを１６個（＝５ビット）のレンジから構成し、上記ヒット数をこれらレンジのいずれかに（例えば、複数のしきい値を用いて）割り当てる。

本発明の概念１０は、上記概念７の波形表示方法であって、上記部分レンジを、上記表示画素の上記全輝度レンジの階調数と同じ個数のレンジから構成している。

本発明の概念１１は、上記概念７の波形表示方法であって、上記部分レンジを３２個（＝６ビット）のレンジから構成し、上記ヒット数をこれらレンジのいずれかに（例えば、複数のしきい値を用いて）割り当てる。

本発明の概念１２は、上記概念７の波形表示方法であって、上記表示装置は、表示された上記マッピング画像上の任意の上記表示画素を選択することによって、対応する上記ヒット数の値を表示する。

本発明の概念１３は、上記概念７の波形表示方法であって、
ユーザが、低頻度の上記ヒット数の領域を選択するようにカーソルを移動させる処理と、
上記表示装置によって、選択された上記領域の実際の上記ヒット数を表示する処理と
を更に具えている。

本発明の概念１４は、上記概念１３の波形表示方法であって、上記表示装置によって、選択された上記領域の上記波形データの総数に対する割合を表示する処理を更に具えている。

２００ 波形表示装置
２０２ デジタイザ
２０４ メモリ
２０６ ラスタライザ
２０８ プロセッサ（マッパ）
２１０ 表示装置

Claims (1)

1. 入力信号をデジタル化し、複数の波形データとして取込むよう構成されるデジタイザと、
   上記波形データがヒットしたヒット数をそれぞれ有する複数のラスタ画素から構成されるラスタ画像を、複数の上記波形データから複数生成するラスタライザと、
   上記ラスタ画像における上記ヒット数の全レンジの中の部分レンジを選択するための入力装置と、
   複数の表示画素から構成されるマッピング画像を上記ラスタ画像から生成するマッパであって、上記部分レンジを上記表示画素の全輝度レンジとし、上記部分レンジのみに入る上記ヒット数を有する上記ラスタ画素に対応する上記表示画素に、上記ヒット数を輝度情報としてマッピングする上記マッパと、
   上記マッピング画像を表示する表示装置と
   を具える波形表示装置。

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