WO2019037424A1 - 一种频谱三维显示装置、方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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WO2019037424A1
WO2019037424A1 PCT/CN2018/080826 CN2018080826W WO2019037424A1 WO 2019037424 A1 WO2019037424 A1 WO 2019037424A1 CN 2018080826 W CN2018080826 W CN 2018080826W WO 2019037424 A1 WO2019037424 A1 WO 2019037424A1
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data
module
value
pixel
fft
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PCT/CN2018/080826
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English (en)
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Inventor
王永添
李振军
宋民
梁杰
Original Assignee
深圳市鼎阳科技有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/451—Execution arrangements for user interfaces

Definitions

  • the present invention relates to the field of spectrum display technologies, and in particular, to a spectrum three-dimensional display device, method, and computer readable storage medium.
  • One architecture is composed of receiver hardware (composed of RF channels, analog IF, and hardware circuits such as ADCs and digital chips) plus personal computer (PC, Personal Computer) hardware and software.
  • the integrated machine, the equipment of this architecture the data collected by the ADC is processed by DDC and FFT in the digital chip, and the data is sent to the PC software for detection, afterglow display and the like through a high-speed interface such as PCI-E;
  • One architecture is that the receiver hardware is a single device, and then connected to the PC through a universal interface such as a Universal Serial Bus (USB) or a Local Area Network (LAN).
  • USB Universal Serial Bus
  • LAN Local Area Network
  • the PC is implemented by the host computer software. Processing of data.
  • the existing spectrum three-dimensional display technology is generally based on PC software, and is implemented by a method of graphics and image processing.
  • Each frame of spectrum data corresponds to one picture, and the spectrum images of different time are formed by image overlay to form a three-dimensional view.
  • the schematic diagram of the process is shown in Figure 1.
  • Each time domain data is processed by FFT to obtain a frame of frequency domain data.
  • Each frame of frequency domain data is mapped into a two-dimensional space in the display buffer in memory.
  • the data in the two-dimensional space corresponds to a spectrogram; in the chronological order, the three-dimensional display data is formed by performing Overlay processing on the spectrogram corresponding to each FFT.
  • the FFT processing is generally implemented in a digital chip (such as a dedicated chip or a programmable logic chip), the processing speed is fast and real-time is strong; and when the three-dimensional display mapping processing is implemented in software, the mapping process is software point-by-point mapping.
  • the processing speed is slow, it is difficult to keep up with the rhythm of the FFT processing, and eventually all the FFT results cannot be displayed during the three-dimensional display process, that is, some FFT frames are discarded because they cannot be processed in time.
  • the image obtained by mapping the FFT result of each frame needs to be stored in a two-dimensional storage space.
  • the time range required for the three-dimensional display is long, a large amount of memory space is consumed.
  • the embodiment of the present invention is to provide a spectrum three-dimensional display device, method and computer readable storage medium.
  • an embodiment of the present invention provides a spectrum three-dimensional display device, where the device includes: an FFT module, a detection module, a three-dimensional display mapping control module, a random storage module, an RGB conversion module, and an Overlay module;
  • the FFT module is configured to perform FFT transformation on time domain data to obtain FFT output data
  • the detection module is configured to perform detection processing on the FFT output data to obtain detection output data
  • the three-dimensional display mapping control module is configured to convert the amplitude value of each pixel in the detected output data into an intensity value and map it to the random storage module;
  • the RGB conversion module is configured to convert an intensity value of each pixel obtained from the random storage module into an RGB color value of each pixel;
  • the Overlay module is configured to send the RGB color value of each pixel point and the menu data in the spectrum analyzer image interface to the display module for display.
  • an embodiment of the present invention further provides a method for displaying a three-dimensional spectrum, the method comprising:
  • the RGB color values of the respective pixel points are overlaid with the menu data in the analyzer image interface, and then sent to the display module for display.
  • an embodiment of the present invention provides a computer readable storage medium comprising a program for execution by a processor to implement the method of the second aspect described above.
  • the random storage module inside the digital chip is used to perform three-dimensional mapping and three-dimensional display on the spectral data of the FFT result after the detection, so that the spectrum analyzer In the process of spectrum 3D display, the purpose of processing data quickly is achieved, so that real data can be processed seamlessly in real time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional spectrum display principle in the prior art
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic structure of a spectrum three-dimensional display device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the implementation of a three-dimensional spectrum display method according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the working process of a three-dimensional display mapping control module in the spectrum three-dimensional display device of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic diagram 1 of a data transfer operation principle of the spectrum three-dimensional display device of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of content in a RAM memory after two-frame data mapping according to the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of content in a RAM memory after multi-frame data mapping according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a mapping area of a random storage module in a spectrum three-dimensional display device according to the present invention.
  • FIG. 10 is a second schematic diagram of the data transfer operation principle of the spectrum three-dimensional display device of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of content in a RAM memory after multi-frame data mapping according to the present invention.
  • FIG. 12 is a flow chart of a three-dimensional spectrum display method of the present invention.
  • a spectrum three-dimensional display device in which FFT and spectrum mapping processing are integrated in a digital chip, and the spectrum data of the FFT result is subjected to three-dimensional mapping and three-dimensional display, thereby making the spectrum analyzer Real-time seamless processing in the spectrum 3D display process.
  • FIG. 2 a block diagram of a spectrum three-dimensional display device according to the present invention is shown.
  • the device is located in a spectrum analyzer, and includes: a fast Fourier transform (FFT) module 21, a detection module 22, and a three-dimensional display mapping control module 23. , a random storage module 24, an RGB conversion module 25, and an overlay module 26;
  • FFT fast Fourier transform
  • the FFT module 21 is configured to perform FFT transformation on time domain data to obtain FFT output data.
  • the detection module 22 is configured to perform detection processing on the FFT output data to obtain detection output data
  • the three-dimensional display mapping control module 23 is configured to convert the amplitude value of each pixel in each detected output data into an intensity value and store it in the random storage module 24;
  • the RGB conversion module 25 is configured to convert the intensity values of the respective pixel points acquired from the random storage module 24 into the RGB color values of the respective pixel points;
  • the Overlay module 26 is configured to send the RGB color values of the respective pixel points and the menu data in the analyzer image interface to the display module 27 for display.
  • the spectrum three-dimensional display device further includes a display module 27 implemented by the display for displaying data sent by the Overlay module 26.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an implementation of a three-dimensional spectrum display method according to the present invention.
  • the time domain data is data after windowing, and the representative data may be a real signal or a complex signal.
  • the length of the FFT is related to parameters such as RBW (resolution bandwidth) and SPAN (analysis bandwidth range) set by the spectrum analyzer.
  • the detection module 22 is specifically configured to perform modulo and logarithm operations on the FFT output data, and perform corresponding detection processing on the result of the FFT output according to a detection method set by a user, where the detection processing includes the following processing at least One of: determining the maximum value, the minimum value, and the average value; the detection module 22 is further configured to match the data length of the detection output data with the number of horizontal pixels in the final three-dimensional display; specifically, the data of the output data is detected. When the length does not match the number of horizontal pixels in the final three-dimensional display, the data length is matched with the number of horizontal pixels by interpolation or extraction.
  • the three-dimensional display mapping control module 23 is specifically configured to map the detected output data in units of frames (the output of each FFT is one frame of data), and map the data of each pixel to the random storage according to the frequency information and the amplitude value information.
  • the amplitude value of each point is proportionally converted into an intensity value and stored in the corresponding storage unit.
  • the random access module 24 can employ a RAM memory.
  • the RGB conversion module 25 is configured to convert the intensity values of the mapped pixels to RGB color values, and then send them to the display module 27 for display after being overlaid with the menu data in the analyzer image interface.
  • the invention provides a spectrum three-dimensional display device realized by a programmable logic chip, which utilizes the RAM storage resource inside the programmable logic chip, and uses the parallel processing technology to perform three-dimensional mapping on the detected spectral data of the FFT result. And 3D display for fast processing of data, enabling the spectrum analyzer to achieve true real-time seamless processing in 3D display mode.
  • FIG. 4 an exemplary organizational structure diagram of the random storage module 24 is shown in FIG. 4, and the random storage module 24 is a two-dimensional memory structure.
  • each RAM has a depth of 900 (800+200/2).
  • Each small square in the figure represents a storage unit in the RAM, and also corresponds to one pixel of the screen (or two pixels in the vertical direction of the screen). ).
  • the amplitude value is converted into the range between 200 and 101, and the mapping range is always between the 101st RAM and the 200th RAM, and the horizontal direction is the left column 1st to the first In this region between 800 columns, Figure 4 only shows the situation when only one frame of data is mapped at a certain time.
  • the mapping process of each frame of data is: reading and writing the column address of the RAM memory with the time index value of the data output (assumed to be x, the range is 1, 2, 3, ..., 800). Taking the amplitude value of each data (assumed to be y, the range is 200-101) as the read-write row address of the corresponding RAM memory, and selecting the corresponding RAM storage unit, that is, the xth column determined by the coordinates (x, y), The memory cell of the yth row is then assigned to the memory cell an intensity value and a fixed priority level 1, the intensity value being proportional to the y value. After the 800 points of each frame of data are mapped, before the next mapping, the data needs to be moved first; wherein x and y are positive integers.
  • the three-dimensional display mapping control module is further configured to: after mapping the frame data, before performing the mapping of the next frame data, perform data transfer operations on the current frame data that is completed by mapping in the following manner:
  • the data of the b-1th column of ram2 to ram a is read out in order, and then the priority of the pixel whose priority is not zero is prioritized.
  • the priority of the pixel whose priority is not zero is prioritized.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a data moving operation. As shown in FIG. 5, the data moving process is specifically as follows: It is assumed that there are 200 rows and 900 columns in the memory, and the 899th column data of ram2 to ram200 is sequentially started from the right column 899. Read, and then add the priority of the pixel whose priority is not zero to 1 and write it into the 900th column of ram1 to ram199; read the 898th column data of ram2 to ram200, and then the priority is not zero.
  • the priority of the pixel is incremented by 1 and written into the 899th column of ram1 to ram199; thus, the data of the first column of ram2 to ram200 is read out, and then the priority of the pixel whose priority is not zero is prioritized. Add 1 and write to the second column of ram1 to ram199.
  • the priority is also determined at the same time: if the priority of the data read by a certain storage unit is greater than 100, the priority and the intensity value are set to zero and then written.
  • the destination storage unit in this way, can control the three-dimensional display within a certain time range, and the oldest data will be cleared in time.
  • each column of data has 199 storage units of data transferred, but this transfer is performed in parallel.
  • the above data transfer operation can also be represented by the data transfer timing chart shown in FIG. 6, wherein Dout represents data read from the corresponding storage unit, and Din represents priority-determined and modified data, and the read address range is 899 to 0. And the write address range is 900 ⁇ 1.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the contents of the RAM memory after two frames of data mapping.
  • the data in the random access module 24 is also read out in accordance with the line sequence displayed on the screen for RGB conversion and the like.
  • the random storage module 24 in FIG. 3 is generally divided into two storage areas of ping-pong, wherein the ping-pong area is used to perform the above-mentioned three-dimensional mapping, and the ping-pong area is used as a display buffer of the mapped data.
  • the ping-pong data is continuously read and stored in the ping-pong area, and then RGB conversion is performed by reading the pixel-by-pixel pixel by line from the hop area.
  • the priority information can be discarded, and the intensity value information of each pixel point can be retained, which can reduce the storage space required for the pong area.
  • the three-dimensional display technology described above can be used not only to display the spectrogram, but also to display any other type of data, including time domain data and frequency domain data.
  • the data is moved according to the area shown in FIG. 4 and the data is moved according to the method shown in FIG. 5.
  • a three-dimensional image like the orientation of FIG. 8 can be formed.
  • the present invention can also perform three-dimensional display by specifying a mapping area and a data moving direction. The result is another orientation, for example, defining a mapping area as shown in Figure 9, and setting the mapping area to the lower right.
  • the data moving process is from left to right, and a three-dimensional spectrogram of the orientation shown in FIG. 11 can be obtained.
  • the detected data may be segmented, for example, dividing 800 points into 4 segments.
  • the storage structure shown in FIG. 4 is also divided into four regions, each segment of data corresponds to one region, and then four segments of data are mapped in parallel.
  • the data moving process shown in FIG. 5 it is only necessary to add a column of storage units to each buffer to realize the synchronous transfer operation of the 4-segment area data.
  • This method of segmented parallel processing can correspondingly reduce the data mapping time to 1/4 of the non-segmentation, which greatly improves the data processing efficiency.
  • the spectrum three-dimensional display device includes: an FFT module, a detection module, a three-dimensional display mapping control module, a random storage module, an RGB conversion module, and an Overlay module; wherein, the FFT module is used for timing
  • the domain data is subjected to FFT transformation to obtain FFT output data
  • the detection module is configured to perform detection processing on the FFT output data to obtain detection output data
  • a three-dimensional display mapping control module is configured to convert the amplitude value of each pixel in the detection output data into proportional conversion
  • the intensity value is mapped to the random storage module
  • the RGB conversion module is configured to convert the intensity values of the respective pixels acquired from the random storage module into the RGB color values of the respective pixels
  • the Overlay module is configured to The RGB color value and the menu data Overlay in the analyzer image interface are sent to the display module for display.
  • the FFT and the spectrum mapping processing are integrated in the digital chip, and the random storage module inside the digital chip is used to perform three-dimensional mapping on the detected spectral data of the FFT result. And three-dimensional display for fast processing of data, so that the spectrum analyzer achieves true real-time seamless processing in the spectrum three-dimensional display process.
  • the FFT module 21, the detection module 22, the three-dimensional display mapping control module 23, the random storage module 24, the RGB conversion module 25, and the Overlay module 26 can all be implemented by a central processing unit in the spectrum analyzer (CPU, Central Processing). Unit), Microprocessor Unit (MPU), Digital Signal Processor (DSP) or Field-Programmable Gate Array (FPGA).
  • CPU Central Processing
  • MPU Microprocessor Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • the method may specifically include:
  • Step 1201 Perform FFT transformation on time domain data to obtain FFT output data.
  • the time domain data is data after windowing, and may represent a real signal or a complex signal.
  • the length of the FFT is related to parameters such as RBW and SPAN set by the spectrum analyzer.
  • Step 1202 Perform detection processing on the FFT output data to obtain detection output data.
  • the detecting process includes at least one of: processing a maximum value, a minimum value, and an average value;
  • the method further comprises: matching the data length of the detected output data with the number of horizontal pixels in the final three-dimensional display.
  • Step 1203 Convert the amplitude value of each pixel in the detected output data into an intensity value and map it to the random storage module;
  • the amplitude value of each pixel in the detected output data is converted into an intensity value and then mapped to the random storage module, including: mapping the data of each pixel to the random storage according to the frequency information and the amplitude value information.
  • mapping the data of each pixel to the random storage according to the frequency information and the amplitude value information.
  • the data of each pixel is mapped to the corresponding storage unit in the random storage module according to the frequency information and the amplitude value information, including: the time index value of the data output of each pixel is the reading of the storage unit.
  • the method further includes:
  • the data transfer operation is performed on the current frame data of the completed mapping as follows:
  • the data of the b-1th column of ram2 to ram a is read out in order, and then the priority of the pixel whose priority is not zero is prioritized.
  • the priority of the pixel whose priority is not zero is prioritized.
  • the second column of ram1 to ram a-1 after the transfer operation is completed, the first column of the ram2 to ram a memory cells are cleared; wherein a and b are positive integers.
  • Step 1204 Convert an intensity value of each pixel point acquired from the random storage module into an RGB color value of each pixel point;
  • Step 1205 The RGB color value of each pixel point and the menu data in the spectrum analyzer image interface are overlay and then sent to the display module for display.
  • the program may be stored in a computer readable storage medium, and the storage medium may include: a read only memory, a random access memory, a magnetic disk, an optical disk, a hard disk, etc.
  • the computer executes the program to implement the above functions.
  • the program is stored in the memory of the device, and when the program in the memory is executed by the processor, all or part of the above functions can be realized.
  • the program may also be stored in a storage medium such as a server, another computer, a magnetic disk, an optical disk, a flash disk or a mobile hard disk, and may be saved by downloading or copying.
  • the system is updated in the memory of the local device, or the system of the local device is updated.

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Abstract

本发明实施例提供了一种频谱三维显示装置，包括：FFT模块，用于对时域数据进行FFT变换；检波模块，用于对FFT输出数据进行检波处理；三维显示映射控制模块，用于将检波输出数据映射到随机存储模块中；RGB转换模块，用于将各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；叠加模块，用于将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据叠加后发送至显示模块。本发明所提供的频谱三维显示装置，将FFT及频谱映射处理均集成在了数字芯片内部，对FFT结果经检波后的频谱数据进行三维映射和三维显示，从而使得频谱仪在频谱三维显示过程中实现真正的实时无缝处理。本发明实施例还提供了一种频谱三维显示方法及计算机可读存储介质。

Description

一种频谱三维显示装置、方法及计算机可读存储介质 技术领域
本发明涉及频谱显示技术领域，具体涉及一种频谱三维显示装置、方法及计算机可读存储介质。
背景技术
在测试测量领域，随着通信技术、雷达技术等越来越复杂化，以及伴随着各种调制技术的诞生和应用，工程师和科学家们在排查各种电子系统遇到的故障或问题时，面临越来越艰巨的挑战。在检测随时间变化的射频信号时，利用传统测试仪器，例如传统频谱仪不能很好的发现问题和定位问题，例如一些突发的并且随机出现的信号、干扰等，利用传统频谱仪难以对这类信号进行捕获和分析。
在这种背景下，很多厂商相继推出了实时频谱分析仪，借助于快速无缝FFT处理以及余辉显示、模板触发等技术，来实现对各种突发异常信号的捕获和分析。
这类实时频谱分析仪的架构一般有两种，一种是由接收机硬件(由射频通道、模拟中频以及ADC以及数字芯片等硬件电路组成)加上个人计算机(PC，Personal Computer)机软硬件构成的一体机，这种架构的设备，ADC采集后的数据在数字芯片中完成DDC和FFT等处理，结果经由PCI-E等高速接口将数据交给PC软件进行检波、余辉显示等处理；另一种架构是接收机硬件单独为一个设备，然后通过通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)、局域网(LAN，Local Area Network)等通用接口连接到PC机上，PC机通过上位机软件来实现对数据的处理。
在以上两种架构中，FFT之后大部分数据处理工作需要借助PC机资源来实现。当需要对频谱图进行三维显示时，由于同时需要对数据进行无缝FFT处理，会占用大量的PC资源，但是，由于三维显示时，并不能做到每一帧FFT结果都能在三维图中显示出来，中间总是会或多或少出现一些丢帧，因此，三维显示并不能做到无缝显示。
现有的频谱三维显示技术一般是基于PC机软件，采用图形和图像处理的方法来实现，每一帧频谱数据对应一张图片，不同时间的频谱图通过图像叠加(overlay)来形成三维视图，这个过程的原理示意图如图1所示：每一段时域数据经FFT处理后得到一帧频域数据，每一帧频域数据在内存中均映射到显示缓冲区中的一个二维空间中，该二维空间中的数据对应一张频谱图；按时间先后顺序，将各次FFT对应的频谱图进行Overlay处理即可形成三维显示数据。
但现有频谱三维显示技术仍存在以下缺点：
1、由于FFT处理一般在数字芯片中(如专用芯片或者可编程逻辑芯片)实现，其处理速度快、实时性强；而三维显示映射处理在软件中实现时，其映射过程为软件逐点映射，处理速度比较慢，很难跟上FFT处理的节奏，最终会导致三维显示过程中不能显示所有的FFT结果，也就是有些FFT帧因不能及时被处理而被丢掉。
2、基于软件的频谱映射，每一帧FFT结果映射得到的图像需要存放在一个二维存储空间，当三维显示需要支持的时间范围较长时，会消耗大量的内存空间。
因此，频谱三维显示处理在软件中实现时无法做到真正的数据实时无缝处理。
发明内容
为了解决现有技术中频谱三维显示处理在软件中实现时无法做到数据实时无缝处理的问题，本发明实施例期望提供一种频谱三维显示装置、方法及计算 机可读存储介质。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种频谱三维显示装置，所述装置包括：FFT模块、检波模块、三维显示映射控制模块、随机存储模块、RGB转换模块及Overlay模块；其中，
所述FFT模块，用于对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
所述检波模块，用于对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
所述三维显示映射控制模块，用于将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；
所述RGB转换模块，用于将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
所述Overlay模块，用于将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。
根据第二方面，本发明实施例还提供了一种频谱三维显示方法，所述方法，包括：
对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；
将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序用于被处理器执行以实现如上述第二方面所述的方法。
依据上述实施例的装置，由于将FFT及频谱映射处理均集成在了数字芯片内部，利用了数字芯片内部的随机存储模块对FFT结果经检波后的频谱数据进行三维映射和三维显示，使得频谱仪在频谱三维显示过程中达到快速处理数据的目的，从而实现真正的数据实时无缝处理。
附图说明
图1为现有技术中频谱三维显示原理示意图；
图2为本发明频谱三维显示装置在一种实施方式中的基本结构示意图；
图3为本发明频谱三维显示方法的实现原理图；
图4为本发明频谱三维显示装置中三维显示映射控制模块的工作过程示意图；
图5为本发明频谱三维显示装置的数据搬移操作原理示意图一；
图6为本发明频谱三维显示装置的数据搬移操作时序图；
图7为本发明两帧数据映射后RAM存储器中的内容示意图；
图8为本发明多帧数据映射后RAM存储器中的内容示意图；
图9为本发明频谱三维显示装置中的随机存储模块的映射区域示意图；
图10为本发明频谱三维显示装置的数据搬移操作原理示意图二；
图11为本发明多帧数据映射后RAM存储器中的内容示意图；
图12本发明频谱三维显示方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说 明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
在本发明实施例中，提供了一种频谱三维显示装置，将FFT及频谱映射处理均集成在了数字芯片内部，对FFT结果经检波后的频谱数据进行三维映射和三维显示，从而使得频谱仪在频谱三维显示过程中实现真正的实时无缝处理。
实施例一
请参照图2，示出了本发明一种频谱三维显示装置的结构框图，所述装置位于频谱仪，包括：快速傅里叶变换(FFT)模块21、检波模块22、三维显示映射控制模块23、随机存储模块24、RGB转换模块25及叠加(Overlay)模块26；其中，
所述FFT模块21，用于对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
所述检波模块22，用于对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
所述三维显示映射控制模块23，用于将每个检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值存储到随机存储模块24中；
所述RGB转换模块25，用于将从随机存储模块24中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
所述Overlay模块26，用于将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块27进行显示。
所述频谱三维显示装置还包括：显示模块27，由显示器实现，用于对Overlay模块26发送的数据进行显示。
图3为本发明提供的频谱三维显示方法的实现原理图，结合图2和图3，具体的，所述时域数据为加窗之后的数据，其代表的可以是实信号，也可以是复信号。
对时域数据进行FFT变换时，FFT的长度，也就是窗函数的长度与频谱仪设置的RBW(分辨率带宽)和SPAN(分析带宽范围)等参数相关。
所述检波模块22，具体用于对FFT输出数据进行求模、求对数等操作，并且根据用户设定的检波方法对FFT输出的结果进行相应检波处理，所述检波处理包括以下处理至少其中之一：求最大值、最小值、平均值；所述检波模块22，还用于将检波输出数据的数据长度与最终三维显示时水平像素个数进行匹配；具体的，在检波输出数据的数据长度与最终三维显示时水平像素个数不匹配时，通过插值或者抽取操作使数据长度与水平像素个数一致。
所述三维显示映射控制模块23，具体用于将检波输出数据以帧为单位(每次FFT的输出为一帧数据)，将各个像素点的数据根据其频率信息和幅度值信息映射到随机存储模块24中的相应存储单元中；具体的映射过程中，将每个点的幅度值按比例转换成强度值存储到相应的存储单元中。所述随机存储模块24可以采用RAM存储器。
所述RGB转换模块25，用于将映射后的各个像素点的强度值转换为RGB颜色值，然后与频谱仪图像界面中的菜单数据overlay后送给显示模块27进行显示。
本发明给出了一种通过可编程逻辑芯片实现的频谱三维显示装置，该装置利用了可编程逻辑芯片内部的RAM存储资源，利用并行处理技术，对FFT结果经检波后的频谱数据进行三维映射和三维显示以达到快速处理数据的目的， 使得频谱仪在三维显示模式下也能够实现真正的实时无缝处理。
具体的，所述随机存储模块24的一种示例性组织结构示意图如图4所示，所述随机存储模块24为一个二维的存储器结构。
参照图4，所述三维显示映射控制模块23的具体工作过程如下所述：假设三维显示需要支持的时间长度为100帧，水平方向屏幕像素点为800点，那么，需要200个RAM Block来组合成映射缓冲区，每个RAM的深度为900(800+200/2)，图中每个小方格代表RAM中的一个存储单元，也对应屏幕一个像素点(或者屏幕垂直方向两个像素点)。检波数据经过一定的Scale处理后，其幅度值折算到200～101之间的范围内，其映射范围始终为第101个RAM和第200个RAM之间、水平方向为左起第1列到第800列之间的这个区域内，图4仅给出了某个时刻只映射一帧数据时的情形。
参照图4，具体每一帧数据的映射过程为：以数据输出的时间索引值(假设为x，范围为1，2，3，......，800)为RAM存储器读写列地址；以每一个数据的幅度值(假设为y，范围为200～101)作为相应RAM存储器的读写行地址，选中对应的RAM存储单元，即由坐标(x，y)确定的第x列、第y行的存储单元，然后赋给该存储单元一个强度值以及一个固定的优先级1，该强度值与y值成一定的比例关系。每一帧数据的800个点都映射完后，再进行下一次映射前，需要先进行一次数据的搬移操作；其中，x，y均为正整数。
所述三维显示映射控制模块，还用于在映射完一帧数据后，在映射下一帧数据之前，对完成映射的当前帧数据按照以下方式进行数据搬移操作：
对于a行、b列的随机存储模块，从右边第b-1列开始，按顺序将ram2～ram a的第b-1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b列中；将ram2～ram a的第b-2列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b-1列中；以此类推，直到将ram2～ram a的第1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第2列中；所述搬移操作全部完成后，将ram2～ram  a的第一列存储单元清零。
图5为一种数据搬移操作示意图，如图5所示，数据搬移过程具体为：假设存储器中有200行、900列，从右边第899列开始，按顺序将ram2～ram200的第899列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram199的第900列中；将ram2～ram200的第898列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram199的第899列中；如此往下，一直到将ram2～ram200的第1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram199的第2列中。另外，在上述数据搬移过程中，还会同时对优先级进行以下判断：如果某个存储单元读取出来的数据的优先级大于100，则将该优先级和强度值置为零后再写入目的存储单元，这样的话，就可以控制三维显示在一定的时间范围内，而最老的数据都会被及时清除掉。对于优先级小于100的存储单元，强度值保持不变，而优先级不为零的点在搬移后优先级都会加1，这个过程总共花费900个clock左右。每一列数据有199个存储单元的数据发生转移，但是这个转移是并行进行的。
上述数据搬移操作还可以通过图6所示的数据搬移时序图来表示，其中Dout表示从相应存储单元读出来的数据，Din表示经过优先级判断和修改后的数据，读地址范围为899～0，而写地址范围为900～1。
上述数据搬移操作完成后，就可以对下一帧检波输出数据按照图4所示相同的过程进行映射操作了，图7为两帧数据映射后RAM存储器中的内容示意图。
每映射一帧数据，就要按照图5那样搬移一次数据。多帧数据映射后的结果如图8所示。
在上述映射过程中，随机存储模块24中的数据还会按照屏幕显示的行场时序被读取出来进行RGB转换等处理。在具体实现时，图3中的随机存储模块24一般会分为乒乓两个存储区域，其中乒区用来进行上述三维映射；而乓区则用来做映射后的数据的显示缓冲区，在行场时序的某段时间内，将乒区数据连 续读出存储到乓区，再从乓区按照行场时序逐行逐个像素读出来进行RGB转换。数据从乒区搬移到乓区时，优先级信息可以丢弃不用，保留各像素点的强度值信息即可，这样可以减少乓区所需的存储空间。
需要补充说明的是，上面描述的三维显示技术，不仅可以用于显示频谱图，还可以用于显示其他任意类型的数据，包括时域数据和频域数据等。另外，按照图4所示区域进行映射和按照图5所示方法进行数据搬移，最终可以形成像图8这种朝向的三维图；本发明也可以通过指定映射区域、数据搬移方向，使得三维显示出来的结果是另外一种朝向，比如，定义映射区域如图9，将映射区域设置在右下方。同时，如图10所示，数据搬移过程从左到右，就可以得到图11所示朝向的三维频谱图。
在本发明的另一种可选实施方式中，为了进一步加快数据处理速度，充分利用可编程逻辑芯片的并行处理能力，可以将检波后的数据进行分段，比如，将800个点分成4段，每段200点；同时，将图4所示的存储结构也分成4个区域，每段数据对应一个区域，然后4段数据并行进行映射。而在图5中所示的数据搬移过程中，只需要将每个缓冲区最后再加一列存储单元即可实现4段区域数据的同步搬移操作。这种分段并行处理的方法可以相应的将数据映射时间降低为不分段时的1/4，极大地提高数据处理效率。
综上，本发明实施例一所提供的频谱三维显示装置，包括：FFT模块、检波模块、三维显示映射控制模块、随机存储模块、RGB转换模块及Overlay模块；其中，FFT模块，用于对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；检波模块，用于对FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；三维显示映射控制模块，用于将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；RGB转换模块，用于将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；Overlay模块，用于将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。通过本发明实施例一所提供的频谱三维显示装置，将FFT及频谱映 射处理均集成在了数字芯片内部，利用了数字芯片内部的随机存储模块，对FFT结果经检波后的频谱数据进行三维映射和三维显示以达到快速处理数据的目的，从而使得频谱仪在频谱三维显示过程中实现真正的实时无缝处理。
在具体实施过程中，上述FFT模块21、检波模块22、三维显示映射控制模块23、随机存储模块24、RGB转换模块25及Overlay模块26均可以由频谱仪内的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，Micro Processing Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)或可编程逻辑阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)来实现。
实施例二
请参照图12，示出了本发明一种频谱三维显示方法的步骤流程图，该方法具体可以包括：
步骤1201、对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
具体的，所述时域数据为加窗之后的数据，其代表的可以是实信号，也可以是复信号。
对时域数据进行FFT变换时，FFT的长度，也就是窗函数的长度与频谱仪设置的RBW和SPAN等参数相关。
步骤1202、对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
具体的，所述检波处理包括以下处理至少其中之一：求最大值、最小值及平均值；
在本发明的一种可选实施方式中，所述方法还包括：将检波输出数据的数据长度与最终三维显示时水平像素个数进行匹配。
步骤1203、将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；
具体的，所述将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中，包括：将各个像素点的数据根据其频率信息和幅度 值信息映射到随机存储模块中的相应存储单元中。
更具体的，所述将各个像素点的数据根据其频率信息和幅度值信息映射到随机存储模块中的相应存储单元中，包括：以各个像素点的数据输出的时间索引值为存储单元的读写列地址x；以各个像素点的幅度值作为相应存储单元的读写行地址y，选中对应的存储单元后赋给该存储单元一个强度值以及一个固定的优先级1，该强度值与y值具有特定比例关系。
在本发明的一种可选实施方式中，在映射完一帧数据后，在映射下一帧数据之前，所述方法还包括：
对完成映射的当前帧数据按照以下方式进行数据搬移操作：
对于a行、b列的随机存储模块，从右边第b-1列开始，按顺序将ram2～ram a的第b-1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b列中；将ram2～ram a的第b-2列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b-1列中；以此类推，直到将ram2～ram a的第1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第2列中；所述搬移操作全部完成后，将ram2～ram a的第一列存储单元清零；其中，a、b均为正整数。
步骤1204、将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
步骤1205、将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的 存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (10)

  1. 一种频谱三维显示装置，其特征在于，所述装置包括：FFT模块、检波模块、三维显示映射控制模块、随机存储模块、RGB转换模块及Overlay模块；其中，
    所述FFT模块，用于对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
    所述检波模块，用于对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
    所述三维显示映射控制模块，用于将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；
    所述RGB转换模块，用于将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
    所述Overlay模块，用于将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。
  2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检波处理包括以下处理至少其中之一：求最大值、最小值及平均值；
    所述检波模块，还用于将检波输出数据的数据长度与最终三维显示时水平像素个数进行匹配。
  3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三维显示映射控制模块，用于将各个像素点的数据根据其频率信息和幅度值信息映射到随机存储模块中的相应存储单元中。
  4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述三维显示映射控制模块用于以各个像素点的数据输出的时间索引值为存储单元的读写列地址x；以各个像素点的幅度值作为相应存储单元的读写行地址y，选中对应的存储单元后赋给该存储单元一个强度值以及一个固定的优先级1，该强度值与y值具有特定比例关系。
  5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述三维显示映射控制模块，还用于在映射完一帧数据后，在映射下一帧数据之前，对完成映射的当前帧数 据按照以下方式进行数据搬移操作：
    对于a行、b列的随机存储模块，从右边第b-1列开始，按顺序将ram2～ram a的第b-1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b列中；将ram2～ram a的第b-2列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第b-1列中；以此类推，直到将ram2～ram a的第1列数据读出，然后将优先级不为零的像素点的优先级加1后写入ram1～ram a-1的第2列中；所述搬移操作全部完成后，将ram2～ram a的第一列存储单元清零。
  6. 一种频谱三维显示方法，其特征在于，所述方法，包括：
    对时域数据进行FFT变换得到FFT输出数据；
    对所述FFT输出数据进行检波处理得到检波输出数据；
    将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中；
    将从随机存储模块中获取的各个像素点的强度值转换为各个像素点的RGB颜色值；
    将各个像素点的RGB颜色值与频谱仪图像界面中的菜单数据Overlay后发送至显示模块进行显示。
  7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检波处理包括以下处理至少其中之一：求最大值、最小值及平均值；
    所述方法还包括：将检波输出数据的数据长度与最终三维显示时水平像素个数进行匹配。
  8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将检波输出数据中各个像素点的幅度值按比例转换成强度值后映射到随机存储模块中，包括：将各个像素点的数据根据其频率信息和幅度值信息映射到随机存储模块中的相应存储单元中。
  9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将各个像素点的数据根 据其频率信息和幅度值信息映射到随机存储模块中的相应存储单元中，包括：以各个像素点的数据输出的时间索引值为存储单元的读写列地址x；以各个像素点的幅度值作为相应存储单元的读写行地址y，选中对应的存储单元后赋给该存储单元一个强度值以及一个固定的优先级1，该强度值与y值具有特定比例关系。
  10. 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序用于被处理器执行以实现如上述权利要求6至9其中任一项所述的方法。
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