基于移动终端的虚拟示波器数据通信技术的研究与应用

摘要

虚拟仪器能够提高实体仪器的利用效率，在移动终端设备上开发的虚拟仪器并不多见，但有助于进一步的提高工作效率和便捷度。基于Android的移动终端设备是虚拟仪器开发中较理想的选择。本论文着重研究其中所涉及到的数据通信技术，并应用于实际项目中。
　　论文的主要任务是完成网络以及USB两种通信链路的搭建、设计数据通信方式、研究并应用数据压缩算法减少传输信息的冗余度。
　　论文所做的工作如下:
　　1、介绍了相关的关键技术，包括虚拟仪器技术、Android技术、网络传输技术、USB传输技术、数据压缩技术等。分析将Android为平台的移动终端设备作为虚拟仪器设备的可行性。
　　2、结合现有实体示波器硬件平台，针对网络和USB两种关键的传输方式展开分析。讨论了网络的拓扑结构、传输层传输协议等，并给出详细的实施方案与验证结果;分析了USB设备的主从划分与传输模式选择，并加以实现验证。
　　3、给出了独立于具体的传输方式的监控方案。包括单对单通信及多对多通信两大类，采用设计的传输方式进行波形传输或图像传输。
　　4、从减少通信过程中信息冗余的角度出发，针对波形传输比较并设计数据压缩算法。对LZW算法的具体细节进行讨论与优化，使算法能够更好的运行于嵌入式系统平台之上。并在算法的复杂度与压缩比之间达到平衡。经过压缩，数据通信的数据量减少，也更加稳定可靠。
　　5、针对图像传输，采用嵌入式零树小波、BP神经网络以及H.264三种有损压缩方式进行处理。比较并研究各个算法的优缺点，分析其性能，并加以应用。
　　经测试，网络及USB数据通信通路能够稳定的建立、波形传输与图像传输效果较好、压缩算法的执行能够达到较为理想的效果。

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本论文专用术语的注释表

第一章 绪论

1．1 示波器发展及其数据通信概述

1．1．1 示波器的发展

1．1．2 示波器中通信接口的发展

1．2 研究方向与国内外发展现状

1．3 本论文研究意义、任务及重难点分析

1．3．1 论文研究意义

1．3．2 论文研究任务

1．3．3 重难点分析

1．4 论文结构安排

第二章 虚拟示波器数据通信中的关键技术

2．1 虚拟仪器技术

2．2 无线终端设备与虚拟仪器

2．3 网络通信技术

2．4 USB传输技术

2．5 软硬件平台简介

2．6 数据压缩技术

2．7 本章小结

第三章 数据通信技术的研究

3．1 需求分析

3．2 网络传输方案设计

3．2．1 网络传输拓扑结构

3．2．2 传输方案设计

3．2．3 网络传输实现

3．2．4 网络传输验证

3．3 USB数据通信方案

3．3．2 USB数据通信模式

3．3．3 USB传输功能实现

3．3．4 USB功能验证

3．4 监控功能的实现

3．5 多对多通信

3．5．1 实体仪器端

3．5．2 虚拟仪器端

3．6 本章小结

第四章 数据通信中的数据处理

4．1 常用无损压缩算法简述

4．1．1 霍夫曼编码

4．1．2 算术编码

4．1．3 LZW算法

4．2 波形数据的压缩与解压

4．2．1 波形数据的特征分析

4．2．2 波形数据压缩处理

4．3 LZW算法的参数选择与改进

4．3．1 词典大小的选择

4．3．2 查找方式的选择

4．3．3 词典清除的处理方案

4．4 图像数据的压缩

4．4．1 图像数据特性与压缩预处理方法

4．4．2 基于小波的图像压缩方式

4．4．3 基于BP神经网络的图像压缩

4．4．4 基于H．264的视频压缩

4．4．5 图像压缩算法选择

4．5 压缩算法验证

4．6 本章小结

第五章 调试与验证

5．1 网络传输测试及相关指标测试

5．2 数据压缩后的指标测试

5．3 控制命令的测试

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献