一种具有录制波形分析功能的示波器

摘要

本发明涉及一种具有录制波形分析功能的示波器，其特征在于，所述示波器包括：波形数据单元用于获取录制的连续n帧波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；差异度单元用于计算前后相邻两帧波形数据之间的差异度，共获取n-1个差异度；热点跳变帧单元用于根据差异度从所述n帧波形数据中获取热点跳变帧。其中，所述热点跳变帧单元包括：比较模块用于n-1个差异度分别与预设差异门限比较；判决模块用于根据比较结果进行判决；若所述差异度大于差异门限，则获取与该差异度对应的后一帧波形数据为热点跳变帧。

说明书

技术领域

本发明涉及测试测量领域，特别涉及一种具有录制波形分析功能的示波器。

背景技术

数字示波器在短时间内捕获了大量的波形数据，这些数据以触发点作为时间参考，每 次触发捕获一帧波形。在具有很多帧波形数据的情况下，需要从这些多帧波形数据（简称 波形）中得到差异信息，现有技术中获取众多帧波形数据中差异信息的分析方法分为以下 几类：

一、指定一帧波形数据作为标准波形，通过每帧波形依次和标准波形进行比较来得到 每帧的差异；如“基于轨迹的波形分析方法”，“基于通过测试的波形分析方法”等；

这种情况下，大致分成以下实现步骤：

1、捕获一系列波形数据，以帧为单位分布在存储空间上；

2、设定一帧标准波形；

3、依照标准波形对每一帧波形进行对比分析，得到各帧对应的差异结果；

4、对获取的差异结果进行量化等后期处理，计算出差异度等；

二、指定一帧波形数据作为标准波形，并获取该标准波形的参数特性，依次计算一系 列波形中每帧波形的参数特性，与标准波形的参数特性进行比较，从而得到波形的差异信 息；如“基于测量的波形分析方法”；

这种情况下，大致分成以下实现步骤：

1、捕获一系列波形数据，以帧为单位分布在存储空间上；

2、设定一帧标准波形，并获取该标准波形的参数特性；

3、依次计算一系列波形中各帧波形的参数特性；

4、根据各帧的参数特性与标准波形的参数特性对比分析，得到各帧的差异度；

三、不设置标准波形，直接利用波形的参数特性，该方法包括如下步骤：

1、捕获一系列波形数据，以帧为单位分布在存储空间上；

2、设定待测量的参数特性，其可以是峰峰值；

3、依次计算一系列波形中各帧波形的参数特性，将其分别与一个预设的标准参数特

征值进行比较，得到各帧的差异度。

现有技术通过示波器进行波形分析具有以下的特点：

1、针对大量记录在内存中的波形帧；

2、分析结果能够展示出各帧的差异特性；

上述方法一和方法二中，与标准波形具有差异的一帧波形称为异常波形（或异常帧）； 方法三中，波形的参数特性与预设的标准参数特征值不同的一帧波形称为异常波形。所以 在不能确定异常波形的形状和发生时刻时，可以先连续捕获一段时间的波形，然后再利用 数字示波器波形分析功能查看这段捕获的波形帧中是否有异常的波形存在。

在上述现有技术中，首先需要确定一帧标准波形或者波形的参数特性作为参考，依照 这个参考才能对每一帧波形进行差异分析。如果数字示波器在捕获波形的过程中出现连续 变化，每帧波形都不相同，那么指定任何一帧波形作为标准都会得到许多异常帧的分析结 果。针对各帧波形均会得到对应的差异度，在这种情况下，就不能很好地反映出各帧的差 异关系。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于差异度的热点跳变帧查找方法及装置， 从而能够很好的获取各帧之间的差异关系，并进一步准确获取热点跳变帧。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有录制波形分析功能的示波器，所述示波器包 括：

波形数据单元，用于获取录制的连续n帧波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数 相等，n≥3；

差异度单元，用于计算前后相邻两帧波形数据之间的差异度，共获取n-1个差异度；

热点跳变帧单元，用于根据差异度从所述n帧波形数据中获取热点跳变帧。

可选的，在本发明一实施例中，所述热点跳变帧单元包括：

比较模块，用于将n-1个差异度分别与预设差异门限比较，获得比较结果；

判决模块，用于根据比较结果进行判决；若所述差异度大于差异门限，则获取与该差 异度对应的后一帧波形数据为热点跳变帧。

可选的，在本发明一实施例中，所述热点跳变帧单元包括：

归一化处理模块，用于对n-1个差异度进行归一化处理，得到n-1个归一化处理后的 差异度；其中，n-1个差异度中最大的差异度归一化为1；

比较判决模块，用于对所述归一化处理后的差异度分别与预设阈值进行比较；若归一 化处理后的差异度大于预设阈值，则获取该归一化处理后的差异度对应的后一帧波形数据 为热点跳变帧。

可选的，在本发明一实施例中，所述示波器还包括显示模块；

所述显示模块，用于在播放录制的波形数据时，将获取的热点跳变帧依次播放显示。

可选的，在本发明一实施例中，所述显示模块进一步以缩略图方式显示连续n帧波形 数据，并在缩略图中标示出热点跳变帧的位置。

可选的，在本发明一实施例中，所述显示模块进一步的在缩略图中用不同的颜色区分 标出热点跳变帧的位置。

可选的，在本发明一实施例中，所述显示模块显示出热点跳变帧在连续n帧波形中的 位置；

所述示波器还包括：计算单元，用于根据热点跳变帧的位置信息获取热点跳变帧的录 制时间，并依据热点跳变帧的录制时间获得波形数据中异常发生的周期或频率。

可选的，在本发明一实施例中，所述差异度单元包括：

差分模块，用于获取前后相邻两帧波形中第i个波形点的波形数据之间差值的绝对值； 其中，i表示一帧波形点集合中位置编号；

差异度获取模块，用于将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度。

可选的，在本发明一实施例中，所述差异度单元包括：

通道零点值模块，用于设置通道零点值ε；

波形点数据处理模块，用于通过每一帧波形中的波形点数据减去通道零点值ε来对每 一帧波形中的波形点数据进行处理；

波形面积获取模块，用于利用处理后的每一帧波形点数据获取每一帧波形的面积；

差异度获取模块，用于将相邻两帧的面积差的绝对值作为差异度。

可选的，在本发明一实施例中，所述差异度单元包括：

波形点次数获取模块，用于统计每一帧波形中每个波形点数据在一帧波形中出现的次 数H_p；其中，H为波形点数据在一帧波形中出现的次数，p表示波形点数据，H_p表示波 形点数据p在一帧波形中出现的次数；

差异度获取模块，用于获取前后相邻两帧波形中波形点数据的次数H_p之间差值的绝 对值，将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度。

上述技术方案具有如下有益效果：本技术方案通过前后两帧的差异来突出前后两帧变 化很大的帧，这样在分析连续变化波形时突出波形的跳变帧，并且不需要设定标准波形， 很好地反映出各帧的差异关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之一；

图2为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之二；

图3为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之三；

图4为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之四；

图5为一种具有录制波形分析功能的示波器结构图；

图6为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构图之一；

图7为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构图之二；

图8为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构图之三；

图9为一种具有录制波形分析功能的示波器中热点跳变帧单元结构图之一；

图10为一种具有录制波形分析功能的示波器中热点跳变帧单元结构图之二；

图11为实施例中基于差分波形获取一段连续波形差异度的方法流程图；

图12为实施例中获取的波形分析结果图；

图13为实施例中获取的跳变周期的结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之一。该方法包括：

步骤101）：获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

步骤102）：计算前后相邻两帧波形数据之间的差异度，共获取n-1个差异度；

步骤103）：根据差异度来获取热点跳变帧。

更进一步地，如图2所示，为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之二，该 方法包括：

步骤101）：获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

步骤1021）：获取前后相邻两帧波形中第i个波形点的波形数据之间差值的绝对值； 其中，i表示一帧波形点集合中位置编号；

步骤1022）：将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度；

步骤103）：根据差异度来获取热点跳变帧。

更进一步地，如图3所示，为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之三，该 方法包括：

步骤101）：获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

步骤1021`）：设置通道零点值ε；

步骤1022`）：通过每一帧波形中的波形点数据减去通道零点值ε来对每一帧波形中的 波形点数据进行处理；

步骤1023`）：利用处理后的每一帧波形点数据获取每一帧波形的面积；

步骤1024`）：将相邻两帧的面积差的绝对值作为差异度；

步骤103）：根据差异度来获取热点跳变帧。

更进一步地，如图4所示，为一种基于差异度的热点跳变帧查找方法流程图之四，该 方法包括：

步骤101）：获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

步骤1021``）：统计每一帧波形中波形点数据在一帧波形中出现的次数H_p；其中，H 为波形点数据在一帧波形中出现的次数，p表示波形点数据；H_p表示波形点数据p在一 帧波形中出现的次数；

步骤1022``）：获取前后相邻两帧波形中波形点数据的次数H_p之间差值的绝对值；

步骤1023``）：将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度；

步骤103）：根据差异度来获取热点跳变帧。

可选的，在上述图1、图2、图3和图4公开的技术方案的基础之上，所述根据差异 度来获取热点跳变帧的步骤进一步包括：

将n-1个差异度分别与差异门限比较，获得比较结果；

根据比较结果进行判决；若所述差异度大于差异门限，则获取该差异度的后一帧波形 帧为热点跳变帧。

可选的，在上述图1、图2、图3和图4公开的技术方案的基础之上，所述根据差异 度来获取热点跳变帧的步骤进一步包括：

比较n-1个差异度之间的大小，获取n-1个差异度中最大差异度；

将其他n-2个差异度分别除以最大差异度，获取n-2个归一化处理后的差异度，最大 差异度归一化处理后为1；

所述归一化处理后的差异度与阈值h之间比较大小；若归一化处理后的差异度大于阈 值，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧；其中，阈值h为经统计分析获取的经 验值，阈值h小于1。

如图5所示，为一种基于差异度的热点跳变帧查找装置结构图之一。所述装置设置于 数字示波器中；该装置包括：

波形数据单元501，用于获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数 相等，n≥3；

差异度单元502，用于计算前后相邻两帧波形之间的差异度，共获取n-1个差异度；

热点跳变帧单元503，用于根据差异度来获取热点跳变帧。

可选地，本发明的实施例中，示波器还包括显示模块；所述显示模块进一步以缩略图 方式显示连续n帧波形数据，并在缩略图中标示出热点跳变帧的位置。

所述显示模块进一步的在缩略图中用不同的颜色区分标出热点跳变帧的位置。

所述显示模块显示出热点跳变帧在连续n帧波形中的位置，所述示波器还包括：计算 单元，用于根据热点跳变帧的位置信息获取热点跳变帧的录制时间，并依据热点跳变帧的 录制时间获得波形数据的周期或频率。具体的，在波形录制过程中，针对录制的每一帧波 形都保存有记录时间，计算单元根据热点跳变帧的位置信息（其可以是每一帧的编号）索 引得到对应热点跳变帧的录制时间，根据相邻两个热点跳变帧的录制时间间隔计算得到波 形数据中异常发生的周期，对该周期的取倒数得到波形数据中异常发生的频率。

更进一步地，如图6所示，为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构 图之一。所述差异度单元502包括：

差分模块5021，用于获取前后相邻两帧波形中第i个波形点的波形数据之间差值的绝 对值；其中，i表示一帧波形点集合中位置编号；

第一差异度获取模块5022，用于将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度。

更进一步地，如图7所示，为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构 图之二。所述差异度单元502包括：

通道零点值模块5021`，用于设置通道零点值ε；

波形点数据处理模块5022`，用于通过每一帧波形中的波形点数据减去通道零点值ε来 对每一帧波形中的波形点数据进行处理；

波形面积获取模块5023`，用于利用处理后的每一帧波形点数据获取每一帧波形的面 积；

第二差异度获取模块5024`，用于将相邻两帧的面积差的绝对值作为差异度。

更进一步地，如图8所示，为一种具有录制波形分析功能的示波器中差异度单元结构 图之三。所述差异度单元502包括：

波形点次数获取模块5021``，用于统计每一帧波形中波形点数据在一帧波形中出现的 次数H_p；其中，H为波形点数据在一帧波形中出现的次数，p表示波形点数据；H_p表示 波形点数据p在一帧波形中出现的次数；

第三差异度获取模块5022``，用于获取前后相邻两帧波形中波形点数据的次数H_p之间 差值的绝对值；将所述绝对值累加起来获取的结果作为差异度。

更进一步地，如图9所示，为一种具有录制波形分析功能的示波器中热点跳变帧单元 结构图之一。所述热点跳变帧单元503包括：

比较模块5031，用于将n-1个差异度分别与差异门限比较，获得比较结果；

判决模块5032，用于根据比较结果进行判决；若所述差异度大于差异门限，则获取该 差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧。

更进一步地，如图10所示，为一种具有录制波形分析功能的示波器中热点跳变帧单 元结构图之二。所述热点跳变帧单元503包括：

归一化处理模块5032`，用于比较n-1个差异度之间的大小，获取n-1个差异度中最 大差异度；

比较判决模块5032`，用于所述归一化处理后的差异度与阈值h之间比较大小；若归一 化处理后的差异度大于阈值，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧；其中，阈值 h为经统计分析获取的经验值，阈值h小于1。，用于将其他n-2个差异度分别除以最大差 异度，获取n-2个归一化处理后的差异度；

下面，举三个实施例分别对差异度的计算方法具体说明：

实施例1：

首先，获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

然后，如图11所示，为基于差分波形获取一段连续波形差异度的方法流程图。

步骤a）：得到第一帧波形的波形数据，将其作为前一帧波形数据；

W₁=(p₁,p₂,p₃,p₄……p_k)

步骤b）：得到当前帧波形的波形数据，将其作为后一帧波形数据；

W₂=(n₁,n₂,n₃,n₄……n_k)

步骤c）：获取前后相邻两帧波形中第i个波形点的波形数据之间差值的绝对值，将所 述绝对值累加起来获取的结果作为差异度；其中，i表示一帧波形点集合中位置编号；

D=∑|p_i-n_i|；其中，i=1……k

步骤d）：当前帧的波形数据作为前一帧波形数据；并转至步骤b），直到所有帧数据 迭代完成。

最后，根据差异度来获取热点跳变帧。其中，差异度的个数为n-1。

比较各帧的差异度，有大有小，如果数值大，那就表示，该帧波形相对于前一帧波形 有很大的变化，这些差异度大的波形帧就是波形突变的波形帧。或者，通过设置差异门限 来获取热点跳变帧，若所述差异度大于差异门限，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点 跳变帧。

为了快速方便获取热点跳变帧，使得获取热点跳变帧的准确性更高，将对差异度进行 归一化处理。首先获取最大差异度，然后将其他差异度与最大差异度作比值，归一化为1。 所有帧波形的分析结果都相对于1进行描述，即两帧最大的突变定义为1，数值越小表示 差异越小。

另外，还可以通过设置阈值h，归一化处理后的差异度与阈值h之间比较大小；若归 一化处理后的差异度大于阈值，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧；其中，阈 值h为经统计分析获取的经验值，阈值h小于1。

每帧波形都有时戳记录，通过相邻两个大差异帧间的时间差就能计算出，跳变发生的 周期和频率，而且可以通过差异波形的出现位置，得到波形跳变在一段时间内的分布情况。

实施例2：

首先，获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

然后，设置通道零点值ε；

再然后，通过每一帧波形中的波形点数据减去通道零点值ε来对每一帧波形中的波形 点数据进行处理；利用处理后的每一帧波形点数据获取每一帧波形的面积；

前一帧波形数据为：W₁=(p₁,p₂,p₃,p₄……p_k)，处理后，前一帧波形数据变为： (p₁-ε,p₂-ε,p₃-ε,p₄-ε……p_k-ε)；前一帧波形的面积为A₁=∑(p_i-ε)*dt，i=1……k；

后一帧波形数据为：W₂=(n₁,n₂,n₃,n₄……n_k)，处理后，后一帧波形数据变为： (n₁-ε,n₂-ε,n₃-ε,n₄-ε……n_k-ε)；前一帧波形的面积为A₂=∑(n_i-ε)*dt，i=1……k；

接着，将相邻两帧的面积差的绝对值作为差异度；

D=|A₁-A₂|；

最后，根据差异度来获取热点跳变帧。其中，差异度的个数为n-1。

比较各帧的差异度，有大有小，如果数值大，那就表示，该帧波形相对于前一帧波形 有很大的变化，这些差异度大的波形帧就是波形突变的波形帧。或者，通过设置差异门限 来获取热点跳变帧，若所述差异度大于差异门限，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点 跳变帧。

为了快速方便获取热点跳变帧，使得获取热点跳变帧的准确性更高，将对差异度进行 归一化处理。首先获取最大差异度，然后将其他差异度与最大差异度作比值，归一化为1。 所有帧波形的分析结果都相对于1进行描述，即两帧最大的突变定义为1，数值越小表示 差异越小。

另外，还可以通过设置阈值h，归一化处理后的差异度与阈值h之间比较大小；若归 一化处理后的差异度大于阈值，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧；其中，阈 值h为经统计分析获取的经验值，阈值h小于1。

每帧波形都有时戳记录，通过相邻两个大差异帧间的时间差就能计算出，跳变发生的 周期和频率，而且可以通过差异波形的出现位置，得到波形跳变在一段时间内的分布情况。 实施例3：

首先，获取连续n帧的波形数据；其中，每一帧波形中波形点个数相等，n≥3；

然后，统计每一帧波形中波形点数据在一帧波形中出现的次数H_p；其中，H为波形 点数据在一帧波形中出现的次数，p表示波形点数据，H_p表示波形点数据p在一帧波形 中出现的次数；每一帧波形中波形点数据在一帧波形中出现的次数的集合为直方图序列。 因此，直方图方法不考虑波形形状，关注波形点的分布情况。

再然后，获取前后相邻两帧波形中波形点数据的次数H_p之间差值的绝对值；将绝对 值累加起来获取的结果作为差异度；

$D=\Sigma |H_{p\left(1\right)}-H_{p\left(2\right)}|$

其中，表示第一帧波形中波形点数据x在第一帧波形中出现的次数，表示第 二帧波形中波形点数据x在第二帧波形中出现的次数。

最后，根据差异度来获取热点跳变帧。其中，差异度的个数为n-1。

比较各帧的差异度，有大有小，如果数值大，那就表示，该帧波形相对于前一帧波形 有很大的变化，这些差异度大的波形帧就是波形突变的波形帧。或者，通过设置差异门限 来获取热点跳变帧，若所述差异度大于差异门限，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点 跳变帧。

为了快速方便获取热点跳变帧，使得获取热点跳变帧的准确性更高，将对差异度进行 归一化处理。首先获取最大差异度，然后将其他差异度与最大差异度作比值，归一化为1。 所有帧波形的分析结果都相对于1进行描述，即两帧最大的突变定义为1，数值越小表示 差异越小。

另外，还可以通过设置阈值h，归一化处理后的差异度与阈值h之间比较大小；若归 一化处理后的差异度大于阈值，则获取该差异度的后一帧波形帧为热点跳变帧；其中，阈 值h为经统计分析获取的经验值，阈值h小于1。

每帧波形都有时戳记录，通过相邻两个大差异帧间的时间差就能计算出，跳变发生的 周期和频率，而且可以通过差异波形的出现位置，得到波形跳变在一段时间内的分布情况。

如图12所示，为实施例中获取的波形分析结果图。从图12可知，分析完成后，显示 出各帧对应的差异度，在缩略图上标出热点帧（即热点跳变帧）的位置。用户通过操作示 波器上的菜单或按键，使热点帧和普通帧之间进行跳转，屏幕显示对应的波形帧。在图12 中，显示出第2767帧波形、第2768帧波形和第2769帧波形。其中，第2768帧波形出现 跳变，为热点跳变帧。如图13所示，为实施例中获取的跳变周期的结果示意图。通过时 间显示窗口得到当前显示帧的记录时刻，根据两帧波形的记录时刻差值，可以换算相邻两 个热点帧的发生时间间隔，即得出热点跳变帧的周期和频率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的 保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。