專利名稱：異常波形的檢測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由數(shù)字示波器采集的異常波形的定義和檢測，更具體地說，涉及這種波形的可控定義和自動檢測。
數(shù)字示波器通常利用光柵掃描顯示向其用戶提供電信號的活動。每一種光柵掃描顯示，例如日常在計算機熒光屏上看到的，包括二維的象素陣列，其中，每一個象素位置由行號和列號唯一地確定。這種顯示的最簡單和最低成本的方案是“1位”顯示，其中，用來從中導出待顯示的信息的存儲器僅僅具有與每個象素相聯(lián)系的1位亮度信息。在這種顯示中，所述1位信息確定與它相聯(lián)系的象素是“點著”還是“關閉”，其中，“點著”表示要用預定的亮度值照亮所述象素，而關閉表示所述象素將完全未被照亮。
可以代替1位顯示的更復雜和昂貴的方案是多位顯示，它可以提供可變的亮度(也稱為“灰度”)或者作為亮度的替代指示的顏色變化。與可變亮度顯示的每一個象素相聯(lián)系的存儲單元包含多位亮度信息，后者表示可以用來照亮所述象素的變化的亮度等級的數(shù)目。與1位顯示的象素一樣，多位顯示的象素可以呈現(xiàn)“關閉”或者黑狀態(tài)，但是不是一個照度值，它們具有多個照度值。通常，可以得到的照度值的數(shù)目是2N-1，其中，N是光柵存儲器的每一個地址的存儲深度。例如，4位深的光柵掃描存儲器可以提供從部分照度到最大照度的15個等級以及黑或者“關閉”狀態(tài)。也可以把象素強度轉換成不同的顏色，以及強度或者“亮度”。
在這種大量數(shù)據(jù)的情況下，多位顯示能夠傳遞更多的關于所觀察的電信號波形的變化狀態(tài)的信息，特別是，如果所述信號不是理想地重復的因而在某些部分比在其它部分有較少的活動，則更是如此。被包括在本文中作為參考的、授予Katayama等人的關于“具有色調顯示的數(shù)字波形測量裝置”的美國專利4,940,931描述了一種用于產(chǎn)生數(shù)字可變亮度顯示的系統(tǒng)。
通常，數(shù)字示波器通過周期性地對存在于電路節(jié)點上的電壓采樣而采集關于該節(jié)點的工作情況的信息。使示波器的探頭觸點與所述節(jié)點接觸，于是示波器探頭和前端(front end)精確地重復所述信號或者所述信號的某預定的一小部分或倍數(shù)，并且把它提供給模數(shù)轉換器。模數(shù)轉換器的輸出是一系列多位數(shù)字字，后者被存儲在采樣存儲器中。把相繼采集的樣值存儲在所述采集存儲器中順序的相關地址中，從而使它們與時標相關。最后，這些地址被轉換成時標，把其中之一表達成沿著示波器光柵掃描顯示的X-軸的距離。
在通常的數(shù)字示波器中，從采集存儲單元的數(shù)據(jù)內容導出的電壓幅度值確定了被照亮的象素的垂直位置(行號)，而從采集存儲器的地址導出的時間值確定了水平位置(列號)。擴展采集存儲器的內容和地址以便產(chǎn)生用于二維光柵存儲器的內容的過程稱為“光柵化”。
多位亮度信息還使產(chǎn)生模擬式“余輝”效果、即、信號亮度隨著時間而衰變成為可能的。在舊式示波器中，余輝是陰極射線管(CRT)的亮度的衰變，它隨用于CRT結構中的熒光體的類型和加在陰極射線管的不同電極的電壓而變。在數(shù)字示波器中，可以通過按照某種算法降低與每一個被照亮的象素相聯(lián)系的亮度值來實現(xiàn)余輝衰變函數(shù)。被包括在本文中作為參考的、授予Hanson等人的關于“光柵掃描顯示的合成余輝”的美國專利4,504,827描述了一種在光柵掃描顯示中偽隨機降低亮度數(shù)據(jù)的方法。被包括在本文中作為參考的、授予Long等人的關于“光柵掃描示波器顯示的數(shù)字合成灰度”的美國專利5,254,983描述了一種以數(shù)字形式存儲的采集波形的余輝式衰變的方法。被包括在本文中作為參考的、授予Alappat等人的關于“采用自適應衰變的光柵掃描”的美國專利5,387,896描述了一種光柵化系統(tǒng)，它根據(jù)基于那個象素的初始值的計算、用兩種方法之一對局部象素產(chǎn)生影響。
對許多用戶來說，尤其是對于具有關于模擬示波器的某種經(jīng)驗的用戶來說，可變亮度有效地溝通關于所觀察的信號的活動的信息。這些用戶中的許多人已經(jīng)具有對類似于模擬示波器的行為的強烈愛好。例如，像模擬示波器那樣，在水平掃描間隔期間產(chǎn)生垂直偏移，以便提供所述探頭觸點處的信號活動的實時圖象，它們固有地引起顯示的亮度以它們產(chǎn)生的掃描線的斜率的反函數(shù)的形式變化。這種現(xiàn)象是因為以下的原因而發(fā)生的CRT的陰極電子槍產(chǎn)生基于“亮度”控制器的設置的恒定的電子源，而單位時間內所覆蓋的軌跡的長度在最短的情況下決定于與任何特定的掃描速度相聯(lián)系的X軸距離，并且由于任何Y軸偏移而增加。并且，Y軸偏移可以是相應的X軸距離的大的倍數(shù)，因此，可以獲得的恒定的電子束能量由于被分布在這種很長的距離上而似乎被以大的比率降低了。因此，模擬示波器固有地以它們的掃描線的斜率的反函數(shù)的形式改變它們的掃描線的亮度。
具有高的波形通過量的模擬示波器或者數(shù)字示波器的另一個甚至更加強烈地需要的特點是檢測間斷的信號異常的能力，后者以按另一種方式重復的信號的形式出現(xiàn)。具有短的“活時間”的老式數(shù)字示波器使觀察間斷信號活動變成不大可能，至少在缺乏用來檢測某種類型的間斷信號活動的特殊的觸發(fā)方式時是這樣的。模擬示波器將顯示一種表示存在這種間斷的異常的信號行為的淡的軌跡。當然，如果所述信號的間斷性變得太強，則所述軌跡的亮度將如此淡，以致示波器操作者可能完全將它遺漏。
在關閉余輝衰變特性的情況下，即，在無限余輝的情況下，具有1位(“點著”/“關閉”)亮度信息的數(shù)字示波器將以和高度重復的波形的相同的亮度，即，“點著”的亮度顯示罕見的或者異常的波形。具有多位光柵存儲器因而能夠提供可變亮度(或者可變顏色)顯示的數(shù)字示波器考慮到在罕見的和重復的波形之間出現(xiàn)的視覺差別。但是，除非關閉余輝特性，否則，這些示波器不可能真正以足夠的亮度、在足以使操作者注意到、更不用說分析間斷的活動的長的時間間隔內照亮罕見的事件。
來自受讓公司，Tektronix的當前示波器產(chǎn)品提供一種裝置，借此，操作者能夠區(qū)分最新的單獨的波形采集和先前采集的舊的波形。TDS300和TDS200示波器兩者都使用“關閉”和兩種“點著”電平，其中，每一種“點著”電平具有不同的亮度電平。以全“點著”電平顯示最新畫出的波形，所述全“點著”電平對于TDS300系列示波器是亮的而對于TDS200系列示波器是暗的。以低的、第二亮度電平(對于TDS300是暗淡的而對于TDS200是灰色的)顯示舊的“過去”的波形。在采集系列的整個持續(xù)時間內或者在預定的余輝時間內，所述過去的波形停留在第二亮度電平(本文中使用的術語“采集系列”指的是在響應一系列分開的觸發(fā)脈沖的時間范圍內以相同的設置進行的一系列獨立的波形采集。單個的或者獨立的“采集”指的是響應單個觸發(fā)脈沖而采集的一個波形記錄。)甚至在那些比較低成本的數(shù)字示波器中也已經(jīng)包含了簡化形式的余輝方式，以便在單個熒光屏上收集信號隨時間的變化。甚至簡化的方案在確定假信號或者其它罕見的事件時也是非常有用的。TDS300使用簡單的余輝收集和擦除形式，所有操作都在一個顯示平面上進行。用戶設置所需要的以秒為單位的余輝時間p，于是，示波器收集在那個時間量內在同一顯示平面上的單獨的波形采集的光柵化結果。當時間p過去時，以全亮度顯示最后的采集，同時，以減小的亮度的另一個單一的電平顯示所有其它采集。在余輝時間間隔p終止時，清除整個顯示平面并且重復相同的過程。這個方法的缺點是在所述余輝時間間隔p范圍內的任何特定時間t，當前能夠觀察的歷史僅僅是用戶所選擇的時間間隔的最大值，即，對t進行模p的運算(tmodulop)。在所述時間間隔將近結束時收集的信息在它能夠被分析前消失了，并且剛剛清除顯示屏之后，就完全看不到歷史信息。
TDS200使用稍微優(yōu)越的多平面收集和擦除方式。該示波器不是把單獨的波形采集收集在單個顯示平面上然后再擦除和使用它，而是在選擇的時間p內把單獨的波形采集收集在N個分開的顯示平面中的一個上。它對所有N個顯示平面進行“或”運算，以便產(chǎn)生所述顯示。每隔(p/N-1)秒就清除最老的顯示平面，然后，把下一組采集收集在新清除的平面內。這種方法之所以優(yōu)越是因為在任何給定的時間t，用戶能夠看到(p-p/N+(tmodp/N))秒的歷史。以最大的亮度電平顯示最新平面，同時，以另一個單一的降低的亮度電平顯示其它經(jīng)過“或”處理的平面。
需要一種定義和檢測由數(shù)字示波器采集的異常波形的方法，最好用這樣的方法定義并檢測所述異常波形它使操作者可以控制異常波形的定義，然后由示波器自動地進行所述波形的檢測。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，借助于它們影響的新象素的數(shù)目來把異常波形和比較正常的、高度重復的波形區(qū)分開?？梢砸钥勺兊姆绞蕉x“新”象素，意指那些象素自從開始當前的采集系列以來先前從未被任何波形觸及過，或者那些象素在用存儲在光柵存儲器中的值的衰變量度的某時間間隔中未曾受到影響。用戶的輸入信號能夠通過影響“新”象素的定義和影響加到存儲于光柵存儲器中的值的衰變速率來影響異常波形的定義，所述值可以用來量度時間的推移以及所述顯示中的特定象素的亮度或者顏色。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用特大亮度或者用不同顏色來突出自動地發(fā)現(xiàn)的異常波形，從而使示波器操作者比較容易注意到它們。還可以通過給于它們高的亮度電平(或者相應的顏色)并且在比較長的時間間隔內把它們保持在那種高電平來突出所述異常波形的象素。在另一種反應中，單個異常波形或者在預定的時間間隔內指定的若干這種波形的檢測和顯示停止了當前采集系列中的進一步的單獨采集，并且“凍結”所述顯示，以便操作者進行分析。在另一個可供選擇的方案中，把包括異常波形行為的所有波形采集保存在長期波形存儲區(qū)，以便由示波器操作者進行進一步的考查，或者由所述操作者或分析軟件進行進一步的分析，同時，所述采集系列繼續(xù)進行。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，把可以存儲在光柵掃描存儲器中以便轉換成象素亮度(或者其相應的顏色)的整個數(shù)值范圍劃分成兩個或者更多個區(qū)域，與它相聯(lián)系的每個區(qū)域具有不同的余輝衰變函數(shù)。應用哪一個余輝衰變函數(shù)取決于衰變前的亮度值位于哪一個區(qū)。多種衰變函數(shù)可以為各種各樣的應用服務。在一種方法中，最高和最低電平具有比中間電平慢的衰變速率，并且，所述最高電平專供異常波形使用。可以使最高電平或者最低電平或者兩者在實際顯示中看不見，但是仍然起定時器/計算器的作用。所述最低電平可以通過提供斷定哪些象素已經(jīng)經(jīng)歷比較新的活動的方法來在把象素分成“新”和“老”的類別的過程中起計數(shù)器/定時器的作用。所述最高電平可以起計數(shù)器/定時器作用，用來規(guī)定作為異常波形的一部分的象素應當被保持在最大亮度的時間長度，或者，在彩色顯示中，所述象素應當以對應于最大亮度的顏色顯示的時間長度。光柵存儲區(qū)中的不同數(shù)值區(qū)以及其不同的衰變函數(shù)也可以用來使最高(TOP)區(qū)域的亮度比較快地衰變，而使最低(BOTTOM)區(qū)域的亮度以慢得多的速度衰變。這可以為過去的波形逐漸衰變而從正常亮度變成僅僅可看清的亮度提供可調節(jié)的和比較長的時間間隔。中間亮度用來使最高和最低亮度之間的過渡平滑。


圖1是說明如何結合傳統(tǒng)的數(shù)字示波器的采集、光柵化和顯示功能實現(xiàn)本發(fā)明的原理方框圖。
圖2A舉例說明對存儲在各光柵存儲單元中的可能值范圍的三個區(qū)域起作用的三個余輝衰變函數(shù)，所述值最后將被映射成顯示用的各種亮度電平或者顏色選擇。
圖2B舉例說明對存儲在各光柵存儲單元中的可能值范圍的兩個區(qū)域起作用的兩個余輝衰變函數(shù)。所述最高衰變函數(shù)是指數(shù)形的并且比較快，而所述最低衰變函數(shù)是線性的并且比較慢。
圖2C舉例說明對存儲在各光柵存儲單元中的可能值范圍的三個區(qū)域起作用的三個余輝衰變函數(shù)，其中，所述中間衰變函數(shù)作為所述最高衰變函數(shù)和所述最低衰變函數(shù)之間的過渡衰變函數(shù)。
圖2D舉例說明對存儲在各光柵存儲單元中的可能值范圍的四個區(qū)域起作用的四個余輝衰變函數(shù)。最高衰變函數(shù)是慢的和線性的，下一個衰變函數(shù)是快的和指數(shù)形的，中間速度的第三個衰變函數(shù)是線性的和過渡性的，而第四個衰變函數(shù)再次是比較慢的和線性的。左邊第二次顯示出快的指數(shù)的、過渡性的線性的和最低的慢的線性的衰變函數(shù)，它們的活動前面不再冠以在整個最高(TOP)區(qū)域降低數(shù)值的所述第一函數(shù)的衰變時間。
首先參考圖1，應當指出，這僅僅是一個概念性的方框圖，并且，其各個部分可以或者以硬件形式或者以軟件的形式來實現(xiàn)，或使之以不同的方式起作用或互易工作而不脫離下述若干發(fā)明的廣泛的思路。
采集電路10跟蹤由示波器監(jiān)視的輸入信號并且周期性地對其進行采樣，圖1中示出的所有電路或者其軟件代用品是所述示波器的一部分。模數(shù)轉換器11產(chǎn)生描述被采集電路10跟蹤的輸入信號的幅度的二進制數(shù)值流作為其輸出信號。這些幅度值被存儲在采集存儲器12中順序地相關的地址中。隨后，按照來自過程控制器13的指向把所得到的數(shù)據(jù)-地址對發(fā)送到光柵化器14。
光柵化器14把單個數(shù)據(jù)-地址對轉換成象點，或者把順序的一對數(shù)據(jù)-地址對轉換成矢量，把所得到的象點映射成行和列的二維陣列，后者最后將被顯示在光柵顯示器20上。通常，光柵化器14一次只對光柵中第一列起作用，對光柵存儲器16中受正產(chǎn)生的當前象點或者矢量影響的每一個存儲單元進行讀出修改寫入操作。關于可以用于這種電路的可替換的方案的細節(jié)可以在被包括在本文中作為參考的、1998年2月19日提交的共同未決的關于“稀疏矢量光柵化”的美國專利申請09/026,185中得到。
過程控制器13用來以先有技術中眾所周知的若干方法中的任何一種協(xié)調采集存儲區(qū)12、光柵化器14和光柵存儲區(qū)16的活動，并且，還根據(jù)本發(fā)明的若干方面執(zhí)行新的功能。如下面將要進一步描述的，“新”象素計數(shù)器15本身是新的并且按照本發(fā)明工作。多功能光柵衰變發(fā)生器17是先有技術的單功能光柵衰變發(fā)生器的改型。類似地，亮度或者顏色映射程序18是在較新電路基礎上的變型、但適合于根據(jù)本發(fā)明的應用。閾值計算器24和異常波形檢測器19也是新的并且是本發(fā)明的一個或者另一個方面的一部分。長期波形存儲器，即，光柵存儲器型22和采集記錄存儲器型22’兩者可以在先有技術中得到，但是，根據(jù)本發(fā)明的一個或者另一個方面，它們在這里以不同的方式工作。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，“新”象素計數(shù)器15始終監(jiān)視在當前波形采集系列中被這種波形光柵化操作“命中”的象素中有多少象素先前從來沒有被命中過。可以通過用于始終監(jiān)視從來未曾用過的所有象素的1位象素圖來實現(xiàn)這種方法?？梢岳弥鞴鈻糯鎯ζ髦斜Ａ舻奈粊韺崿F(xiàn)這種1位象素圖。
在本發(fā)明的同一個方面的另一個實施例中，“新”象素計數(shù)器15始終監(jiān)視在這種波形光柵化操作過程中正“命中”的象素中有多少象素具有小于存儲在其光柵存儲單元中的最低新穎性(minimumnewness)閾值的值。在后一個實施例中，通過檢驗當光柵化器14進行讀出修改寫入操作時從光柵存儲器16讀出的值來確定象素是否為“新”象素。如果從光柵存儲器16讀出的值小于新潁性閾值，則把相關的象素作為“新”象素計數(shù)。新潁性閾值可以是零或者正值，而來自所述存儲單元的值可以以各種各樣的方式達到等于或者小于該新穎性閾值的值。例如，在這個采集系列中該單元可能從來未受到先前波形的影響，因此來自該單元的值仍然是零?；蛘?，該單元可能已經(jīng)被“輕度地”和偶爾命中，并且，接著經(jīng)歷少數(shù)幾個衰變周期，直至其值變成低于所述閾值。或者，該單元可能已經(jīng)被“密集地”命中許多次，并且接著經(jīng)歷許多個衰變周期，從而達到低于所述閾值的低電平?；蛘?，該單元可能經(jīng)歷所述后兩種可能性的某種混合，并且，最后以低于所述閾值的值結束，結果是，隨時間加和減的稍微“隨機走動”。這樣，雖然新象素的檢測意味著它在某時間長度內未受到影響，但是，所述時間量是高度地可變的。
正如下面將要進一步描述的，可以將亮度或者顏色映射程序這樣編程，以便把低于一定的閾值的光柵單元存儲值映射成光柵掃描顯示器20上的零亮度值。通常，將結合多函數(shù)光柵衰變發(fā)生器17的應用來這樣做，下面也將更詳細地描述多函數(shù)光柵衰變發(fā)生器17的操作。在這種方式中，由光柵化器14累加的表示“命中”的最小值將大于所需要的最近周期的預定數(shù)目。大于這種最小值的累加值使得可以利用這些值中的某些值來產(chǎn)生可見的光柵衰變周期，并且，使得可以把這些值中剩余的值用于“不可見”衰變周期中，這些值起計數(shù)器/定時器作用，不引起顯示器的發(fā)光。亮度或者顏色映射程序18把所述不可見區(qū)中的值全部映射到零。下面將進一步詳細地描述多函數(shù)光柵衰變發(fā)生器17的這種應用和其它應用。
應當指出，在某些實施方案中，尤其在僅僅具有單個顯示平面和支持光柵存儲器的場合，“不可見”區(qū)的應用會增加不希望有的復雜性。具體地說，如果按照優(yōu)先方案在單個平面上劃出多個波形，從而較高優(yōu)先權的波形將較低優(yōu)先權的波形蓋寫，并且無法作為特殊情況來處理所述不可見區(qū)，則最高優(yōu)先權波形中的不可見區(qū)會在底波形中產(chǎn)生空白區(qū)，否則，所述底波形將自始至終顯示在那些區(qū)域中。
還應當指出，某些光柵掃描顯示器209在亮的背景上產(chǎn)生暗的波形。因此，在包括權利要求書的這個文件的范圍內，如果把“零亮度”這種表示法用于這類顯示器，則可能往往意味著所述顯示器中的最亮的可能值，而不是最暗的可能值。
在每次波形光柵化之后，“新”象素計數(shù)器15向閾值計算器24并且向異常波形檢測器19提供若干“新”象素的個數(shù)。閾值計算器24在把它向異常波形檢測器19提供的新穎性閾值公式化時可以利用或者可以不利用用戶輸入信號。異常波形檢測器19把從“新”象素計數(shù)器15接收到的“新”象素信息和從閾值計算器24接收到的新穎性閾值進行比較，并且通過這種比較而確定是否可以認為存在新波形。如果是這樣的話，則有效新波形信號將這個事件通知過程控制器13。
輸入到過程控制器13的有效新波形的存在使它采取若干行動，其中某些行動可以決定于用戶選擇。它可能利用最大亮度值產(chǎn)生異常波形的再光柵化。這里，“最大值”可以意味著若干事物或者它們的組合中的任何一個。最大值的一個意思是簡單地利用通常使用的象素亮度的最高值。另一個意思是利用“超最大值”，這是在全部比用于顯示正常波形的值亮的那些值的區(qū)域的頂部的值?！白畲笾怠钡牧硪粋€意思可以是從象點轉換到矢量，使得更多的象素被照亮，以及根據(jù)上述定義中的任何一個以最大亮度照亮那些象素?！白畲笾怠钡牧硪粋€意思可以是從由照亮其可能的象點的子集定義的矢量轉換到被其所有可能的象點或者更多的象點照亮的矢量。
除了增加異常波形的亮度之外，或者代替增加異常波形的亮度，過程控制器13可以使采集存儲器12向長期波形(采集)存儲器22’提供產(chǎn)生所述異常波形的數(shù)據(jù)記錄。另一種可供選擇的方案是，過程控制器13可以借助于“與”門21使光柵存儲器16向長期波形存儲(光柵)存儲器22提供包含所述異常波形的光柵存儲器圖象。如果需要的話，它還可能以兩種方式存儲波形。一般說來，希望在把異常波形存儲到長期光柵波形存儲器22之前把它再光柵化和使其以最大的亮度發(fā)亮。過程控制器13還可以停止進一步的采集并且“凍結”所述顯示，尤其在所述顯示的異常波形被再光柵化并且具有最大亮度之后。
可以控制閾值計算器24或者將它預先編程，以便通過首先忽略“新”象素數(shù)據(jù)的初始集并且隨后存儲與通常的波形光柵化采樣集相聯(lián)系的“新”象素數(shù)據(jù)來響應新采集系列的開始，所述數(shù)據(jù)來自在新的采集系列中光柵化的第一波形。放棄與第一波形相聯(lián)系的數(shù)據(jù)的決心是基于以下的認識它們將比后者具有更多的“新”象素，更典型的波形，因為，它們是在比較空白的顯示上畫出來的。一旦已經(jīng)放棄這種初始的可疑的數(shù)據(jù)并且已經(jīng)利用足夠“正?！钡牟ㄐ蝸矶x每個波形的預期的“新”象素的典型數(shù)目，就可以利用這種數(shù)據(jù)來計算平均值和對于這種平均值的標準偏差，然后，可以利用這些值來形成適當?shù)挠糜诎l(fā)送給異常波形檢測器19的新穎性閾值。
其它算法可以以不同的方式處理來自一組正常波形的數(shù)據(jù)和用戶輸入信號，但是，仍然產(chǎn)生令人滿意的新穎性閾值。輸入到閾值計算器24的用戶輸入信號可以用于以若干方式影響所述新穎性閾值。用戶輸入信號可以直接設置所述新穎性閾值。用戶輸入信號可以確定要放棄的初始波形組的大小，和/或用于計算所述平均值以及標準偏差的通常波形組的大小?；蛘?，在確定新穎性閾值的值時，用戶輸入信號可用來確定偏離所述平均值的多少標準偏差或者其多少比值應當被認為是“正?！钡??；蛘撸脩糨斎胄盘柨梢杂脕碛绊懹糜诒碚鳌罢?guī)性”并且確定新穎性閾值的某些其它算法的某些參數(shù)(除了平均值和標準偏差外)。通過一種方法或另一種方法，用戶輸入信號能夠適合于控制新穎性閾值，以便回答這樣的問題“需要用多少個”新“象素才能使一波形成為異常波形？”下面參考圖2A，我們看到舉例說明的存儲在光柵存儲器的單元中的被分成三個區(qū)域的與亮度相關的值，其中，每個區(qū)域具有獨立的簡單的衰變函數(shù)。在以下的整個討論中以及在本申請文件結尾部分的權利要求書中，我們講到“不同衰變函數(shù)”時都暗含”簡單”這個限制條件。顯然，可以把兩個或者更多個這種簡單的不同的衰變函數(shù)組合成在不同區(qū)域具有不同特性的更加復雜的衰變函數(shù)，但是，為了在這里描述它們和對它們提出權利要求，我們的意圖是把它們視為同等的并且把任何這種復雜的衰變函數(shù)轉換成多個簡單的不同的衰變函數(shù)。
亮度閾值IA以上直至可以存儲在象素單元中的最大值的最高(TOP)區(qū)可以專供照亮異常波形之用，并且可以把用于通常，即，“正?！辈ㄐ蔚淖畲罅炼认拗圃谧畲笾礗A。但是，由于在向操縱者傳達信號活動時亮度的總的動態(tài)范圍是難得的，所以，可以把最高(TOP)區(qū)中的所有值壓縮并且映射(圖1中的18)到實際顯示在光柵掃描顯示器(圖1中的20)上的最大亮度值。這種方法把最高(TOP)區(qū)及其衰變函數(shù)FT作為建立一種時間間隔的計數(shù)器/定時器，在所述時間間隔內，映射的象素亮度將保持在其最大值。
為了擴展其間映射的象素亮度將保持在最大值或者在最大值附近的時間間隔，還可以使最高(TOP)區(qū)的衰變函數(shù)FT提供低速率的衰變，如圖2A中所示，使得異常波形不但獲得最大亮度，并且有助于在一段長得多的時間內，即，從T0到T1的時間間隔內保持所述最大亮度。相反，更大量的正常的波形不但以小的亮度開始，并且其亮度按照中間(MIDDLE)區(qū)中使用的衰變函數(shù)FM更快地衰變，即，從T1至T2。但是，這種比較低的最大亮度電平由于與正常波形相關的的比較大量的命中而得到補償。由于按照定義所述異常波形比較罕見，所以，它們必須比較亮并且比較慢地衰變，以便堅持足夠長的時間，讓示波器操作者充分地觀察。
應當指出，在許多示波器顯示器設計中，例如，在被包括在本文中作為參考的、1998年2月19日提交的共同未決的關于“稀疏矢量光柵化”的美國專利申請09/026,185中描述的那些示波器中的某種示波器中，在特定的光柵化周期中加在存儲于光柵化存儲器的數(shù)字上的最大值從來沒有像可以被保持在這種單元中的最大值那樣大。這意味著，為了實現(xiàn)單元能夠保持的實際的最大值，在某個時間間隔內，重復波形必須繼續(xù)不斷幾乎連續(xù)地命中那個象素。這種在同一個象素上的多次“命中”的累積可以被限制在電平IA的最大值，同時，所述最高(TOP)區(qū)專供作為把與異常波形相聯(lián)系的象素保持在相同亮度的計數(shù)器之用，所述最大亮度是由等于或者幾乎等于所述相同最大亮度電平、從IA映射的值產(chǎn)生。
圖2A中存儲低于閾值IB的與亮度相關的值的光柵單元的最低(BOTTOM)區(qū)可以按照比較慢的函數(shù)FB衰變，以便提供相對地灰色的非常慢地衰落的歷史背景。與包含高于新穎性閾值INEW的與亮度相關的值的光柵存儲單元相聯(lián)系的象素可以作為“老象素”處理，在其單元中所存儲的值衰變到低于INEW的某值之前不算作“新象素”。當然，也可以把INEW設置為零?？傊c衰變到電平INEW有關的時間是象素被識別為最近已經(jīng)被使用過并且因此沒有資格作為“新象素”的時間。
圖1中的亮度或者顏色映射器18也可以把非零值映射成光柵掃描顯示器20上的最小亮度值。例如，IB或者IB和INEW之間的某個其它值可以是被映射到零亮度的值(以及所有比較小的值)。于是，所述最低(BOTTOM)區(qū)中在被映射到零的值和被賦予INEW的值之間的部分將提供用來確定特定的象素返回過渡到“新”象素的時間的計算器/定時器功能，但是，所述部分對于操作者來說是看不見的。
現(xiàn)在參考圖2B，該圖舉例說明使用多余暉衰變函數(shù)和區(qū)域的非常不同的方法。這里，我們只有兩個存儲與亮度相關的值的區(qū)域，即，最高(TOP)區(qū)和最低(BOTTOM)區(qū)，以及與它們相聯(lián)系的衰變函數(shù)，即，F(xiàn)T和FB。在這種情況下，最高衰變函數(shù)FT是比較快的指數(shù)函數(shù)，而用于所述最低(BOTTOM)區(qū)的線性衰變函數(shù)FB是比較慢的函數(shù)。所有新波形，不管正?；蛘摺爱惓！?，都被映射成所述最高(TOP)區(qū)的某個部分，在那里它們將比較快地衰變。與亮度相關的值到達所述最低(BOTTOM)區(qū)的唯一方法是借助于從所述最高(TOP)區(qū)的衰變。因此當使用這種方法時，畫在所述最高(TOP)區(qū)的波形看來明亮并且“鮮明”，直至它們衰變到所述最低(BOTTOM)區(qū)，在那里，其值表示較低的亮度并且它們變成稍微灰色的、慢衰變的歷史背景的一部分。利用顏色或者顏色與亮度的組合可以達到相同的效果。這使用戶可以識別和計算快變化的最新波形，而同時觀察老波形隨時間的變化。僅僅使用兩種顏色，一種用于所述最高(TOP)區(qū)的亮度值而另一個用于所述最低(BOTTOM)區(qū)的亮度值，也是有用的，并且，如果選擇適當?shù)念伾?，則在美學上也得到滿足。例如，黃色可以用于明亮的活潑的最高(TOP)區(qū)，而桔色用于降低亮度的較不活潑的歷史的最低(BOTTOM)區(qū)。
在上述只有最高(TOP)和最低(BOTTOM)區(qū)的例子中有一個小問題，可以如圖2C中所示那樣通過把IA和IB稍微分開、以便象圖2C中那樣建立第三或者中間(MIDDLE)區(qū)來解決。使用兩個區(qū)域的方法的問題是存在最小衰變增量，后者與所述最高(TOP)區(qū)用的衰變的斜率的陡度有關。當最高(TOP)區(qū)與最低(BOTTOM)區(qū)連接時，這種最小衰變增量有時將下一個增量值深深地移入最低(BOTTOM)區(qū)，而不是僅僅移動到它的頂部。進入所述最低(BOTTOM)區(qū)多少，取決于最小衰變增量的大小以及所述起點與將最高(TOP)區(qū)和最低(BOTTOM)區(qū)分開的線靠得多近。由于已經(jīng)注意到這種過沖的視覺效果在顯示方面稍稍顯得不自然，所以，建立中間(MIDDLE)區(qū)作為最高(TOP)區(qū)和最低(BOTTOM)區(qū)之間的緩沖區(qū)。
選擇IA和IB之間的隔離區(qū)等于由用于最高(TOP)區(qū)的衰變函數(shù)FT產(chǎn)生的這種最小衰變增量。圖2C中，這種衰變函數(shù)FT是線性的，但是是快的，因此，產(chǎn)生與用于圖2B中所示的最高(TOP)區(qū)快速指數(shù)衰變函數(shù)FT的沒有多大差別的結果。中間(MIDDLE)區(qū)，即，IA和IB之間的隔離區(qū)僅僅需要由FT產(chǎn)生的最小衰變增量的大小，以便保證衰變最高(TOP)區(qū)的值衰變在中間(MIDDLE)區(qū)中而不是衰變在最低(BOTTOM)區(qū)中。于是，使由衰變函數(shù)FM產(chǎn)生的在中間(MIDDLE)區(qū)中的所有衰變產(chǎn)生等于值IB的下一個值。這消除了任何視覺不自然，是一種使最高(TOP)區(qū)和最低(BOTTOM)區(qū)之間的過渡平滑的方法。為了雙色編碼的目的，最好使中間(MIDDLE)區(qū)具有與最高(TOP)區(qū)相同的顏色。
由于中間(MIDDLE)區(qū)中的所有值都衰變到IB，即，中間(MIDDLE)區(qū)的底部和最低(BOTTOM)區(qū)的頂部，所以，任何象素在整個中間(MIDDLE)區(qū)中衰變所用的時間是T1減T2，這等于一個光柵衰變周期所需要的時間。
用戶可以控制用于最高(TOP)區(qū)的快速指數(shù)衰變函數(shù)。這允許控制新采集的波形表現(xiàn)為明亮和鮮明的時間量。用戶還可以控制與最低(BOTTOM)區(qū)相關的慢余暉衰變函數(shù)FB。這允許對以下的現(xiàn)象進行控制究竟有多少過去的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在由與IB和真正的零之間的數(shù)值區(qū)相聯(lián)系的低亮度和/或不同顏色建立的背景。
最后參考圖2D，我們看到對四個余暉衰變函數(shù)的說明，所述四個余暉衰變函數(shù)作用在存儲于光柵存儲單元中的與亮度相關的可能的值的范圍的四個區(qū)上。最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)的衰變函數(shù)FT是慢的和線性的。下一個區(qū)，即，HI-MIDDLE區(qū)，具有衰變函數(shù)FHM(左邊的標為FEXP)，該衰變函數(shù)是快的和指數(shù)的。下一個區(qū)，即，LO-MIDDLE區(qū)，具有中間速度的衰變函數(shù)FLM(左邊的標為FTRANS)，該衰變函數(shù)是線性的和過渡性的。最低(BOTTOM)區(qū)BOTTOM區(qū)具有衰變函數(shù)FB(左邊的標為FLINEAR)，該衰變函數(shù)再次是比較慢的和線性的。左邊所示的這些函數(shù)的形式，即，快的指數(shù)的FEXP、過渡的線性的FTRANS以及最低的線性的FLINEAR衰變函數(shù)說明當在HI-MIDDLE區(qū)的頂部以標稱的最大值NOM、即、IN為起點而不是以最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)頂部的最大值MAX為起點畫這些值時，總的標稱時間TNOMINAL有多大差別以及為什么有這種差別。T0到TA等于T1到T2，TA到TB等于T2到T3，而TB到TNOMINAL等于T3到TMAX。此外，關于初始入口在可以存儲在光柵存儲器中的與亮度相關的最大值(最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)的頂部)的總衰變時間TMAX等于TNOMINAL加上T0到T1的時間，其中，TNOMINAL是初始入口在HI-MIDDLE區(qū)的頂部的標稱值NOM時的總衰變時間，而T0到T1的時間是在整個最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)中按照FT衰變所需要的時間。后一段時間，即，在整個最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)中按照FT衰變所需要的時間T0到T1是一段額外的時間，即，當最高(TOP)區(qū)TOP區(qū)僅僅用作計數(shù)器/定時器并且該區(qū)內所有與亮度相關的值都被映射到光柵掃描顯示屏亮度的最大值、即、與IN被映射到的相同的值時，與異常表現(xiàn)相聯(lián)系的象素被保持在亮度的最大電平的額外時間。
此外，應當指出，用于圖2D的LO-MIDDLE過渡區(qū)(IA和IB之間的值)中的衰變函數(shù)FTRANS(又名FLM)不同于用于圖2C的中間(MIDDLE)區(qū)MIDDLE區(qū)的過渡函數(shù)FM。在圖2D中，過渡函數(shù)FTRANS利用居于它上面和下面的函數(shù)FEXP和FLINEAR的斜率中間的斜率，而圖2C中的FM函數(shù)以完全不同的原理工作，即，所有的點映射到末端點。
如上所述，可以以各種各樣的方法利用操作者輸入信號來幫助確定閾值計算器24的新穎性閾值輸出信號。操作者輸入信號還可以用來確定或者影響所有傳輸函數(shù)和/或用來確定圖2A-2D中所示的各區(qū)域之間的邊界的閾值。
視用于所述實施方案中的其它值而定，可以通過以下方法來實現(xiàn)線性斜率按照1遞減；按照大于1的整數(shù)遞減；按照兩個分數(shù)的冪遞減；或者，根據(jù)概率函數(shù)按照1或兩個分數(shù)的冪遞減。后者按照小于1或者小于特定分散的數(shù)實現(xiàn)遞減。這是利用與閾值發(fā)生器和比較器結合的隨機數(shù)發(fā)生器來完成的。閾值發(fā)生器通過產(chǎn)生閾值來確定概率，然后，將該概率與隨機數(shù)發(fā)生器的輸出信號進行比較，以便確定所述概率是否得到滿足?？梢酝ㄟ^以迭代的方法和遞歸的方法實現(xiàn)VALUENEW=VALUEOLD*X/16來完成變化速率的指數(shù)衰變，其中，可以借助于操作者的輸入信號來影響X。
雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的最佳實施例，但是，顯然，對于本專業(yè)的技術人員來說，可以在不脫離本發(fā)明的更廣泛的方面的情況下做出許多變化和修改。例如，在任何使用短語“與亮度相關的值”的地方，也可以代之以使用短語”與顏色相關的值”。因此，隨后的權利要求書企圖覆蓋授予這項專利的各個國家的專利法允許的所有這樣的變化和修改。
權利要求
1．一種在用數(shù)字示波器監(jiān)視一般是重復性的電信號期間自動檢測異常信號的方法，所述方法包括以下步驟確定受到每一次波形光柵化過程影響的“新”象素的數(shù)目；把所確定的“新”象素的數(shù)目與新穎性閾值的象素數(shù)目進行比較；以及如果所確定的象素數(shù)目少于新穎性閾值象素數(shù)目，則把所述光柵化波形歸類為正常波形；或者如果所確定的象素數(shù)目多于新穎性閾值象素數(shù)目，則把所述光柵化波形歸類為異常波形。
2．根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括把“新”象素定義為在當前波形光柵化系列中尚未受任何波形光柵化影響的象素的預備步驟。
3．根據(jù)權利要求2的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括保持1位光柵圖或其等價物，以便始終跟蹤在當前波形光柵化系列中已經(jīng)受到任何波形光柵化影響的那些象素的步驟。
4．根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括把“新”象素定義為其光柵存儲單元與亮度相關的內容低于新穎性閾值的象素的預備步驟。
5．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于所述新穎性閾值是零。
6．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于所述新穎性閾值大于零。
7．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于所述新穎性閾值受操作者輸入信號的影響。
8．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于使所述光柵存儲單元與亮度相關的內容按照衰變函數(shù)周期性地遞減。
9．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于使所述光柵存儲單元與亮度相關的內容按照若干衰變函數(shù)中的一個周期性地遞減，其中，每一個衰變函數(shù)與能夠存儲在所述光柵存儲單元中的與亮度相關的值的范圍中不同的區(qū)域相聯(lián)系。
10．根據(jù)權利要求9的自動檢測異常信號的方法，其特征在于由包含在當前正在被處理的光柵存儲單元中的與亮度相關的值來從所述若干衰變函數(shù)中確定現(xiàn)行的衰變函數(shù)。
11．根據(jù)權利要求9的自動檢測異常信號的方法，其特征在于所述新穎性閾值等于處在其所有與亮度相關的值被映射到零顯示亮度的區(qū)域中的與亮度相關的值。
12．根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用包括對在波形光柵化采樣組中每一次采樣的第一次受影響的象素數(shù)目進行計數(shù)的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
13．根據(jù)權利要求2的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用包括對在波形光柵化采樣組中每一次采樣的第一次受影響的象素數(shù)目進行計數(shù)的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
14．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用包括對波形光柵化采樣組中每一次采樣的第一次受影響的象素數(shù)目進行計數(shù)的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
15．根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用加入操作者輸入信號的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
16．根據(jù)權利要求2的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用加入操作者輸入信號的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
17．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于采用加入操作者輸入信號的方法來確定新穎性閾值的象素數(shù)目。
18．根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括以下步驟對把波形分類成異常波形的反應方法是以增強的亮度將該波形再光柵化。
19．根據(jù)權利要求2的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括以下步驟對把波形分類成異常波形的反應方法是以增強的亮度將該波形再光柵化。
20．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括以下步驟對把波形分類成異常波形的反應方法是以增強的亮度將該波形再光柵化。
21.根據(jù)權利要求1的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還 包括以下步驟；對把波形分類異常波形的反應方法是利用編碼產(chǎn)生 不同顏色將該波形再光柵化。
22．根據(jù)權利要求2的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括以下步驟對把波形分類成異常波形的反應方法是利用編碼產(chǎn)生不同顏色將該波形再光柵化。
23．根據(jù)權利要求4的自動檢測異常信號的方法，其特征在于還包括以下步驟對把波形分類成異常波形的反應方法是利用編碼產(chǎn)生不同顏色將該波形再光柵化。
全文摘要
異常波形用有多少“新”象素受其光柵化過程影響來定義。新象素可以是那些在當前一組采集中尚未受任何波形光柵化影響的象素，或者那些已經(jīng)有了高于其光柵存儲器單元中的值，但現(xiàn)已衰變到低于規(guī)定值的象素。一旦檢測到這樣的波形便可用可存儲在光柵存儲器中數(shù)值的保留范圍，以額外的亮度將其再光柵化，或將其再光柵化為不同的顏色。用戶的輸入可以用來影響“新”象素的定義，并控制給予異常波形的特殊的余輝。也可以把異常波形保存在長期存儲器中。
文檔編號G01R13/00GK1238502SQ99107170
公開日1999年12月15日 申請日期1999年6月4日 優(yōu)先權日1998年6月5日
發(fā)明者S·K·蘇利范, P·M·格爾拉奇 申請人:特克特朗尼克公司