(57)【要約】【課題】メモリ資源を使い切ったときに、より特異性の高い波形をメモリ中に残すようにする。【解決手段】入力信号１は、ラスタライザ１４でラスタライザ処理され、画素カウンタ１５はラスタライズされた画像の表示に利用可能な各画素の利用頻度をカウントする。特異波形しきい値計算器２４は、画像取込み期間における画素の利用状況を比較する。特異波形しきい値計算器２４は、標準の入力信号波形１から大きく異なる波形を特定し、それら波形をスコアリング・プロセッサ２１に送る。スコアリング・プロセッサ２１は、各特異波形に、以前の波形からの偏差の大きさを示すスコアを割り当てる。スコアリング・プロセッサ２１は、また、複数ある特異波形のスコアを比較し、これら波形のランク付けを行う。最低ランクの波形は、より高いランクの波形が処理されたときに、波形蓄積メモリ２２中のそのメモリ区画において上書きされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置に表示される特異な波形画像を自動的に蓄積する装置であって、
入力信号を蓄積する取込みメモリと、
該取込みメモリと相互接続され、上記入力信号から導出された少なくとも１個の出力画像を表すデータを保持する蓄積メモリと、
該蓄積メモリと相互接続され、上記表示装置に表示される出力画像を表すデータを保持する表示メモリと、
該表示メモリと相互接続され、上記表示メモリに保持された上記出力画像データの各々の少なくともある特性を特徴付けるスコアリング・プロセッサと
を具えた特異波形画像自動蓄積装置。
【請求項２】
一連の連続波形を取込む手段と、
上記波形の各々を特徴付け、波形の特徴に基づいて各波形にランクを割り当てるスコアリング・プロセッサと、
上記連続波形と、上記波形の各々に関連した上記ランクを蓄積するメモリと
を具えた画像取込み表示装置。
【請求項３】
特異な画像データを蓄積する方法であって、
複数の連続画像からの画像データを収集し、
各画像に関連した上記画像データにスコアを割り当て、
上記画像データに割り当てられたスコアに基づいて各画像をランク付けし、
上記画像のランクに応じて各画像をメモリの蓄積場所に蓄積する
ことを特徴とする画像データ蓄積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、オシロスコープ表示装置に関し、特に、特異データを識別し分離する特異波形画像自動蓄積装置、画像取込み表示装置及び画像データ蓄積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のデジタル・ストレージ・オシロスコープは、可変、非対称で、極短い時間しか存在しない信号からでもその波形画像を生成できる。しかし、信号表示は、もし信号の振幅、周波数、位相の関係や、信号の有無が不規則である場合には、入力信号に含まれる全ての情報を完全に反映したものにはできない。信号特性は、通常、予め分かっているわけではないので、デジタル・ストレージ・オシロスコープ中のメモリの割り当ては、もし各信号のサンプリング期間を通じて一定に割り当てられれば、メモリの大部分がほぼ繰り返し状態の信号に割り当てられる一方、ユーザにとって最も関心の高い特異イベントには、少しのメモリしか割り当てられないというアンバランスなことが起きる。
【０００３】
理想的には、オシロスコープの信号処理回路に、例外的な急激な入力信号変化を特定する何らかの手段を設けるべきである。この課題に関するオシロスコープの例が、シャンクの発明による１９９５年８月１日発行の米国特許第５４３８５３１号「デジタル・ストレージ・オシロスコープのデット・タイム無しの取込み」に開示されている。シャンクの装置では、入力アナログ信号の各サンプル期間の取込みメモリから初期信号特性値を蓄積する。連続して入力される波形は、蓄積された信号特性と比較され、もし新しい信号が蓄積された信号と充分に異なっていたら、その新しい信号は保存され、信号の取込みは中止される。このオシロスコープ信号評価方法は、「セーブ・オン・デルタ」として知られている。これによって、シャンクの装置は、まれで特異且つ非繰り返しのイベントを検出し、最終的に表示しようと試みている。
【０００４】
多くのオシロスコープでは、多数の取込み信号を保存するように、そのメモリ・システムを、分割（区画化）する機能を備えている。例えば、もしユーザが高速、高振幅、持続時間の短いパルス（スパーク、レーダやレーザ発振など）などの特徴をもった信号を観測しようとすれば、各測定イベントは高速に発生し、リアルタイムでの処理は不可能なので、将来分析するように各波形をメモリに蓄積しなければならない。こうしたメモリの分割（区画化）の例が、ウィット等の発明による１９９８年４月１４日発行の米国特許第５７４００６４号「波形測定装置のサンプリング技術」に開示されている。ウィット等の装置は、間引きしたサンプル値を間引きしたサンプル期間から抽出すると同時に、そのサンプル期間中に信号の最大値及び最小値を決定する。１つの動作モードでは、もし最大値と最小値の差が所定のしきい値を超えたら、最大値及び最小値が映像サンプル・メモリに転送される。これは、「決定後蓄積（decide、then store）方法」と呼ばれる。他の動作モードでは、最大値及び最小値を後で決定するように、データが多数のメモリに蓄積される。これは、「蓄積後決定（store、then decide）方法」と呼ばれる。これは、多数の一括（batch）データ補足、ポスト（事後）信号処理の手法の特徴の１つである。
【０００５】
現在の最高レベルのオシロスコープの多くは、多数の信号取込み期間の結果を蓄積し、表示可能なラスタ画像を形成し、これによって取り込んだ多数の信号を互いに重ねるようにする。これら信号の軌跡は重ねられるので、各軌跡の輝度から、ユーザは特定波形それぞれの発生頻度情報を得ることができる。こうした装置の例が、スリヴァン等の発明による２００１年２月１３日発行の米国特許第６１８８３８４号に開示されている。異常又は特異波形は、どれくらい多数の新しい画素が画素のラスタライズ処理に関わるかで定義される。新しい画素は、現在取り込まれた信号のどの波形のラスタライズ処理にもまだ関わっていない画素であったり、ラスタ・メモリ中でかつて高い値だったけれども、その後に所定値より減衰した画素であったりする。一旦検出されれば、そのような波形は、ラスタ・メモリ中に蓄積された予め確保した範囲の値を用いて、輝度を高めたり、異なる色を用いて再度ラスタライズされる。スリヴァン等の装置では、特異波形は、長期記録用の記録手段にも保存される。
【特許文献１】米国特許第５４３８５３１号
【特許文献２】米国特許第５７４００６４号
【特許文献３】米国特許第６１８８３８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した装置でも複数の入力波形の中から特異又は異常なものを識別しようとしているが、回路の特異な動作を後処理によってではなく、信号の取込みが行われているときにリアルタイムに補足し、結果として表示できるシステムが望まれている。また、メモリ資源を使い切ったときに、より特異性の高い波形をメモリに残すようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、オシロスコープの変則的な入力信号を特定し、補足し、表示する問題に言及している。従来のオシロスコープでも多数の入力信号波形を取込み蓄積しているが、本発明では、メモリ資源を使い切ったときに、どの波形を保存し、どの波形を上書き（オーバー・ライト）すべきかを特定する。従来の方法では、全てのメモリ区画が満杯になったら、時間領域で測定した最も古い波形を捨てて上書きしている。本発明では、これ以外の要因を用いて、オシロスコープの画像処理回路でラスタライズ処理された画像を比較したときに、蓄積するものとして最も良い候補である可能性の高い波形を、波形の特異性に基づいて特定する。これら要因としては、ラスタライズ処理中に最初に使用された画素の数、特定の画素が利用される頻度、特定の波形を表示するのに用いる画素数の合計、連続する波形間における使用画素の変化、画像表示領域の４分区画（quadrant）又は格子（グリッド）区画それぞれにおいて使用される画素の集中度がある。しきい値計算手段は、これら要因を検出するためのしきい値を定義し、これらしきい値を用いて、例えば、連続する波形画像間における使用画素の差を計算したり、更に、連続した波形画像間における使用画素の差が現在の波形画像が特異であると示しているか否かを判断できるようにする。
【０００８】
各波形には、上記基準に従ってスコア（点数）が付与され、所定の信号取込み期間に生成される前後の波形と比較によってランク（序列）が付けられる。このスコアは、メモリ区画を管理するアルゴリズム中の変数の１つとなる。スコアが高いほど、相対的に特異性が高く、平均からの差の大きい波形であることを示す。
【０００９】
この処理は、スコアリング・アルゴリズムに従って、例えば、スコアリング・プロセッサが出力波形画像データにスコア・パラメータ及びランク・パラメータを付与することで行われる。スコアリング・プロセッサが最初に出力した未加工の生のスコア・パラメータを、スコアリング・プロセッサが更に加工するようにしても良い。例えば、出力波形画像データで使用している全画素数に基いてスコア・パラメータを加工しても良い。また、以前に処理した出力波形画像データの生のスコア・パラメータと最新の出力波形画像データの生のスコア・パラメータとを比較して、類似性が高い場合にスコア・パラメータを加工しても良い。更に、任意の既知の数式との類似性が高い場合にスコア・パラメータを加工して、ユーザの希望に応じて、高め又は低めにするようにしても良い。
【００１０】
使用するメモリ区画の割り当てに関しては、スコアの高い波形ほどメモリ中に保持されるようになり、スコアの低い波形ほどメモリ区画が利用できなくなったときに上書き（オーバー・ライト）されるようになる。信号取込み期間が終わったときには、ユーザはその期間中に集められた相対的に最も特異性の高い波形の精選集を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１及び４を参照すると、本発明のシステムは、取込み回路１０が入力信号１を継続的に受けて、周期的にサンプリングする。入力信号１は、オシロスコープで観測されるが、そのオシロスコープの全回路の一部が図１に示されている。アナログ・デジタル変換回路１１は、取込み回路１０が受けた入力信号の振幅を表すバイナリ値のストリームを出力する。これら振幅値は、取込みメモリ１２中の連続的に関連するアドレスに蓄積される。得られたデータとアドレスの対は、続いて、処理制御器１３の指示に従ってラスタライザ１４に送られる。ラスタライザ１４は、データとアドレスの１対を１点に変換したり、データ・アドレス対の連続する対をベクトルに変換し、得られた点を行及び列から成る２次元配列にマッピングする。この２次元配列は、最終的にラスタ走査表示器２０上で表示されるものである。ラスタライザ１４は、通常、一度に走査の１列について動作し、読み出し、変更及び書き込み動作をラスタ・メモリ１６中の各メモリ位置について行うので、ラスタ・メモリ１６は最新の点又は生成したベクトルによって影響を受ける。処理制御器１３は、取込みメモリ１２、ラスタライザ１４及びラスタ・メモリ１６の動作を制御する。輝度又はカラー・マッパ１８は、蓄積されたラスタ位置の値をラスター走査表示器２０にマッピングするようプログラムされている。
【００１２】
本発明の他の実施形態としては、ラスタライザ１４、ラスタ・メモリ１６及びラスタ走査表示器２０を、コンポジット表示メモリ及びこれに関連する表示用ハードウェアとして機能する何らかの画像蓄積表示装置に置き換えても良い。同様に、取込み回路１０は、新しい波形データを何らかの手段で取得するシステムでも良く、特定のアナログ又はデジタルの波形取込み手順(protocol)に限定されるものではない。
【００１３】
画素カウンタ１５は、連続する最新の波形取込み処理において、最新の波形がラスタライズ処理中にアクセスしていて、且つ、以前にはアクセスしていなかった画素の数を記録する。図４に示すように、これは表示される入力信号１の軌跡上に存在しない全ての画素を含んでいる。このとき、画素カウンタ１５は、いずれ使うはずの画素全てをモニタするために設けられた１ビット画素マップを使用する。また、画素カウンタ１５は、連続する最新の波形取込み処理中に各画素がアクセスされる頻度についても調べる。頻度計数には、表示された入力信号１の軌跡に存在する全ての画素が含まれる。この頻度は、連続する複数の期間内において、どの程度最近で、どの程度の頻度で、どの特定の画素がアクセスされたかの尺度となる基準値と比較される。この基準値には、まだアクセスされたことがなく、よって記録されるべき画素だけを示すように、ほぼゼロの低い値を設定しても良い。また、基準値を、以前アクセスされているにしても、比較的少数回しかアクセスされていない、関心のある画素を示す程度の正の数値に設定しても良い。もし頻度が基準値より高ければ、その画素は相対的に規則的又は変化の少ない波形に関係することを示す一方、もし頻度が基準値より低ければ、図５の信号２に示すように、その画素は新規又は特異な波形又はイベントに関係することを示す。
【００１４】
各波形のラスタライズ処理の後、画素カウンタ１５は、基準値を下回った画素の数を特異波形しきい値計算器２４に送ると共に、特異波形検出器１９にも送る。特異波形しきい値計算器２４は、例えば、ユーザ入力手段１７を用いて（用いなくても良いが）、特異波形しきい値を定義し、特異波形検出器１９に供給する。特異波形検出器１９は、特異波形しきい値を超えた画素数と、基準値に満たない画素数とを比較する。もし所定基準を満たす場合、例えば、もし基準値に満たない画素数が特異波形しきい値より大きい場合などでは、特異波形検出器１９は、処理制御器１３にそのイベントを通知する。
【００１５】
特異波形２を検出すると、処理制御器１３は取込みメモリ１２に特異波形を生成したデータの記録を波形蓄積メモリ２２内にあるメモリ区画に送るよう要求する。特異波形しきい値計算器２４は、通常、新しいデータ取込み処理の始めに受ける画素データの初期データを無視するようにプログラムされる。最初の波形に関係するデータを破棄する理由は、最初の波形は、その定義上当然に特異なものとなってしまうので、波形蓄積メモリ２２に必然的に蓄積されてしまうからである。初期波形データを特異波形検出器１９における処理対象から削除した後、十分な波形データを集め、基本的又は標準的な画素取込みパターンを定義する。この基本データは、平均及び平均からの標準偏差の計算に使っても良く、これらの値を更に特異波形しきい値計算器２４が利用して、特異波形検出器１９で使用する特異波形しきい値を策定するのに利用しても良い。
【００１６】
特異波形しきい値計算器２４は、様々のやり方を用いて特異波形しきい値を定義する。１つの方法は、ユーザがしきい値を任意の一定値に直接設定するもので、これは特異データの特性がよく分かっていて、標準的な波形からの偏差で容易に特徴付けできる場合に適したものである。他の方法は、破棄される初期波形の大きさを最初に測定し、次に残りの波形の平均値及び標準偏差を計算するものである。その他にも、平均値を定義するのに使用する波形の数を予め設定しておいても良い。特異波形しきい値計算器２４は、標準的な波形である平均値から所定数の標準偏差又はその分数(fraction)を検討するようにプログラムできる。図５にその典型的なものを示している他の方法としては、利用可能な画像領域３の少なくとも一部分を例えば、格子４、５、６、７、８及び９に示すような連続する区画に分割するものである。特異波形しきい値計算器２４は、格子内又は隣接する格子間の変化を見て、調べるべき特異波形が存在する可能性を判断する。
【００１７】
図２及び３を参照すると、特異波形２を一旦特定すると、ステップ５０で特異波形２は、スコアリング・プロセッサ２１に送られ、波形蓄積メモリ２２の１区画中に蓄積されてきた他の特異波形と比較したその特異性が特徴づけられる。このとき、波形蓄積メモリ２２には、累積された特異波形のサンプルが収納されているものとする。なお、ユーザが、特異性ランキング又は波形取込み時点といった基準を選択した上で、蓄積された各波形サンプルを見られるようにしても良い。特異波形サンプルはデータ対を表し、データ対は各波形に関してスコアリング・プロセッサ２１が生成した特徴情報（スコア・パラメータ３４及びランキング・パラメータ３３）を含んでいる。メモリ区画３０中にある最初に蓄積された波形は、未加工の（修正等していない生の）スコア・パラメータ３４を含み、これはステップ５１で選択したスコアリング・アルゴリズムに従った波形の特性を表す数値である。ステップ５２では、アルゴリズムが、単に波形と特異波形しきい値計算器２４で定められた特異波形しきい値とを比較しても良い。又は、ステップ５３で、アルゴリズムが波形の特異波形しきい値からの乖離の大きさを取得し、これを波形を構成する全画素数に基づく係数と乗算してもよい（画素カウント数が高いほど、スコアも高い）。ステップ５４では、係数又は乗数は、画素がどの程度既知の数学的関係式（例えば、ｙ＝ｍｘ＋ｂ；ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ；ｙ＝３など、このときユーザの希望に従い、収束の程度に応じてスコアを低め又は高めにする）に収束するかに基いて定める。言い換えると、数式との類似性に基づいて、生のスコアに乗数がかけられ修正（加工）される。ステップ５５では、乗数は、線形関係の傾きｍ、楕円の離心率ｅなどのパラメータのうちの１つの変化に基いて定める。こうした数学的計算の限界は、スコアリング・プロセッサ２１の処理能力及び全処理時間からくる拘束にのみ制限される。波形の特異性は、特異波形検出器１９で既に定められているので、それに続くスコアリング（点数付け）、つまり、波形の特異性の特徴付けは、実質的な負荷なしに、後の処理においてわずかな処理時間の増加だけで済む。比較基準はダイナミックに選択でき、このため、特異波形が一度所定回数現れたら、これを正常状態に分類し、続くサンプリング期間において、他の波形が相対的に高いスコアを得るようにもできる。スコアリング基準は、ユーザの関心があるどのような波形特性でも良く、波形の特異特性自身だけでなく、波形が生じた相対的な時間間隔（周期）に基づくものでも良い。スコアリングが完了すると、ステップ５６において、スコアリング・プロセッサ２１は他の特異波形３１、３２等のスコア（点数）を調べ、現在の波形のスコアが、波形蓄積メモリ２２中に存在するどの波形のスコアよりも大きいかどうか、判断する。もし大きくなければ、ステップ５７において、波形は表示されるが、波形蓄積メモリ２２のどのメモリ区画にも保存（セーブ）されない。しかし、もし大きければ、ステップ５８において、最も低いランクの波形が波形蓄積メモリ２２から削除され、最新の波形が蓄積される。現在の波形の未加工（手を加えていない生）のスコアを波形蓄積メモリ２２中の他の波形の未��工のスコアと比較することによって、ステップ５９において、ランキング・パラメータ３３が現在の波形に割り当てられる。
【００１８】
波形蓄積メモリ２２が、１００個の別々の特異波形に対応した１００個の別々のメモリ区画を持つと仮定すると、ユーザは、上位１００にランクされる波形をアンド・ゲート２３を介して表示器２０で見ることが可能になる。ところで、比較的高い関心を集めるパラメータとして、波形の最小値及び最大値がある。ある波形が、例えば、画素カウント数や画素ロケーションの観点からは特異でないとしても、最大振幅、ゼロクロス点、ピーク・トウ・ピークの絶対値が最大であるなどの特徴があるために、関心ある波形となることもある。図１に示すピーク検出器４０は、各波形の最大値及び最小値を決定する。最高値又は最低値を持つ波形のランク付けは、ステップ６０において、その波形が波形蓄積メモリ２２中のどこかのメモリ区画中に確実に残れるランクとなるようユーザが選択（変更）してもよい。
【００１９】
本発明の好適実施例を説明してきたが、当業者には、本発明の本質を離れることなく種々の変更が可能なことは明らかであろう。例えば、特異波形しきい値計算器２４は、全てハードウェアだけで実現しても良いし、全てソフトウェアだけで実現しても良いし、両方を組み合わせて実現しても良い。更に、特異性データは、波形特性に基づくもので、波形の発生率又は減衰率のような画像に直接関係するものではないので、ラスタライザ１４及び表示器２０は必須のものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、電気電子回路の信号波形測定において、メモリ資源を使い切っても更に入力信号を受け続けた場合に、より特異性の高い特異波形をメモリに残すようにするのに有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が、従来のデジタル・ストレージ・オシロスコープの波形取込み、ラスタライズ処理及び表示機能とどのように組み合わされて実現されるかを示すブロック図である。
【図２】図１に示した特異波形蓄積メモリの記録状態を概念的に示した図である。
【図３】本発明によるスコアリング・アルゴリズムに従った処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明によって特徴付けが行われる代表的な波形の一例を示す図である。
【図５】本発明によって特徴付けが行われる代表的な波形の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  入力信号
２  特異波形
３  画像領域
１０  取込み回路
１１  アナログ・デジタル変換回路
１２  取込みメモリ
１３  処理制御器
１４  ラスタライザ
１５  画素カウンタ
１６  ラスタ・メモリ
１７  ユーザ入力手段
１８  輝度又はカラー・マッパ
１９  特異波形検出器
２０  ラスタ走査表示器
２１  スコアリング・プロセッサ
２２  波形蓄積メモリ
２３  アンド・ゲート
２４  特異波形しきい値計算器
３０  メモリ区画
３３  パラメータ
３４  パラメータ
４０  ピーク検出器
【図１】
2004294440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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