JP2008232968A - 信号分析装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アイパターン中の問題部分が、被測定信号のどの部分に対応するか容易に特定できるようにする。
【解決手段】アイパターン表示領域３６には、被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンが表示される。ユーザは、マウスを操作して十字マウスカーソル４０で、アイパターン表示領域上の任意の点を選択する。すると、選択された点を通過する波形がハイライト表示などで識別可能に表示される。更に、波形表示領域３８の波形中の対応する部分が、ハイライト表示などで識別可能に表示される。
【選択図】図４

Description

本発明は、アイパターン表示を行って被測定信号の品質を分析するための技術に関し、特にアイパターン表示から被測定信号の問題となる部分を容易に特定できる信号分析装置、方法及びプログラムに関する。

デジタル信号は、伝送したい１及びゼロのデータを所定の符号化方法に基づいて変調された信号であり、例えば、矩形パルス信号が用いられる。符号化方法として例えばＮＲＺ（Non Return to Zero）を利用すれば、デジタル信号は一定周期のＵＩ（ユニット・インターバル）毎に”０”をＬ（Low）レベル、”１”をＨ（High）レベルに割り当てたパルス信号として生成される。図１は一例を示し、もし送受信回路間の伝播経路が理想的であれば、矩形パルス信号の波形は伝播後も変化せず、破線で示す理想波形となる。受信側ではＵＩ毎に矩形パルス信号の値を検出することによって、１及びゼロのデータを復調する。

実際に伝送されるデジタル信号では、図１の実線に示す如く、伝播経路の特性や信号の速度によって理想信号波形に比較して歪みが生じるのが普通である。即ち、デジタル信号が伝送する情報は１及びゼロのデジタル・データであっても、信号自身はアナログ信号である。そこで、こうしたデジタル信号の波形を、デジタル・オシロスコープのような入力信号をサンプリングしてサンプル・データとして蓄積する機能を有する波形表示装置を用いてアイパターン表示することで、信号の品質が測定される。

図２は、オシロスコープなどの波形表示装置の一例の機能ブロック図である。ＣＰＵ１０は、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）１４に記憶されたプログラムに従って装置の動作を制御する。ＣＰＵ１０は、必要に応じてデータをメモリ１２に読み出し、演算処理する。ＨＤＤ１４には、装置全体の基本的な動作を制御する基本ソフト（ＯＳ）に加えて、アイパターン表示などの被測定信号の分析に必要な機能を実現するプログラムを記録する。これらは、バス１６を介して接続される。これらには、パソコン用のものを流用できる。

操作パネル１８及びマウス２０は、入出力ポート２２を介してバス１６に接続される。ユーザは、これらを介して波形表示装置に必要な設定を行う。また、入出力ポート２２を介して外付けの記憶装置２４を接続でき、波形表示装置が生成した被測定信号のサンプル・データを外付け記憶装置２４にコピーできる。外付け記憶装置２４を外してパソコン（図示せず）に接続すれば、記憶したサンプル・データをパソコンのＨＤＤにコピーすることもできる。

前置増幅回路２６は、被測定信号を適切に調整してアナロク・デジタル変換回路（ＡＤＣ）２８及びトリガ検出回路３０に供給する。ＡＤＣ２８は、被測定信号の周波数よりも充分に高い周波数で被測定信号をサンプリングし、そのサンプル・データを生成する。高速な取込（アクイジション）メモリ３２は、サンプル・データを順次蓄積し、一杯になると、古いデータから順次消去する。トリガ検出回路３０は、サンプル・データ中に所定のトリガ条件を満たした部分を検出すると、取込メモリ３２がその部分の前後と、その後に続くサンプル・データを取込メモリ３２が一杯になるまで記憶するよう制御し、一杯になるとサンプル・データの取得を停止させる。取得したサンプル・データは、必要に応じてＨＤＤに転送される。ＣＰＵ１０は、サンプル・データをビットマップ形式で処理し、図３に示すようなアイパターンを生成する。表示装置３４は、ユーザの設定に従い、サンプル・データを時間軸に沿って波形として表示したり、アイパターンとして表示する。

最近の波形表示装置では、例えば、米国テクトロニクス社製ＤＰＯ型オシロスコープのように、ＯＳにパソコンと同じものを採用することが多い。このため、波形表示装置の機能追加プログラムをパソコンで開発し、波形表示装置にインストールすれば、波形表示装置の機能追加が行える。逆に、パソコンに、波形表示装置と同じサンプル・データ処理プログラムをインストールしておけば、ユーザは、波形表示装置が生成したサンプル・データをパソコンにコピーして、パソコンでも同じ処理が行える。このように、波形表示装置とパソコンは、ＣＰＵのごとき演算手段を具えた装置という点で共通する。

図３は、これは０００〜１１１までの８種類のビット・パターンのサンプル・データから生成されたアイパターンの表示例である。この例では、各ビット・パターンのタイミングが合わせられ、各画素のサンプル・データ数をカウントして得られる頻度情報が、色又は輝度に変換されている。この頻度情報は、例えば、虹の七色を利用したヒストグラムで示され、赤に近いほど頻度が高く、紫に近づくほど頻度が少ない。ただし、図３は、図面規定の都合上、カラーではなくグレースケールで示している。なお、アイパターンは、アイ・ダイアグラムと呼ばれることもある。

アイパターン表示では、もし波形に歪が大きければ、形成されるアイ（Eye：目）の面積が小さくなったり、理想的な形状との違いが大きくなる。例えば、米国特許第６８０６８７７号明細書には、アイパターン上に、ユーザ設定に応じた形状のマスクを設定し、アイパターンがマスクに接触するか否かで、デジタル信号の品質を測定する技術が開示されている。
米国特許第６８０６８７７号明細書

アイパターンの画像は、複数のビット・パターンを総合して生成されたものであり、被測定信号の品質が全体として良好か否か測定するのには非常に有効である。しかし、これは同時に、アイパターン画像のある一部分が被測定信号に問題あることを示していても、その部分が被測定信号の具体的にどの部分であるのか、特定するのを困難にしている。そこで、アイパターン表示による被測定信号の全体的な品質測定を可能にしつつ、アイパターンで発見された問題部分が、被測定信号のどの部分であるかを容易に特定する技術が望まれている。

本発明は、アイパターン表示を用いた信号分析装置に関する。このとき、アイパターン表示手段は、被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示する。ユーザは、典型的にはマウスで実現される選択手段によって、アイパターン表示手段上の任意の点を選択する。そして、アイパターン表示手段が、選択された点を通過する波形をハイライト表示などで識別可能に表示する。

別の実施形態としては、信号分析装置がアイパターンのエンベロープ点を特定し、これらエンベロープ点を通過する波形を特定することによって、アイパターン表示手段でアイパターンのエンベロープ点を通過する波形を表示しても良い。このとき、これら処理をビット・パターン毎に行えば、演算処理は多くなるが、問題部分の発見がより容易になる。

また、例えば、アイパターンに対してマスク条件を設定する手段を設けて、アイパターン表示手段でマスク条件を満たす点を通過する波形を表示するモードを設けても良い。これも問題部分の発見を容易にする本発明の１つのやり方である。

更に任意のビット・パターンを選択するための手段を設けて、アイパターン表示手段で、選択されたビット・パターンの波形をアイパターンと共に表示しても良い。これによれば、問題のある部分を構成するビット・パターンがどれかがわかる。

加えて被測定信号のサンプル・データを波形として表示する波形表示手段を更に設けて、波形表示手段が表示する波形中のアイパターン表示手段が識別可能に表示した波形に対応する部分を、波形表示手段が識別可能に表示しても良い。これによれば、アイパターンで問題部分が発見されたときに、それが波形中のどこであるかを容易に特定でき、更なる詳細な調査を容易にする。

本発明を別の観点から見れば、信号分析方法である。これは、被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示ステップと、アイパターン上の任意の点を選択するための選択ステップと、選択された点を通過する波形をアイパターン中に識別可能に表示するステップとから構成される。更にサンプル・データを波形として表示する波形表示ステップを設け、波形表示ステップで表示される波形中の、アイパターン上で識別可能に表示された波形に対応する部分が、識別可能に表示されるようにしても良い。

本発明を更に別の観点から見れば、信号分析プログラムであって、被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示機能と、アイパターン上の任意の点を選択するための選択機能と、選択された点を通過する波形をアイパターン中に識別可能に表示する機能とを演算手段及び表示手段を具える装置に実行させる。ここで演算手段及び表示手段を具える装置とは、例えば、汎用のＣＰＵとＯＳを搭載したオシロスコープの如き波形表示装置やパソコンである。このプログラムは、更に、サンプル・データを波形として表示する波形表示機能と、波形表示機能で表示される波形中のアイパターン中に識別可能に表示された波形に対応する部分を、識別可能に表示する機能とを演算手段及び表示手段を具える装置に更に実行させても良い。

本発明による信号分析装置は、図２を用いて説明した従来の波形表示装置に、機能追加プログラムをインストールすることで実現できる。波形表示装置は、例えば、上述の如きデジタル・オシロスコープである。これには、パソコン等でも使用されるＯＳがインストールされ、マウス等を用いたＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）による操作が可能で、また、複数のウィンドウによるマルチタスク動作が可能である。逆に、パソコンに本発明を実現するプログラムをインストールし、波形表示装置で被測定信号から生成したサンプル・データをパソコンにコピーすることでも本発明は実現できる。即ち、ＣＰＵのごとき演算手段と表示装置を具えた装置に、本発明を実現するプログラムをインストールすれば、本発明の信号分析装置を実現できる。よって、以下では、波形表示装置による実施を前提として本発明を説明するが、パソコンでも同様に実施できる。

図４は、本発明による表示の一例であり、表示装置３４の表示画面内に１つのウィンドウとして実現される。このウィンドウには、被測定信号のサンプル・データから生成されたアイパターンを表示するアイパターン表示領域３６と、横軸を時間軸としてサンプル・データをプロットして補間し連続する線で波形として表示する波形表示領域３８とがあり、その他に必要な設定を行うための種々のオブジェクトが表示される。

ユーザがマウス２０（ポインティング・デバイス）を操作してアイパターン表示領域３６にマウスカーソルを持って行くと、マウスカーソルは十字型に変形し、十字型マウスカーソル４０となる。ユーザが、アイパターン中の関心のある点（画素）に十字型マウスカーソル４０を配置すると、その点を通過する波形４４が連続する線でハイライト表示（輝度を高めた表示を）されることで、波形が周囲から容易に識別可能に表示される。

また、波形表示領域３８に表示される波形中のハイライト表示されたアイパターン中の波形に対応する部分４６がハイライト表示され、容易に識別可能となる。もしユーザが十字型マウスカーソル４０を配置した時点で、アイパターン中のハイライト波形に対応する部分が波形表示領域３８中に表示されていなければ、波形表示領域３８の表示範囲が自動的にスクロールされ、対応部分４６が表示されるようにしても良い。

アイパターン中の任意の点を通過する波形が複数ある場合には、複数の波形が連続する線でハイライト表示される。この場合、波形表示領域３８中の波形についても、複数の対応部分がハイライト表示されるが、表示範囲には限りがあるので、一度に表示できないことがある。その場合には、操作パネル１８の特定のキーを押すたびに次の表示範囲がスクロールされ、ハイライト表示された波形部分が順次表示されるようにしても良い。また、アイパターン上でハイライト表示された波形の色を夫々異なるものとし、波形表示領域３８中の波形の対応する部分を同じ色でハイライト表示することで、対応関係をより認識しやすくしても良い。

図５は、本発明による別の表示例を示す。アイパターン表示で発見される被測定信号の問題部分は、正常な範囲から外れた部分であるから、問題部分はアイパターンのエンベロープに存在する場合が多い。そこで、図５に示す実施形態では、波形表示装置が０００から１１１までの８種類のビット・パターンの夫々について、上側と下側のエンベロープ（外縁）を構成する点を特定し、アイパターン表示と合わせて、これらエンベロープ点を通過する波形を連続する線で表示する。もし問題部分を通過する波形があれば、波形の形状から８種類中のどのビット・パターンで問題が生じているかがわかる。このとき、上述のごとく、問題部分を通過する波形上の点を十字型マウスカーソル４０で選択すれば、その点を通過する波形４８がハイライト表示され、波形表示領域３８で表示される波形の対応部分５０もハイライト表示されるので、波形中のどの部分に問題が生じているか特定でき、更に詳細に調査できる。エンベロープ点通過波形を線で波形表示するには、画面又は操作パネル１８によるユーザインタフェースによって表示モード設定を変更すれば良い。なお、この実施形態では、ビット・パターン別にエンベロープ点を特定して波形表示するのが好ましいが、簡易にはビット・パターン別とせず単にアイパターンについてエンベロープ点を特定して波形表示を行っても良い。

その他の本発明の応用としては、周知のマスクをアイパターンに設定し、そのマスク条件を満たすアイパターンの点を通過する波形を連続する線で表示しても良い。これによれば、マスク条件を満たす問題のある波形が容易に発見できる。また、マスク条件を満たした波形は、単に連続する線で波形として表示するだけでなく、ハイライト表示して識別しやすく表示しても良い。

更なる本発明の応用としては、８種類中の１つ以上のビット・パターンをユーザが任意に選択できるユーザインタフェースを設け、選択されたビット・パターンの波形がアイパターンと一緒に表示されるようにしても良い。これによって、アイパターン中の問題がある部分を通過するビット・パターンが、どのビット・パターンであるかわかる。

図６は、本発明による処理の一例のフローチャートである。周知の方法により、アイパターン表示領域３６にアイパターンが表示され（ステップ６２）、波形表示領域３８に連続する時間軸に沿って波形が表示される（ステップ６４）。アイパターン上に必要に応じて波形が表示されるオーバレイ・モードが、ユーザにより画面又は操作パネル１８によるユーザインタフェースによって設定される（ステップ６６）。ユーザは、十字型マウスカーソル４０によって、アイパターン中の任意の点を選択する（ステップ６８）。この任意の点は、例えば、アイパターン中の正常な範囲から外れていると思われる部分の点である。波形表示装置は、選択点を通過する波形をハイライト表示する（ステップ７０）。また、波形表示領域３８に表示される波形中のアイパターン上のハイライト表示波形に対応する部分がハイライト表示される（ステップ７２）。

図７は、図５に示したエンベロープ点通過波形を表示する実施形態のフローチャートである。図６と対応するステップには同じ符号を付し、異なるステップを特に説明する。図６と同様にアイパターン及び波形が表示された後、ユーザがエンベロープ・モードをユーザインタフェースを用いて設定すると（ステップ８０）、これに応じてアイパターンのエンベロープ点を通過する波形がアイパターン上に表示される（ステップ８２）。以下のステップは図６と同様である。

図８は、上述のマスク条件設定の場合のフローチャートである。同様に、図６と異なるステップを説明すると、ユーザがマスク・モードを選択すると（ステップ８４）、マスク条件を設定できる画面（図示せず）が現れるので、これを用いてユーザがマスク条件を設定する（ステップ８６）。すると、マスク条件を満たす点を通過する波形がアイパターン上に表示される（ステップ８８）。必要に応じ、波形はハイライト表示される（図示せず）。

図９は、ビット・パターン別モードの場合のフローチャートである。同様に、図６と異なるステップを説明すると、ユーザがビット・パターン別モードを選択すると（ステップ９０）、１つ以上のビット・パターンを選択可能とする画面（図示せず）が現れるので、これを用いてユーザが所望のビット・パターンを設定する（ステップ９２）。すると、選択されたビット・パターンの波形がアイパターン上に表示される（ステップ９４）。

以上、好適な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の趣旨に沿って種々の変更が可能である。上述の説明では、ハイライト（輝度を高くする）表示をすることで波形を識別可能に表示していたが、それ以外の方法を用いても良い。例えば、周囲と異なる色、波形の線を太くする、波形のパターンを他の部分と異なるものにする、等によって識別可能に表示しても良い。また、アイパターンとして、０００乃至１１１の８種類のビット・パターンから構成されるもの例にしたが、これに限るものではない。

矩形パルス信号を用いたデジタル信号の例を示すグラフである。 波形表示装置の一例の機能ブロック図である。 波形表示装置を用いてデジタル信号をアイパターン表示した例である。 本発明によるアイパターン及び波形表示の一例を示す図である。 本発明によるアイパターン及び波形表示の他の例を示す図である。 本発明による信号分析方法の処理の一例によるフローチャートである。 本発明による信号分析方法の処理の他の例によるフローチャートである。 本発明による信号分析方法の処理の他の例によるフローチャートである。 本発明による信号分析方法の処理の他の例によるフローチャートである。

符号の説明

１０ ＣＰＵ
１２ メモリ
１４ ハードディスク・ドライブ
１６ バス
１８ 操作パネル
２０ マウス
２２ 入出力ポート
２４ 外部記憶装置
２６ 前置増幅回路
２８ アナログ・デジタル変換回路
３０ トリガ検出回路
３２ 取込みメモリ
３４ 表示装置

Claims (10)

1. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示手段と、
   上記アイパターン表示手段上の任意の点を選択するための選択手段とを具え、
   上記アイパターン表示手段が、選択された上記点を通過する波形を識別可能に表示することを特徴とする信号分析装置。
2. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示手段を具え、
   該アイパターン表示手段が、上記アイパターンのエンベロープ点を通過する波形を表示することを特徴とする信号分析装置。
3. 上記エンベロープ点をビット・パターン毎に定めることを特徴とする請求項２記載の信号分析装置。
4. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示手段と、
   上記アイパターンに対してマスク条件を設定する手段とを具え、
   上記アイパターン表示手段が、上記マスク条件を満たす点を通過する波形を表示することを特徴とする信号分析装置。
5. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示手段と、
   任意のビット・パターンを選択するための手段とを具え、
   上記アイパターン表示手段が、選択された上記ビット・パターンの波形を表示することを特徴とする信号分析装置。
6. 上記サンプル・データを波形として表示する波形表示手段を更に具え、
   該波形表示手段が表示する波形中の上記アイパターン表示手段が識別可能に表示した上記波形に対応する部分を、上記波形表示手段が識別可能に表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信号分析装置。
7. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示ステップと、
   上記アイパターン上の任意の点を選択するための選択ステップと、
   選択された上記点を通過する波形を上記アイパターン中に識別可能に表示するステップと
   を具える信号分析方法。
8. 上記サンプル・データを波形として表示する波形表示ステップを更に具え、
   該波形表示ステップで表示される波形中の上記アイパターン中に識別可能に表示された上記波形に対応する部分が、識別可能に表示されることを特徴とする請求項７記載の信号分析方法。
9. 被測定信号のサンプル・データからビットマップ形式で生成され、色又は輝度によって頻度情報を表すアイパターンを表示するアイパターン表示機能と、
   上記アイパターン上の任意の点を選択するための選択機能と、
   選択された上記点を通過する波形を上記アイパターン中に識別可能に表示する機能と
   を演算手段及び表示手段を具える装置に実行させる信号分析プログラム。
10. 上記サンプル・データを波形として表示する波形表示機能と、
    該波形表示機能で表示される波形中の上記アイパターン中に識別可能に表示された上記波形に対応する部分を、識別可能に表示する機能と
    を上記演算手段及び表示手段を具える装置に更に実行させることを特徴とする請求項９記載の信号分析プログラム。