本发明涉及测量仪器的图像显示处理技术领域，尤其涉及的是一种光缆敲击信号显示方法及系统。
背景技术：
光纤测量技术中有较多的测量项目，其中就包括有光纤的敲击测量试验，可以通过识别敲击声音来反应敲击的光纤距离，进行定位敲击的光纤位置，或者，可以通过识别敲击声音来从多个光纤中识别出被敲击的光纤等等。
市场上，目前有些产品，显示屏上只显示探测到的敲击信号的强弱，而且强度区分度也有限，不能真实直观地反映实际采集到的敲击信号的情况。也有些产品，以图像的方式显示敲击信号的大小，等屏幕显示满了，再刷新下一次的波形，但是波形的刷新时间较长，所显示的图像实时性很差，耳朵听到的敲击信号与眼睛看到的图像信号很可能不同步，听到敲击声音之后，要过一段时间才能在屏幕上看到敲击信号，从图像上不能准确地判断是不是当前的敲击信号；此外，所显示的图像真实性较差，噪声与敲击信号不容易区分，只看图像，有时根本不知道是敲击信号还是噪声。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种光缆敲击信号显示方法及系统，提高识别到的敲击信号显示的实时性及真实性。
为解决上述问题，本发明提出一种光缆敲击信号显示方法，包括以下步骤：
S1：持续采样音频信号，得到采样的音频数据；
S2：持续地按照采样的先后顺序，每次从采样的音频数据中获取预设时间窗大小的数据，作为一组音频数据，并预设每组音频数据的特征值数量为至少两个；
S3：针对每组音频数据，计算该组音频数据的方差，设置预设阈值Thr，并查找该组音频数据的绝对值最大值V_max，进行该组音频数据的特征值查找，并将查找到的该组特征值存储到第一存储空间中；
特征值查找方式为：若V_max＜Thr，将该组音频数据的特征值全部置零，并将该组音频数据也全部置零；若V_max≥Thr，则至少查找该组音频数据的最大值与最小值作为特征值，并获取特征值对应的索引，按索引的大小排列特征值；
S4：根据显示屏幕的移屏频率，持续地获取所述第一存储空间中的特征值，将特征值加入到显示屏幕上的特征波形中，同时移动该特征波形使得最先加入的特征值移出，以使显示屏幕上的特征波形不断移动且能够同时显示若干组特征值。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S3中，还包括：针对每组音频数据，对每组音频数据进行去噪处理，处理后的音频数据存储到第二存储空间去；
去噪处理方式为：查找该组音频数据中所有绝对值大于预设阈值Thr的音频数据点，将各音频数据点的前后一段区间内的音频数据不做处理，同时该组的剩余音频数据全部置零。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，每次获取所述第一存储空间中的特征值加入至显示屏幕中移屏显示的同时，获取所述第二存储空间中的对应组音频数据通过音频输出模块进行音频输出。
根据本发明的一个实施例，所述第一存储空间的大小正好能够存储一组音频数据的全部特征值，每查找到最新一组音频数据的特征值后便存储到第一存储空间中，替换之前存储的特征值；
所述第二存储空间的大小正好能够存储一组音频数据，每去噪处理完一组音频数据便存储到第二存储空间中，替换之前存储的音频数据。
根据本发明的一个实施例，在第一存储空间中的特征值被替换之前，先将其中的特征值转移到显示屏幕对应的缓存空间中，作为最新的特征值进行显示；
在第二存储空间的音频数据被替换之前，先将其中的音频数据转移到音频输出模块对应的缓存空间中，作为最新的音频数据进行输出。
根据本发明的一个实施例，所述预设时间窗的大小与显示屏幕移屏的时间间隔相同。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1之前还包括步骤B1：设置显示屏幕整屏可同时显示的特征值的数量，及显示屏幕移屏的时间间隔；其中，
显示屏幕的总像素个数为N，设置每n个像素描绘一个特征值，则整屏可同时显示k＝N/n个特征值；
设定一定时间t内获取并处理的采样的音频数据的个数为M，其中有m个特征值，则每次移动显示所停留的时间为T＝k*t/m。
根据本发明的一个实施例，所述索引为音频数据点在该组音频数据中的采样点顺序，所述步骤S3中，将索引小的特征值排在前面，以在后续进行显示时显示在前；将索引大的特征值排在后面，以在后续进行显示时显示在后。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中，边对光缆进行敲击，边进行音频信号的录入及采样，以使音频信号中录入有敲击信号。
本发明还提供一种光缆敲击信号显示系统，包括：
采样模块，持续采样音频信号，得到采样的音频数据；
分组模块，持续地按照采样的先后顺序，每次从采样的音频数据中获取预设时间窗大小的数据，作为一组音频数据，并预设每组音频数据的特征值数量为至少两个；
音频数据处理模块，针对每组音频数据，计算该组音频数据的方差，设置预设阈值Thr，并查找该组音频数据的绝对值最大值V_max，进行该组音频数据的特征值查找，并将查找到的该组特征值存储到第一存储空间中；
特征值查找方式为：若V_max＜Thr，将该组音频数据的特征值全部置零，并将该组音频数据也全部置零；若V_max≥Thr，则至少查找该组音频数据的最大值与最小值作为特征值，并获取特征值对应的索引，按索引的大小排列特征值；
移屏显示模块，根据显示屏幕的移屏频率，持续地获取所述第一存储空间中的特征值，将特征值加入到显示屏幕上的特征波形中，同时移动该特征波形使得最先加入的特征值移出，以使显示屏幕上的特征波形不断移动且能够同时显示若干组特征值。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
通过对音频数据进行特征值提取，只显示特征值构成的特征波形，可以大大减小数据量，进而可以使得屏幕的刷新时间缩短，提升实时性；而通过显示屏幕对特征波形进行移屏显示，可以保证特征值可以在屏幕上显示一段时间，而非每刷新一次便完全更换一次波形，可回看当前敲击之前的敲击特征值，避免操作者来不及观察波形便消失了，且不影响实时性的要求；音频数据和特征值均排除了噪声的干扰，而保留其中包含敲击信号的部分不做处理，使得图像显示的真实性更高，图像上可以很容易区分是噪声，还是敲击信号。
附图说明
图1为本发明一实施例的光缆敲击信号显示方法的流程示意图；
图2为现有技术中光纤敲击信号波形显示的示意图；
图3为本发明一实施例的光纤敲击信号波形显示的示意图；
图4为本发明一实施例的音频数据去噪处理的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1，在一个实施例中，光缆敲击信号显示方法，包括以下步骤：
S1：持续采样音频信号，得到采样的音频数据；
S2：持续地按照采样的先后顺序，每次从采样的音频数据中获取预设时间窗大小的数据，作为一组音频数据，并预设每组音频数据的特征值数量为至少两个；
S3：针对每组音频数据，计算该组音频数据的方差，设置预设阈值Thr，并查找该组音频数据的绝对值最大值V_max，进行该组音频数据的特征值查找，并将查找到的该组特征值存储到第一存储空间中；
特征值查找方式为：若V_max＜Thr，将该组音频数据的特征值全部置零，并将该组音频数据也全部置零；若V_max≥Thr，则至少查找该组音频数据的最大值与最小值作为特征值，并获取特征值对应的索引，按索引的大小排列特征值；
S4：根据显示屏幕的移屏频率，持续地获取所述第一存储空间中的特征值，将特征值加入到显示屏幕上的特征波形中，同时移动该特征波形使得最先加入的特征值移出，以使显示屏幕上的特征波形不断移动且能够同时显示若干组特征值。
下面对本发明实施例的光缆敲击信号显示方法进行更具体的描述，但不作为限制。
本发明实施例可以用在光缆敲击试验中，可通过音频输入模块将敲击信号录入为音频信号，当然，录入过程无法区分对待敲击信号和环境噪声，因而录入的音频信号中会存在环境噪声。
优选的，在步骤S1中，可以边对光缆进行敲击，边进行音频信号的录入及采样，以使音频信号中录入有敲击信号。
在步骤S1中，对音频信号进行持续的采样，得到采样的音频数据，采样频率可以根据需要而进行设置。可以理解，音频信号的录入和采样可以是同时进行的，边录入边采样。采样的音频数据是时域上的一长串离散数据，而且是在不断的产生，因而需要一部分一部分的对其进行处理。
在步骤S2中，持续地按照采样的先后顺序，每次从采样的音频数据中获取预设时间窗大小的数据，作为一组音频数据，并预设每组音频数据的特征值数量为至少两个。
采样有先后顺序，持续地每次摘取采样的音频数据中的预设时间窗大小的数据，也即，每隔预设时间窗大小的时间便去摘取一次采样的音频数据，且摘取的时间长度为预设时间窗大小。
例如，在1s时间段内的采样过程中，可以每隔0.01s便去获取一次音频数据，每次获取的音频数据时间长度为0.01s，因而在此1s时间段中，一共获取了100组音频数据。当然，本实施例中的数据仅是为了更好的说明步骤S2，并不作为限制。
由于本发明实施例中，每组音频数据中都需要有特征值拿去显示，因而需要设定每组音频数据中的特征值数量，优选的是两个，一个是每组采样的音频数据中的最大值，另外一个是最小值，可以定量地表征敲击声音的大小。当然，特征值数量当然也可以包括更多个，在此不限。
接着执行步骤S3，本步骤是在步骤S2每获取一组音频数据便接续着执行的。针对每组音频数据，计算该组音频数据的方差，设置预设阈值Thr，并查找该组音频数据的绝对值最大值V_max，进行该组音频数据的特征值查找，并将查找到的该组特征值存储到第一存储空间中。预设阈值Thr可以根据方差与音频数据的特征来确定，用来查找特征值，可以用来区分是噪声还是敲击声音。绝对值最大值V_max可以通过遍历该组音频数据找到。
特征值查找方式为：若V_max＜Thr，则说明该组音频数据全部都是噪声，没有有用的敲击声音，因而将该组音频数据的特征值全部置零，并将该组音频数据也全部置零；若V_max≥Thr，则说明该组音频数据中存在敲击信号，至少查找该组音频数据的最大值与最小值作为特征值，并获取特征值对应的索引，按索引的大小排列特征值。
优选的，所述索引为音频数据点在该组音频数据中的采样点顺序，所述步骤S3中，将索引小的特征值排在前面，以在后续进行显示时显示在前；将索引大的特征值排在后面，以在后续进行显示时显示在后。通过索引来确定特征值的顺序，可以在显示的时候，按照时间顺序来显示特征值。
在每组特征值为两个时，将索引小的作为第一个特征值，另外一个作为第二个特征值。索引小的为先采样的数据点，索引大的为后采样的数据点。
接着执行步骤S4，本步骤是在步骤S2每查到并存储一组特征值后便接续着执行的。显示屏幕每隔一定时间便移动一次特征波形，根据显示屏幕的移屏频率，持续地获取所述第一存储空间中的特征值，将特征值加入到显示屏幕上的特征波形中，同时移动该特征波形使得最先加入的特征值移出(新的特征值拼接到历史特征波形的尾部，而将历史特征波形的头部移出显示屏幕，不再继续显示)，以使显示屏幕上的特征波形不断移动且能够同时显示若干组特征值。
优选的，显示屏幕上的特征波形可以左右移动，各个特征值接续着从左往右滑动，左侧是最新加入的特征值，右侧是最早加入的特征值并需要移出屏幕。
作为示例，显示屏幕上的移屏显示方式如下表(1)所示：
表(1)
表(1)中，表征了特征波形移动的过程，一行表示一个满屏特征波形。各个特征值不断地移动，而显示屏幕的大小不会变，因而当一个特征值从显示屏幕的一侧移动到另一侧时，就会移出屏幕不再显示，但是它在之前的移动过程中都会显示在显示屏幕上。
可以将显示屏幕满屏能显示的特征值数据放到一个数组中，每放一次特征值便将数组内全部的特征值往前移动一次(移动量与特征值数量对应)，最前面的一组特征值则移出数组。显示屏幕每次刷新，都将该数组中的数据进行全屏显示，在屏幕上显示数组内的这些点，屏幕例如20ms左右刷新一次。
通过对音频数据进行特征值提取，只显示特征值构成的特征波形，可以大大减小数据量，进而可以使得屏幕的刷新时间缩短，提升实时性；而通过显示屏幕对特征波形进行移屏显示，可以保证特征值可以在屏幕上显示一段时间，而非每刷新一次便完全更换一次波形，可回看当前敲击之前的敲击特征值，避免操作者来不及观察波形便消失了，且不影响实时性的要求；音频数据和特征值均排除了噪声的干扰，而保留其中包含敲击信号的部分不做处理，使得图像显示的真实性更高，图像上可以很容易区分是噪声，还是敲击信号。
显示屏幕显示的是声音信号的最大值与最小值，即使是音频输出出现问题，也可以从图像上区分敲击的强度。图像输出排除了噪声的干扰，在没有敲击光缆时，只看到一条直线，看不到任何的波动，所以很容易判断是否敲击了光缆。
在一个实施例中，所述步骤S3中，光缆敲击信号显示方法还包括：针对每组音频数据，对每组音频数据进行去噪处理，处理后的音频数据存储到第二存储空间去。第一存储空间的特征值作为图像输出信号，而第二存储空间的音频数据作为音频输出信号。
去噪处理方式为：查找该组音频数据中所有绝对值大于预设阈值Thr的音频数据点，将各音频数据点的前后一段区间内的音频数据不做处理，同时该组的剩余音频数据全部置零。区间的大小可以综合考虑声音是否失真，及敲击信号之后是否存在尾噪这两方面来进行设置，具体不限。
音频输出既排除了噪声的干扰，又考虑了声音保真的因素，在没有敲击光缆时，听不到任何声音，敲击光缆时，也能很清晰的听到声音，所以很容易判断是否敲击了光缆。
优选的，所述步骤S4中，每次获取所述第一存储空间中的特征值加入至显示屏幕中移屏显示的同时，获取所述第二存储空间中的对应组音频数据通过音频输出模块进行音频输出。
图像与声音同时输出，克服了图像与声音不同步的问题，通过图像显示的特征波形结合耳机听到的敲击声音，可以判断在哪一时刻敲击的光缆，在某段时间内，敲击了几次光缆，更有利于光缆排查。
优选的，所述第一存储空间的大小正好能够存储一组音频数据的全部特征值，每查找到最新一组音频数据的特征值后便存储到第一存储空间中，替换之前存储的特征值。
所述第二存储空间的大小正好能够存储一组音频数据，每去噪处理完一组音频数据便存储到第二存储空间中，替换之前存储的音频数据。
将第一存储空间和第二存储空间的大小分别设置为正好存储一组特征值和一组音频数据，从而只需要在每次写入时将全部的数据转移到对应的缓存空间进行输出即可，第一存储空间和第二存储空间作为数据的中转站，正好的存储量可以提升读写及处理速度。
优选的，在第一存储空间中的特征值被替换之前，先将其中的特征值转移到显示屏幕对应的缓存空间中，作为最新的特征值进行显示。
在第二存储空间的音频数据被替换之前，先将其中的音频数据转移到音频输出模块对应的缓存空间中，作为最新的音频数据进行输出。
也就是说，第一存储空间和第二存储空间的数据写入时机和读取时机要配合，先将数据读取到对应的缓存空间后，再写入新的数据，数据写入时间间隔和数据读取时间间隔最好是固定相同的，避免发生读写时机混乱而导致数据出错。
优选的，所述预设时间窗的大小与显示屏幕移屏的时间间隔相同。那么，每摘取一次数据进行特征值处理后，便可进行屏幕的刷新移屏显示，保证屏幕上最新显示的特征值的实时性。
在一个实施例中，所述步骤S1之前还包括步骤B1：设置显示屏幕整屏可同时显示的特征值的数量，及显示屏幕移屏的时间间隔；其中，
显示屏幕的总像素个数为N，设置每n个像素描绘一个特征值，则整屏可同时显示k＝N/n个特征值；
设定一定时间t内获取并处理的采样的音频数据的个数为M，其中有m个特征值，则每次移动显示所停留的时间为T＝k*t/m。
具体来说，设定显示屏幕总像素个数为N，每n个像素点描绘一个特征值，则整屏可以显示k＝N/n个特征值，假设1s的采样数据M个，其中有m个特征值，则满屏可以显示T＝k/m秒，根据前述实施例，使每个特征值可以在屏上停留T秒，当然每秒钟采样数据中保留的特征值多，则每个特征值在屏上停留时间就短，反之，停留时间就长，可以根据需要自行设置。
1s内采集的数据可分成m/2组，每次处理一组数据，每组数据有2个特征值，将找到的2个特征值根据先后顺序，进行显示。由于分析处理数据的时间远小于数据采集时间，所以不影响实时性，数据空间的大小与采样率有关，采样率高，需要空间就大。可以申请两块空间，第一存储空间的大小为2个，第二存储空间的大小为2M/m个。
图2示出了现有的既有音频输出也有图像显示的图像，左上和右下为无敲击信号时的图形，左下和右上为有敲击信号时的图形；图3示出了本发明实施例显示的敲击光缆的信号图，左上和右上为无敲击信号时的图形，左下为长距离有敲击信号时的图形，右下为短距离有敲击信号时的图形。对比可见：现有的图形中波形杂乱，无法轻易区分敲击声音和噪声，且波形数据很多，刷新时间会很长，无法保证实时性；而本申请中，没有敲击信号的图形均为直线，可清晰地辨识敲击信号，而且整屏上可以显示多组特征值，数据量却不多，缩短刷新时间，提升实时性。
下面通过一个更具体的实例来说明本方案。
例如采样率为100000Hz，有一组1s的数据，则共有M＝100000个，总像素个数N＝480，每n＝3个像素点亮一个特征值，则显示屏幕上可以最多显示k＝N/n＝160个特征值；每个特征值在屏上停留时间T＝4s，则每秒钟的采样数据中存在m＝k/T＝40个特征值，即每50ms数据中存在2个特征值，所以50ms采集的数据作为一组，即一组数据有50000个点。
根据采样率确定了每个特征值在屏幕上停留的时间之后，开始查找特征值和处理采集到的数据，步骤如下：
申请两块空间，分别存储图像信号ImageData(特征值)和音频信号SoundData(算法处理后的数据)，并且保留前面99组数据的方差，以便确定当前组数据OriginalData的阈值Thr。如果测试时间小于5s，即前面采集的数据小于100组，只选用已采集数据的方差确定当前阈值Thr。
当前阈值Thr的确定；计算出当前数据的方差σ，然后与前面99组数据的方差放在一起，找到它们中的最小值MinValue，并将它乘以一个系数K，赋给Thr，即Thr＝K*MinValue；由于噪声是服从(μ，σ2)分布，均值μ＝0，σ即是方差，确定这个K，就是根据要求以多大的概率可以将采集的数据判定为噪声。根据数据特征与电路噪声的大小，判断噪声值最大不超过Δ＝5000，所以Thr＝min(Thr，Δ)。
得到图像信号ImageData(特征值)和音频信号SoundDaa；遍历该组数据，找到该组数据的绝对值最大值Vmax，根据Vmax与Thr的关系，计算特征值以及他们在原始数据中的索引；
若：Vmax＜Thr，则认为该组数据全部是噪声，所以该组数据的两个特征值全部置零，同时将音频数据也全部置零，即ImageData＝{0}，SoundData＝{0}；
若：Vmax≥Thr，则认为该组数据存在敲击信号，找到该组数据的最大与最小值，以及它们的索引，该最大值与最小值既是所求的两个特征值；其中索引小的作为第一个特征值，另外一个作为第二个特征值，即ImageData[0]＝minIndexValue，ImageData[1]＝maxIndexValue；此时，音频数据的处理方法如下：遍历该组数据，找到所有绝对值大于阈值的点Di，并且将绝对值大于阈值的点Di的前后一段区间内的数据(区间的大小需要综合考虑声音是否失真，敲击信号之后是否存在尾噪这两方面进行设置，本次实验区间大小设置为128)，不做任何处理，全部赋给存储音频数据的空间，区间外的点全部置零，然后再赋给存储音频数据的空间。
如图4所示，其中a，b，c三个点是绝对值大于Thr的点，区间1对应的是a点的前后128个点的部分，区间2对应的是b点的前后128个点的部分，区间3对应的是c点的前后128个点的部分，这三段数据不做任何处理，直接赋给音频数据SoundData，这三个区间外的数据全部置零，然后再依次赋给音频数据SoundData。最后得到的音频数据SoundData，区间1，2，3内的数据等于OriginalData，其余数据全是0。
图像数据显示；将得到的特征值以滑动替换的方式在显示屏幕上进行移屏显示，移屏显示过程如下表(2)所示：
表(2)
本发明还提供一种光缆敲击信号显示系统，包括：
采样模块，持续采样音频信号，得到采样的音频数据；
分组模块，持续地按照采样的先后顺序，每次从采样的音频数据中获取预设时间窗大小的数据，作为一组音频数据，并预设每组音频数据的特征值数量为至少两个；
音频数据处理模块，针对每组音频数据，计算该组音频数据的方差，设置预设阈值Thr，并查找该组音频数据的绝对值最大值V_max，进行该组音频数据的特征值查找，并将查找到的该组特征值存储到第一存储空间中；
特征值查找方式为：若V_max＜Thr，将该组音频数据的特征值全部置零，并将该组音频数据也全部置零；若V_max≥Thr，则至少查找该组音频数据的最大值与最小值作为特征值，并获取特征值对应的索引，按索引的大小排列特征值；
移屏显示模块，根据显示屏幕的移屏频率，持续地获取所述第一存储空间中的特征值，将特征值加入到显示屏幕上的特征波形中，同时移动该特征波形使得最先加入的特征值移出，以使显示屏幕上的特征波形不断移动且能够同时显示若干组特征值。
关于本发明的光缆敲击信号显示系统的具体内容可以参看前述实施例中关于光缆敲击信号显示方法部分的描述，在此不再赘述。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。