数据波形恢复方法、系统和装置与流程

本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是涉及一种数据波形恢复方法、系统和装置。

背景技术：

随着电子、生物、医疗等多学科技术的发展及相互之间的融合，在信号采集及信号处理等领域，对采集通道数量、采集频率有着越来越高的要求。这就为采集之后的数据波形恢复及反演等工作带来了挑战，但是现有的存储空间的容量是有限的，因此这就需要一种技术，在不增加现有的存储空间容量的情况下，实现更长时间的波形恢复及显示。

波形恢复一般采用描点的方式，但是现有的描点技术描点时间间隔固定，不论当前的信号是有用信号还是无用信号，系统都会耗费同样的存储空间进行存储，导致整个系统资源利用率低。尤其是针对脑电、心电、肌电等生物信号，往往有用的信号出现的时间很短暂，传统的波形恢复方式将会耗费大量的存储空间存储无用信号波形。

技术实现要素：

基于此，有必要针对系统资源利用率低的问题，提供一种数据波形恢复方法、系统和装置。

一种数据波形恢复方法，包括以下步骤：

接收前级采集电路从各个数据通道采集到的数据帧对应的数据片段；其中，一个数据帧包括多个数据片段；

将各个数据片段分别存储到预先建立的矩阵式存储空间中对应的元素位置上；其中，所述矩阵式存储空间的每一行代表一个通道，所述矩阵式存储空间的每一列代表在对各个数据通道的一次轮询采样过程中所采集到的各个数据片段；

在所述矩阵式存储空间存满之后，分别对所述矩阵式存储空间中的各个数据片段进行描点，对应恢复出各个数据帧的数据波形。

一种数据波形恢复系统，包括：

接收模块，用于接收前级采集电路从各个数据通道采集到的数据帧对应的数据片段；其中，一个数据帧包括多个数据片段；

存储模块，用于将各个数据片段分别存储到预先建立的矩阵式存储空间中对应的元素位置上；其中，所述矩阵式存储空间的每一行代表一个通道，所述矩阵式存储空间的每一列代表在对各个数据通道的一次轮询采样过程中所采集到的各个数据片段；

恢复模块，用于在所述矩阵式存储空间存满之后，分别对所述矩阵式存储空间中的各个数据片段进行描点，对应恢复出各个数据帧的数据波形。

一种数据波形恢复装置，包括：

地址选择单元、矩阵式存储空间、第一计数器、第二计数器、存满判断单元、数据提取单元、描点器、缓存区；

所述地址选择单元连接前级采集电路，所述地址选择单元、前级采集电路、存满判断单元、第一计数器和缓存区连接矩阵式存储空间，所述第一计数器、第二计数器、缓存区和前级采集电路连接存满判断单元，所述第一计数器连接第二计数器，所述缓存区通过数据提取单元连接描点器。

与现有技术相比，本发明的数据波形恢复方法、系统和装置首先接收前级采集电路从各个数据通道采集到的数据帧对应的数据片段；其中，一个数据帧包括多个数据片段，然后将各个数据片段分别存储到预先建立的矩阵式存储空间中对应的元素位置上，最后在所述矩阵式存储空间存满之后，分别对所述矩阵式存储空间中的各个数据片段进行描点，对应恢复出各个数据帧的数据波形，采用一种完全异步握手的方式，可靠性高。相对于传统的方式，在恢复同样的数据波形时明显节省系统资源开销。

附图说明

图1为一个实施例的数据波形恢复方法流程图；

图2为一个实施例的矩阵式存储空间的示意图；

图3为一个实施例的数据片段的结构示意图；

图4为一个实施例的数据波形恢复系统的结构示意图；

图5为一个实施例的数据波形恢复装置的结构示意图；

图6为一个实施例的数据波形恢复装置的信号流向示意图；

图7为一个实施例的数据波形恢复方法的程序流图；

图8为一个实施例的数据波形恢复装置的应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明提供一种数据波形恢复方法，可包括以下步骤：

S1，接收前级采集电路从各个数据通道采集到的数据帧对应的数据片段；其中，一个数据帧包括多个数据片段；

前级采集电路可以通过轮询各个数据通道的方式采集数据片段。假设数据通道包括通道1，通道2，……，通道N，则前级采集电路可以依次采集通道1，通道2，……，通道N的数据，采集完成之后，可以循环该过程。

S2，将各个数据片段分别存储到预先建立的矩阵式存储空间中对应的元素位置上；其中，所述矩阵式存储空间的每一行代表一个通道，所述矩阵式存储空间的每一列代表在对各个数据通道的一次轮询采样过程中所采集到的各个数据片段；

在存储数据片段之前，可以获取内存空间对应的数据通道的数目和一帧数据每通道包含的数据片段的数目，根据所述内存空间对应的数据通道的数目和一帧数据每通道包含的数据片段的数目将所述内存空间划为包括多个行和多个列的矩阵式存储空间。假设通道总数为N，一帧数据每通道包含的片段数目为K，可将内存空间划分为N×K的矩阵式存储空间，如图2所示。第i行代表具体通道i，第n列代表各通道在第n次轮询采样所采集到的数据片段D_i(n)，由此每个内存空间用M_in表示。可将获取的数据片段D_i(n)放到对应的M_in空间，直到存满整个空间F_l，其中l代表第l次存满该内存空间。

在存储数据片段时，可以将一次轮询采样过程中所采集到的数据片段存储到所述矩阵式存储空间中对应的元素位置上，并判断所述矩阵式存储空间是否存满；若未存满，向前级采集电路发送片段接收完成标志RF，该片段接收完成标志RF表示所述矩阵式存储空间已经接收完一个数据片段，且所述矩阵式存储空间还未存满，可以继续接收数据片段；若存满，将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区，并在接收到缓存区返回的缓存数据接收完成标志BRF之后，向前级采集电路发送片段接收完成标志RF；等待前级采集电路响应所述片段接收完成标志返回的片段存满标志TF，并在接收到所述片段存满标志TF之后，返回将一次轮询采样过程中所采集到的数据片段存储到所述矩阵式存储空间中对应的元素位置上的步骤。其中，缓存数据接收完成标志BRF表示缓存区完成对所述矩阵式存储空间发送的数据帧的接收过程。所述片段存满标志TF表示前级采集电路完成对一个数据片段的采样过程。

将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区前，可以先向存满判断单元发送帧存满标志FRF，表示一帧数据存满，等待缓存区返回的空闲标志LF，在存满判断单元接收到所述空闲标志LF之后，存满判断单元分别向缓存区和矩阵式存储空间发送帧存满标志FRF，在矩阵式存储空间接收到存满判断单元发送的帧存满标志FRF时，将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区。其中，帧存满标志FRF表示所述矩阵式存储空间已经存满一个数据帧，无法再接收前级采集电路发送的数据片段。所述空闲标志LF表示描点器完成上一个数据帧的描点过程，缓存区可以接收当前存储在所述矩阵式存储空间中的数据帧。

在一个实施例中，为了使数据片段能够存储到所述矩阵式存储空间的对应元素位置上，可以在将数据片段的存储位置预先设置在数据片段的帧头中，帧头信息可以包括对应通道的标号和轮询到该通道的次数。存储时，可以提取所述数据片段的帧头信息，并根据所述标号和次数，将所述数据片段存储到所述矩阵式存储空间的对应元素位置上。

进一步地，在本步骤之前，系统刚启动时，可以向前级采集电路发送一个片段接收完成标志RF，将矩阵式存储空间内部的二级计数器清零，完成初始化操作。

S3，在所述矩阵式存储空间存满之后，分别对所述矩阵式存储空间中的各个数据片段进行描点，对应恢复出各个数据帧的数据波形。

所述帧头信息还可包括前级采集电路的采样率和前级采集电路相邻两次采样之间的相对时间间隔。根据所述采样率和相对时间间隔，可以确定每一数据片段描点的起始时间位置。具体地，可以根据所述相对时间间隔确定每一数据片段描点的起始时间位置；根据采样率确定描点时间间隔；并根据所述起始时间位置和描点时间间隔逐一描点显示各通道波形。数据片段的结构可如图3所示。

在描点完成后，缓存区可以向所述矩阵式存储空间返回空闲标志LF，表示当前描点过程已完成。

在一个实施例中，在描点时，还可以对恢复出的数据波形进行实时同步显示，从而可以更直观地展示数据恢复的结果，便于用户观察。

如图4所示，本发明提供一种数据波形恢复系统，可包括：

接收模块110，用于接收前级采集电路从各个数据通道采集到的数据帧对应的数据片段；其中，一个数据帧包括多个数据片段；

前级采集电路可以通过轮询各个数据通道的方式采集数据片段。假设数据通道包括通道1，通道2，……，通道N，则前级采集电路可以依次采集通道1，通道2，……，通道N的数据，采集完成之后，可以循环该过程。

存储模块120，用于将各个数据片段分别存储到预先建立的矩阵式存储空间中对应的元素位置上；其中，所述矩阵式存储空间的每一行代表一个通道，所述矩阵式存储空间的每一列代表在对各个数据通道的一次轮询采样过程中所采集到的各个数据片段；

在存储数据片段之前，可以获取内存空间对应的数据通道的数目和一帧数据包含的数据片段的数目，根据所述内存空间对应的数据通道的数目和一帧数据每通道包含的数据片段的数目将所述内存空间划为包括多个行和多个列的矩阵式存储空间。假设通道总数为N，一帧数据每通道包含的片段数目为K，可将内存空间划分为N×K的矩阵式存储空间，如图2所示。第i行代表具体通道i，第n列代表各通道在第n次轮询采样所采集到的数据片段D_i(n)，由此每个内存空间用M_in表示。可将获取的数据片段D_i(n)放到对应的M_in空间，直到存满整个空间F_l，其中l代表第l次存满该内存空间。

在存储数据片段时，可以将一次轮询采样过程中所采集到的数据片段存储到所述矩阵式存储空间中对应的元素位置上，并判断所述矩阵式存储空间是否存满；若未存满，向前级采集电路发送片段接收完成标志RF，该片段接收完成标志RF表示所述矩阵式存储空间已经接收完一列数据片段，且所述矩阵式存储空间还未存满，可以继续接收数据片段；若存满，将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区，并在接收到缓存区返回的缓存数据接收完成标志BRF之后，向前级采集电路发送片段接收完成标志RF；等待前级采集电路响应所述片段接收完成标志返回的片段存满标志TF，并在接收到所述片段存满标志TF之后，返回将一次轮询采样过程中所采集到的数据片段存储到所述矩阵式存储空间中对应的元素位置上的步骤。其中，缓存数据接收完成标志BRF表示缓存区完成对所述矩阵式存储空间发送的数据帧的接收过程。所述片段存满标志TF表示前级采集电路完成对一个数据片段的采样过程。

将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区时，若帧存满标志FRF和缓存区的空闲标志LF同时达到存满判断单元，表示描点器完成一次描点，且所述矩阵式存储空间存满一帧数据，将所述矩阵式存储空间中存储的数据片段发送至缓存区。其中，帧存满标志FRF表示所述矩阵式存储空间已经存满一个数据帧，无法再接收前级采集电路发送的数据片段。所述空闲标志LF表示描点器完成上一个数据帧的描点过程，缓存区可以接收当前存储在所述矩阵式存储空间中的数据帧。

在一个实施例中，为了使数据片段能够存储到所述矩阵式存储空间的对应元素位置上，可以在将数据片段的存储位置预先设置在数据片段的帧头中，帧头信息可以包括对应通道的标号和轮询到该通道的次数。存储时，可以提取所述数据片段的帧头信息，并根据所述标号和次数，将所述数据片段存储到所述矩阵式存储空间的对应元素位置上。

进一步地，在本步骤之前，系统刚启动时，可以向前级采集电路发送一个片段接收完成标志RF，将矩阵式存储空间内部的二级计数器清零，完成初始化操作。

恢复模块130，用于在所述矩阵式存储空间存满之后，分别对所述矩阵式存储空间中的各个数据片段进行描点，对应恢复出各个数据帧的数据波形。

所述帧头信息还可包括前级采集电路的采样率和前级采集电路相邻两次采样之间的相对时间间隔。根据所述采样率和相对时间间隔，可以确定每一数据片段描点的起始时间位置。具体地，可以根据所述相对时间间隔确定每一数据片段描点的起始时间位置；根据采样率确定描点时间间隔；并根据所述起始时间位置和描点时间间隔逐一描点显示各通道波形。数据片段的结构可如图3所示。

在描点完成后，缓存区可以向所述矩阵式存储空间返回空闲标志LF，表示当前描点过程已完成。

在一个实施例中，在描点时，还可以对恢复出的数据波形进行实时同步显示，从而可以更直观地展示数据恢复的结果，便于用户观察。

上述数据波形恢复方法和系统与前级采集电路采用一种完全异步握手的方式、可靠性高。相对于传统的方式，在恢复同样的时间波形时，明显节省系统资源开销。

如图5所示，本发明还提供一种数据波形恢复装置，可包括：

地址选择单元210、矩阵式存储空间220、第一计数器230、第二计数器240、存满判断单元250、数据提取单元260、描点器270、缓存区280；

所述地址选择单元210连接前级采集电路10，所述地址选择单元210、前级采集电路10、存满判断单元250、第一计数器230和缓存区280连接矩阵式存储空间220，所述第一计数器230、第二计数器240、缓存区280和前级采集电路10连接存满判断单元250，所述第一计数器230连接第二计数器240，所述缓存区280通过数据提取单元260连接描点器270。

在一个实施例中，所述地址选择单元210的输入端和矩阵式存储空间220的数据输入端分别连接前级采集电路10的数据输出端，所述地址选择单元210的输出端连接矩阵式存储空间220的选通输入端，所述前级采集电路10的使能输出端和存满判断单元250的使能输出端分别连接矩阵式存储空间220的使能输入端，所述矩阵式存储空间220的数据输出端连接缓存区280的数据输入端，所述矩阵式存储空间220的第一使能输出端连接第一计数器230的输入端，所述第一计数器230的进位输出端连接所述第二计数器240的输入端，所述第一计数器230的进位输出端、所述第二计数器240的输出端和缓存区280的第一使能输出端和第二使能输出端分别连接存满判断单元250的输入端，所述存满判断单元250的输出端分别连接缓存区280的使能输入端和前级采集电路10的使能输入端，所述缓存区280的数据输出端连接数据提取单元260的输入端，数据提取单元260的输出端连接描点器270的输入端。

其中，地址选择单元210可包括选通开关，可以从前级采集电路10输出的数据片段中提取地址信息，根据该地址信息将数据片段存入所述矩阵式存储空间的指定位置。地址选择单元210还可包括地址信息提取单元和译码器，地址信息提取单元可从前级采集电路发送的数据片段中提取行地址和列地址，译码器可以对该行地址和列地址进行译码，并将译码结果发送到地址选择单元210，由地址选择单元210根据译码后的地址信息选择相应地址的矩阵式存储空间。

矩阵式存储空间220可以由N×K个存储器构成，每个存储器的地址与数值数据片段对应。例如，存储空间M₂₍₂₎表示第2采集通道的第2次采集片段。矩阵式存储空间220每存储一个数据Di(n)，第一计数器230的计数值加1，当第一计数器230的计数值达到计数阈值时，即表示存满一个片段，计数溢出，此时第一计数器230可以向存满判断单元发送溢出标志C。第二计数器240可对第一计数器230的溢出次数进行计数，当第二计数器240的计数值达到计数阈值时，即存满溢出，表示一帧数据存完整了。两个计数器构成二级计数器。第二计数器240溢出时可向存满判断单元250发送帧存满标志FRF。

存满判断单元250可以包括两个状态选择器，第一状态选择器收到溢出标志C，若此时未收到第二计数器240发送的帧存满标志FRF，则判定存满一个片段，但未存满一个数据帧，并直接向前级采集电路发送片段接收完成标志RF；若所述状态选择器接收到帧存满标志FRF，则等待缓存数据接收完成信号BRF到达时，再向前级采集电路发送片段接收完成标志RF。

第二状态选择器收到第二计数器240发送的帧存满标志FRF，若收到缓存区280的空闲标志LF，则分别向缓存区280和矩阵式存储空间220发送帧存满标志FRF；否则等待缓存区280发送空闲标志LF，再分别向缓存区280和矩阵式存储空间发送帧存满判断标志FRF。

数据提取单元260可以包括帧头提取电路，可将帧头中携带的采样率及相邻两次采样之间的时间间隔等信息提取出来。

描点器270可采用通用电路，用于根据横纵坐标进行图像描点。

工作时，所述前级采集电路在完成一次轮询采样之后，向矩阵式存储空间发送片段存满标志TF，矩阵式存储空间在接收到片段存满标志TF，且存储位置被地址选择单元选中之后，写入对应的数据片段，所述第一计数器对矩阵式存储空间写入的数据片段的个数进行计数，所述第二计数器对第一计数器的溢出次数进行计数；当所述第一计数器溢出，且所述第二计数器未溢出时，存满判断单元向前级采集电路发送片段接收完成标志RF；当所述第二计数器溢出，且存满判断单元接收到缓存区回复的缓存数据接收完成标志BRF时，存满判断单元向前级采集电路发送片段接收完成标志RF；当所述第二计数器溢出，且存满判断单元接收到缓存区发送的空闲标志LF时，所述存满判断单元向矩阵式存储空间和缓存区发送帧存满标志FRF，矩阵式存储空间向缓存区发送一帧数据；缓存区接收完一帧数据帧后，向存满判断单元回复缓存数据接收完成标志BRF，并向数据提取单元发送所述数据帧，数据提取单元提取帧头信息，描点器根据所述帧头信息对所述数据帧进行描点，缓存区在描点完成后向矩阵式存储空间回复空闲标志LF。对应的信号流向如图6所示。

所述数据波形恢复方法的程序流图如图7所示。

上述数据波形恢复装置与前级采集电路采用一种完全异步握手的方式、可靠性高。相对于传统的方式，在恢复同样的时间波形时，明显节省系统资源开销。

如图8所示，在实际应用中，上述数据波形恢复装置可以与前级采集电路、前级模拟处理电路以及后续显示及处理电路配套使用，构成一套完整的数据恢复系统，该系统中，前级模拟处理电路、前级采集电路、数据波形恢复装置以及后续显示及处理电路可以依次连接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。