实现高分辨率采样的方法、装置及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种实现高分辨率采样的方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

现有大部分数字示波器采用垂直分辨率为8bit的高速模数转换器(adc，analog-to-digitalconverter)，其量化精度仅为满幅度的1/256，这在某些应用场景下很难满足要求。有一些中高端数字示波器采用较高垂直分辨率(如12bit)的高速adc，可提高量化精度，以12bit为例，量化精度可达到满幅度的1/4096，但成本又会相应增加。

如果可以使用较低垂直分辨率(如8bit)的adc，通过对其输出进行一定的数字信号处理，得到等效垂直分辨率较高(如12bit)的采样数据，就可以在不增加成本的同时，满足一定应用对示波器较高垂直分辨率的需求。

这种方法在现有部分数字示波器已有实现方案，其实现原理图如图1所示，主要原理为：对adc采样的每n点进行平均处理，得到高分辨率采样的点。

具体的，对n点数列{a1,a2,a3,...an}进行平均处理，其公式表达如下：

其中，aavg为平均处理的结果。

即，对adc采样的第1个点到第n个点进行平均处理，得到高分辨率采样的第1个点，对adc采样的第n+1个点到第2n个点进行平均处理，得到高分辨率采样的第2个点。

对adc采样数据进行平均后的结果能够达到更高的垂直精度，如1/256与2/256的2倍平均值为1.5/256＝3/512，即8bit垂直分辨率的数据经过2倍平均后得到9bit的计算结果。

另一方面，从adc数据的有效位数(enob)的定义来看，

其中snr为信噪比，单位为db(分贝)

这种平均方法对信号中叠加的随机噪声有抑制作用，因此，可改善信噪比(snr)。理论上每4倍平均可改善6db的snr，对应增加1bit的enob。

但是，上面所说的方法也具有以下缺陷：

1、每n个点进行平均得到1个采样点，这使得等效采样率降低为原始adc采样率的1/n。

2、基于第1点原因，平均后的等效采样率与原始adc采样率不一致，采样后的后续的一系列处理环节如插值、显示等都需要进行参数及设置上的调整，这不利于后续模块的可重用性，增加了数字示波器的设计难度和复杂度。

以内插模块来说，假设一台示波器的水平格数为10格，水平波形的显示像素为1000点，那么在1ns/格的水平档位下，采样率为1gsa/s时，屏幕上的原始点为10点，需要对原始点进行100倍内插处理才能获得正常的波形线显示。如果此时对原始点进行4点平均处理，则处理后的等效采样率由1gsa/s变为250msa/s，此时，屏幕上的原始点将变为2.5，则需要对原始点进行400倍内插处理才能获得正常的波形线显示。可见，内插模块的内插倍数在平均处理前后发生了变化，这增加了示波器设计的难度和复杂度。

技术实现要素：

为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，本发明实施例期望提供一种实现高分辨率采样的方法、装置及计算机可读存储介质。

本发明实施例提供了一种实现高分辨率采样的方法，所述方法包括：

获取adc数据；

按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据。

上述方案中，所述按照滑动平均算法对adc数据进行处理，包括：

对组成所述adc数据的l项序列进行n点滑动平均处理，得到多个n点滑动平均值，所述采样数据即为由所述多个n点滑动平均值组成的序列，其中，n为正整数。

上述方案中，所述多个n点滑动平均值通过以下方式确定：

所述多个n点滑动平均值的第一项是所述l项序列的第一项至第n项的和除以n的值；

所述多个n点滑动平均值的第二项是所述l项序列的第二项至第n+1项的和除以n的值；

以此类推，所述多个n点滑动平均值的最后一项是所述l项序列的第(l-n+1)项至第l项的和除以n的值。

上述方案中，所述生成采样数据之后，所述方法还包括：

对所述采样数据进行数字信号处理后输出至显示屏进行显示。

本发明实施例提供了一种实现高分辨率采样的装置，所述装置，包括：获取模块和滑动平均处理模块；其中，

所述获取模块，用于获取adc数据；

所述处理模块，用于按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据。

上述方案中，所述滑动平均处理模块，用于通过以下方式对adc数据进行处理：

对组成所述adc数据的l项序列进行n点滑动平均处理，得到多个n点滑动平均值，所述采样数据即为由所述多个n点滑动平均值组成的序列，其中，n为正整数。

上述方案中，所述多个n点滑动平均值通过以下方式确定：

所述多个n点滑动平均值的第一项是所述l项序列的第一项至第n项的和除以n的值；

所述多个n点滑动平均值的第二项是所述l项序列的第二项至第n+1项的和除以n的值；

以此类推，所述多个n点滑动平均值的最后一项是所述l项序列的第(l-n+1)项至第l项的和除以n的值。

上述方案中，所述装置还包括：数字信号处理模块和输出模块；其中，

所述数字信号处理模块，用于对所述采样数据进行数字信号处理；

所述输出模块，用于将数字信号处理后的数据输出至显示屏进行显示。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上述实现高分辨率采样的方法。

与现有技术相比，本发明实施例至少具备以下优点：

根据本发明实施例提供的实现高分辨率采样的方法，按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据，能够在不改变adc数据的原始采样率的情况下实现高分辨率采样，而后续处理环节，如插值、显示等均不需要再对相应模块进行调整，有利于后续模块的可重用性，降低了数字示波器的设计难度和复杂度。

附图说明

图1为现有技术中高分辨率采样的实现原理图；

图2为本发明实现高分辨率采样的方法在一种实施方式中的处理流程图；

图3为本发明滑动平均处理方法的计算原理图；

图4为本发明实现高分辨率采样的方法的实现原理图；

图5为本发明实现高分辨率采样的方法在第二种实施方式中的处理流程图；

图6为本发明实现高分辨率采样的装置在一种实施方式中的基本结构图；

图7为本发明实现高分辨率采样的装置在第二种实施方式中的处理流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图2，本发明实施例一提供了一种实现高分辨率采样的方法，所述方法包括：

步骤201、获取adc数据；

具体的，所述adc数据即为adc采样得到的数据。

步骤202、按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据。

这一步骤中，所述按照滑动平均算法对adc数据进行处理，包括：

对组成所述adc数据的l项序列进行n点滑动平均处理，得到多个n点滑动平均值，所述采样数据即为由所述多个n点滑动平均值组成的序列。

其中，n可以根据实际需要设置为任意正整数。

优选地，可以将n设置为2的正整数次幂；一般，每2倍滑动平均可以改善1bit垂直精度，每4倍滑动平均可以改善1bitenob，因此可以将n取为2的正整数次幂；n的取值可以根据需要改善的目标来设定，比如：需要改善enob2bit，则n取4*4＝16倍。n取值越大，则滑动平均次数越多，对信号中的随机噪声改善越明显。

具体的，所述多个n点滑动平均值通过以下方式确定：

所述多个n点滑动平均值的第一项是所述l项序列的第一项至第n项的和除以n的值；

所述多个n点滑动平均值的第二项是所述l项序列的第二项至第n+1项的和除以n的值；

以此类推，所述多个n点滑动平均值的最后一项是所述l项序列的第(l-n+1)项至第l项的和除以n的值。

具体的，l和n均为正整数。

下面对滑动平均处理方法进行详细介绍。

对一l项序列进行n点的滑动平均处理，则可以得到多个n点的滑动平均值，这些n点的滑动平均值是从所述l项序列中计算出的多个连续n项序列的平均值。其计算原理如图3所示，其中，所述多个n点滑动平均值的第1项是所述l项序列的第1项至n项之和除以n的结果b1；所述多个n点滑动平均值的第2项是所述l项序列的第2项至第n+1项之和除以n的结果b2；......以此类推，得到多个n点滑动平均值组成的序列b。

根据图3，序列b中多个滑动平均值的计算结果如下：

从图3可以看出，多个n点滑动平均值组成的序列b的各元素间的时间间隔与原序列a一致，因此，滑动平均前后相对于原始的l项序列来说数据采样率并没有任何改变。

本发明实施例所提供的实现高分辨率采样的方法的实现原理图如图4所示。使用滑动平均的方法对adc数据进行处理，在平均倍数n相等的前提下，获得的高分辨率采样数据和现有技术获得结果，在垂直分辨率和enob的改善程度具备相同的效果。

上述方案中，参照图5，所述生成采样数据之后，所述方法还包括：

步骤203、对所述采样数据进行数字信号处理后输出至显示屏进行显示。

综上，根据本发明实施例提供的实现高分辨率采样的方法，按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据。基于该方法，能够在不改变adc数据的原始采样率的情况下实现高分辨率采样，而后续处理环节，如插值、显示等均不需要再对相应模块进行调整，有利于后续模块的可重用性，降低了数字示波器的设计难度和复杂度。

实施例二

参照图6，示出了本发明一种实现高分辨率采样的装置的结构框图，该装置包括：获取模块61和滑动平均处理模块62；其中，

所述获取模块61，用于获取adc数据；

所述处理模块62，用于按照滑动平均算法对所述adc数据进行处理后生成采样数据。

上述方案中，所述滑动平均处理模块62，用于通过以下方式对adc数据进行处理：

对组成所述adc数据的l项序列进行n点滑动平均处理，得到多个n点滑动平均值，所述采样数据即为由所述多个n点滑动平均值组成的序列，其中，n为正整数。优选地，可以将n设置为2的正整数次幂。

上述方案中，所述多个n点滑动平均值通过以下方式确定：

所述多个n点滑动平均值的第一项是所述l项序列的第一项至第n项的和除以n的值；

所述多个n点滑动平均值的第二项是所述l项序列的第二项至第n+1项的和除以n的值；

以此类推，所述多个n点滑动平均值的最后一项是所述l项序列的第(l-n+1)项至第l项的和除以n的值。

在本发明的一种可选实施方式中，参照图7，所述装置还包括：数字信号处理模块63和输出模块64；其中，

所述数字信号处理模块63，用于对所述采样数据进行数字信号处理；

所述输出模块64，用于将数字信号处理后的数据输出至显示屏进行显示。

在具体实施过程中，上述获取模块61、滑动平均处理模块62、数字信号处理模块63和输出模块64均可以由数字示波器内的中央处理器(cpu，centralprocessingunit)、微处理器(mpu，microprocessingunit)、数字信号处理器(dsp，digitalsignalprocessor)或可编程逻辑阵列(fpga，field－programmablegatearray)来实现。

实施例三

本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上述实施例一所述的实现高分辨率采样的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种实现高分辨率采样的方法和装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。