專利名稱：一種基于uvc傳輸協議的數字儀器及其使用方法
技術領域：
本發明屬于電變量等信號檢測儀器，具體涉及一種利用電腦或掌上電腦作為顯示器的基于 UVC傳輸協議的數字儀器，該儀器可用于電路中各類電變量的測量。
背景技術：
隨著數字電子技術的發展，利用數字技術的測量儀器蓬勃發展。在數字儀器中，有一類儀
器以個人計算機(PC)為基礎，在PC上添加探測頭和處理電路等附件組成。它們將被測量 的信號利用PC機的接口，如PCI、 USB、打印口、串口等等輸入到PC機中，然后利用PC 系統進行處理、顯示和存儲。這類儀器被稱作基于PC的數字儀器。PC接口中應用最廣泛的 是USB，因此許多儀器以PC的USB 口作為傳輸接口。本發明的技術領域針對的是這一類數 字儀器。
目前數字儀器的各個廠商生產的USB數字儀器均使用自行開發的USB傳輸協議，這是因 為數字儀器本身采集到的數據都不是可視化的，并不產生視頻數據。如邏輯分析儀產生測量 輸入信號的邏輯值，而數字示波器定時檢測輸入信號的電平。與電腦相連時，通常各廠商會 制訂自有的USB傳輸協議，將數據通過USB傳輸到電腦端后，再利用特定的應用程序處理后 顯示出來。在使用這類數字儀器時需要安裝復雜的軟件和驅動，進行培訓。
UVC標準由USB實現論壇(USB Implementer，s Forum)中的USB設備工作組(USB Device Working Group)制訂，它定義了視頻圖像的傳輸標準，包括數據傳輸的類型、格式以及 控制命令等規范，使得遵循UVC協議的設備可以和電腦進行標準化的視頻數據的傳輸[l]。
UVC標準所針對的對象是發送或接收視頻的USB設備，它支持多種視頻數據格式，如
a. Un畫pressed (YUY2, NV12)
b. MJPEG
c. MPEGl-SS, MPEG2-TS, MPEG2陽PS, MPEG4-SL
d. DV
符合UVC標準的USB視頻設備由若干個可尋址的終端(Terminal)和單元(Unit)構成。終 端是視頻流的發出點或接收點，如
a. CCD或CMOS傳感器，TV, USB端點，等等 單元是視頻數據路由或被處理的部分，如
b. 用于壓縮或解壓縮的DSP，控制模塊，等等
UVC標準已經在消費電子中得到廣泛的應用，如UVC標準的USB攝像頭、電視盒，等等。
綜上所述，實有必要設計一種新的采用UVC接口的數字儀器及其使用方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是:提供一種基于UVC傳輸協議的USB數字儀器，使用UVC 協議通過USB傳輸轉換后的視頻流，替代了各儀器廠商自行制訂的USB傳輸協議。 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案
一種基于UVC傳輸協議的USB數字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉換接口 模塊及顯示模塊，其特征在于所述轉換接口模塊至少包括
測試數據處理模塊，用于對測量結果進行模數轉換及格式化； 測試數據存儲模塊，用于暫存測量結果；
USB UVC控制模塊，用于構建符合UVC傳輸協議的USB數字儀器； USB UVC傳輸模塊，用于控制測試數據轉化為UVC視頻數據并輸出。 作為本發明的優選方案之一，所述USB UVC傳輸模塊包括依次連接的數字視頻轉換模 塊、SRAM幀數據存儲模塊及USB UVC設備控制器。
另外，本發明還提供一種采用UVC接口的數字儀器的使用方法，該使用方法包括以下步
驟
步驟一，利用測試模塊獲取測試數據；
步驟二，利用轉換接口模塊將測試部分的數據轉化為符合UVC格式的數字圖像，并按照 USB UVC格式傳輸到顯示模塊。
步驟三，利用顯示模塊顯示測試出的結果； 作為本發明的優選方案之一，所述步驟二包括以下步驟
A. 利用數字視頻轉換模塊將從測試模塊采集到的測量數據轉換為視頻數據；
B. 將上述視頻數據存儲在SRAM幀數據存儲模塊中；
C. 利用USB UVC設備控制器按照UVC的標準格式化SRAM幀數據存儲模塊中的數據， 從USB端口發送出去。
作為本發明的優選方案之一，所述A步驟中例化出的測量點信息。 作為本發明的優選方案之一，所述A步驟中例化出的網格信息。 作為本發明的優選方案之一，所述A步驟中例化出的文字信息。
作為本發明的優選方案之一，所述B步驟包括測量點信息附加在所述視頻數據上一同被 存儲。作為本發明的優選方案之一，所述B步驟包括網格信息附加在所述視頻數據上一同被存儲。
作為本發明的優選方案之一，所述B步驟包括文字信息附加在所述視頻數據上一同被存儲。
與現有技術相比，本發明的優點在于-
與普通的非USB數字儀器相比，由于電腦普及度高，使用USB接口可以省略數字儀器的 顯示部分而直接利用電腦或掌上電腦顯示，成本低，體積小，應用方便。 與普通的USB數字儀器比
1) 免驅動，兼容性好。MICROSOFT WINDOWS XP SP2以及VISTA以上操作系統中均 支持UVC協議，未來在LINUX、 MAC以及掌上電腦系統中都將支持UVC。只要是 支持UVC的電腦都可以直接作為該發明的顯示器使用。
2) UVC的性能出眾。UVC可以以30幀/秒的速度傳遞VGA大小的活動圖像，可以支持 各種圖像格式，支持音頻的擴展，支持第三方的擴展功能。
3) 由于UVC標準是由USB組織制訂并公開，而且該標準已經在大量的基于UVC的消 費電子(如攝像頭，電視盒)中得到驗證，所以本發明的可靠性和兼容性比其他廠商 的專有傳輸協議更好。
圖l是本發明的一個實施例示意圖，其中，測試結果通過筆記本電腦顯示；
圖2是本發明的另一個實施例示意圖，其中，測試結果通過掌上電腦顯示；
圖3是本發明系統結構框圖4是本發明轉換接口模塊示意圖5數字儀器數據轉換成硬件虛擬內部圖像示意圖6是在電腦上察看測試結果示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明技術方案的實施作進一歩的詳細描述
本發明將UVC標準實施在基于電腦的數字儀器上，如示波器、邏輯分析儀、數字萬用表 等。這種采用UVC接口的數字儀器由三部分構成
測試模塊l，包括測試探頭及相關的模塊，用于獲取測試數據。
轉換接口模塊2，用于將測試部分的數據轉化為符合UVC格式的數字圖像，并按照USB
6UVC格式傳輸到電腦或掌上電腦。
顯示部分3，電腦或掌上電腦。利用電腦或掌上電腦顯示測試出的結果。 其中轉換接口模塊2工作流程由以下步驟構成
(1) 數字視頻數據轉換。從數字儀器前端采集到的數據用硬件轉換為內部圖像。
A. 首先，按照PC設定UVC接口輸出的圖像尺寸定義出同樣大小的內部虛擬圖像寬高 參數；
B. UVC圖像輸出的掃描順序是從左上坐標開始，按照第一行左側第一個點到右側最后 一個點，然后第二行重復...到最后一行的順序進行掃描。按照該規則構造兩個循環 第一個循環用于內部一行中點從左到右進行循環，第二個循環嵌套在第一個循環之 上，用于縱向第一行到最后一行的循環。兩個循環的循環頻率與UVC設定的行刷新 速度和列刷新速度保持一致。
C. 判斷上述兩重循環點的位置屬性，其中內層循環點對應X軸坐標，外層循環對應Y 軸坐標
a. 如果是網格位置，輸出網格的顏色；
b. 如果是文字/刻度位置，輸出文字/刻度的顏色； 如果是測試部分1得到數據對應的位置，輸出測量點的顏色； C.上述條件都不符合，輸出背景顏色。
D. 當最外層循環結束后， 一幀圖像的視頻數據輸出完畢，兩層循環歸0，按照UVC設 定的幀速率開始下次循環。
(2) SRAM幀數據存儲模塊。將(1)生成的圖像流存儲在SRAM幀數據存儲模塊中。在 存儲中，從歩驟(1)循環中例化出的測量點、網格、文字等信息，可以被一一存儲。
(3) USBUVC設備控制器。用于按照UVC的標準格式化SRAM幀數據存儲模塊中的數據。 UVC標準要求每幀圖像在傳輸時附加包含圖像生成時間，速率，幀信息的幀頭。按照 該要求將各個參數綜合成幀頭，添加在圖像開始位置，與圖像一起從USB端口發送出 去。在PC或PDA上，步驟(1)中生成的圖像在電腦或掌上電腦的系統軟件中顯示出 來，供用戶察看。利用UVC協議對應的系統功能，用戶可以將單幅圖像或連續的錄像 存儲在計算機上，進一步分析處理這些數據。
本發明中UVC傳輸的是硬件在內部模擬視頻掃描而產生的虛擬圖像，而不再是真實的視 頻流，突破了原有的UVC傳輸協議的應用范疇。UVC協議在電腦上直觀顯示，達到了本發明的目的。
具體的，結合圖3和圖4就如何實現測試數據的傳輸、存儲和顯示作進一步的說明。 下面介紹整個系統的工作流程。
如圖3和圖4所示，首先從測試端獲取分析用的采樣數據。為了配合視頻的工作速度， 在一幀圖像的單位時間內進行采樣，采集到的數據按采樣時間先后順序送進測試數據存儲模 塊，供后繼的USB UVC處理模塊進行釆樣一視頻數據轉換。
這里以數字示波器為例。假定從數字儀器前端采集到的數據為
d(l)=0.841， d(2) = 0，， d(3) = 0.141， d(4) = -0.756， d(5) = -0.958， d(6)=-0.279......
括號中的下標表示采樣數據的順序。數值為A/D量化的數據。數據量和精度由數字儀器 的設定決定。
在USB UVC轉換模塊中，保存著UVC虛擬圖像的參數，以及數字示波器的當前設定， 如X軸單位精度與顯示范圍，Y軸單位精度與顯示范圍等。
按照X軸的單位精度與顯示范圍，按顯示范圍選取并按精度從測試數據存儲模塊抽取出 需要的數據塊。當顯示精度與存儲精度不一致時，做合適的逼近或抽樣算法使得最終送進USB UVC轉換模塊的精度一致。然后將數據按照X軸，Y軸單位精度轉化為象素坐標。
在USBUVC模塊中，構造兩個循環分別用于虛擬圖像的行掃描和列掃描。其中行掃描嵌 套在列掃描內。行掃描是當前行從左至右丌始，列掃描是每幀的第一行開始到最后一行結束。
掃描的當前點對下列信息進行匹配檢査
a. 是否是坐標軸網格點；
b. 是否是數字、字母等文字標識點；
c. 是否存在檢測數據與之匹配。
例如上述d(l)-0.841，假設X軸精度為l: 1，起點是O， Y軸精度為l: 100，經過轉化 后為虛擬圖像中坐標點(Y=84,X=1)點。當行列掃描到點(Y=84， X=l)時，檢測到該點為 檢測數據匹配點。
遇到上述各個條件成立時，將對應點例化為相應設定的顏色值。不符合任何條件的，例化 為背景色。用硬件轉換為內部圖像后如圖5所示。
這些象素按照UVC標準的要求轉化為UVC支持的象素格式，輸出到UVC幀存儲器中進 行存儲。上述過程中例化出的網格、文字等信息與檢測數據構成一幅完整的圖像被存儲。例 如，將圖5所示圖像存儲在視頻緩沖中。
系統同時根據當前參數和運行狀態生成UVC格式的幀頭。UVC幀頭包含數據量，生成時間，系統時間等信息。將該幀頭附加在幀數據的前端，構成了完整的符合UVC格式的幀數據 包。當USB UVC控制部分接收電腦端發來的命令，就按照USB UVC的標準將數據從USB 總線傳輸到電腦，進行顯示。因為無需驅動，所以可以直接在Windows的"我的電腦"中察看 結果，如示意圖6所示。
如同USB鍵盤、USB鼠標一樣，USB組織定義了 UVC設備的描述符和控制方法，如果 要使用UVC視頻格式進行傳輸，USB設備必須符合該定義。
符合UVC協議的USB設備至少由2個端點(EP)構成。其中EPO實現了控制端點，EP1 實現了數據傳輸。
在EP0中實現了
1) USB枚舉控制。
2) 基本的USB描述符，如device descriptor
3) UVC描述符。
4) UVC的控制。
在EP1中實現了視頻數據向主機的傳輸。
在UVC的描述符中定義了 UVC的基本組件。其中包括
1) ENDPOINT的描述。
2) Output Terminal描述。Output Terminal被映射到輸出視頻流上。
3) Video Streaming描述。格式，大小，速率等定義。 當該USB設備被連接到USB主機上，主機系統枚舉該設備，設備將符合UVC協議的描
述符傳輸到主機端。主機端啟動相應的UVC系統驅動，初始化各個UVC參數。這些UVC參 數被映射為相應的視頻流控制參數。
當主機端啟動包含UVC視頻窗口的程序，如"我的電腦"，主機端啟動EPl開始傳輸視頻 流。USB設備接收到指令后啟動視頻傳輸模塊，開始工作。
以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。任何不脫離本發明精神和范圍的技 術方案均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種基于UVC傳輸協議的USB數字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉換接口模塊及顯示模塊，其特征在于所述轉換接口模塊至少包括測試數據處理模塊，用于對測量結果進行模數轉換及格式化；測試數據存儲模塊，用于暫存測量結果；USB UVC控制模塊，用于構建符合UVC傳輸協議的USB數字儀器；USB UVC傳輸模塊，用于控制測試數據轉化為UVC視頻數據并輸出。
2. 如權利要求1所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器，其特征在于所述USB UVC傳輸模塊包括依次連接的數字視頻轉換模塊、SRAM幀數據存儲模塊及USB UVC設備控制巡益。
3. —種如權利要求2所述的數字儀器的使用方法，其特征在于，該使用方法包括以下步驟步驟一，利用測試模塊獲取測試數據；步驟二，利用轉換接口模塊將測試部分的數據轉化為符合UVC格式的數字圖像，并按照USB UVC格式傳輸到顯示模塊。歩驟三，利用顯示模塊顯示測試出的結果；
4. 一種如權利要求3所述的使用方法，其特征在于所述歩驟一包括以下步驟A. 利用數字視頻轉換模塊將從測試模塊采集到的測量數據轉換為視頻數據；B. 將上述視頻數據存儲在SRAM幀數據存儲模塊中；C. 利用USB UVC設備控制器按照UVC的標準格式化SRAM幀數據存儲模塊中的數據，從USB端U發送出去。
5. 如權利要求4所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述A步驟中例化出的測量點信息。
6. 如權利要求4所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述A歩驟中例化出的網格信息。
7. 如權利要求4所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述A步驟中例化出的文字信息。
8. 如權利要求5所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述B步驟包括測量點信息附加在所述視頻數據上一同被存儲。
9. 如權利要求6所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述B步驟包括網格信息附加在所述視頻數據上一同被存儲。
10. 如權利要求7所述的基于UVC傳輸協議的USB數字儀器的使用方法，其特征在于所述B步驟包括文字信息附加在所述視頻數據上一同被存儲。
全文摘要
本發明揭示了一種基于UVC傳輸協議的USB數字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉換接口模塊及顯示模塊。其中，所述轉換接口模塊至少包括測試數據處理模塊、測試數據存儲模塊、USB UVC控制模塊及USB UVC傳輸模塊。本發明使用USB接口可以省略數字儀器的顯示部分而直接利用電腦或掌上電腦顯示，成本低、體積小、應用方便。
文檔編號G01R31/00GK101634677SQ20081013378
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者韌 李 申請人:芯原股份有限公司;芯原微電子(上海)有限公司