專利名稱：一種基于uvc傳輸協(xié)議的數(shù)字儀器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xié)議的數(shù)字儀器，該儀器可用于電路中各類電變量的測量。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)字技術(shù)的測量儀器蓬勃發(fā)展。在數(shù)字儀器中，有一類儀
器以個人計算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，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(jī)的接口，如PCI、 USB、打印口、串口等等輸入到PC機(jī)中，然后利用PC 系統(tǒng)進(jìn)行處理、顯示和存儲。這類儀器被稱作基于PC的數(shù)字儀器。PC接口中應(yīng)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(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域針對的是這一類數(shù) 字儀器。
目前數(shù)字儀器的各個廠商生產(chǎn)的USB數(shù)字儀器均使用自行開發(fā)的USB傳輸協(xié)議，這是因 為數(shù)字儀器本身采集到的數(shù)據(jù)都不是可視化的，并不產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)。如邏輯分析儀產(chǎn)生測量 輸入信號的邏輯值，而數(shù)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(xié)議，將數(shù)據(jù)通過USB傳輸?shù)诫娔X端后，再利用特定的應(yīng)用程序處理后 顯示出來。在使用這類數(shù)字儀器時需要安裝復(fù)雜的軟件和驅(qū)動，進(jìn)行培訓(xùn)。
UVC標(biāo)準(zhǔn)由USB實現(xiàn)論壇(USB Implementer，s Forum)中的USB設(shè)備工作組(USB Device Working Group)制訂，它定義了視頻圖像的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋?、格式以?控制命令等規(guī)范，使得遵循UVC協(xié)議的設(shè)備可以和電腦進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的視頻數(shù)據(jù)的傳輸[l]。
UVC標(biāo)準(zhǔn)所針對的對象是發(fā)送或接收視頻的USB設(shè)備，它支持多種視頻數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)的USB視頻設(shè)備由若干個可尋址的終端(Terminal)和單元(Unit)構(gòu)成。終 端是視頻流的發(fā)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(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在消費電子中得到廣泛的應(yīng)用，如UVC標(biāo)準(zhǔn)的USB攝像頭、電視盒，等等。
綜上所述，實有必要設(shè)計一種新的采用UVC接口的數(shù)字儀器及其使用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器，使用UVC 協(xié)議通過USB傳輸轉(zhuǎn)換后的視頻流，替代了各儀器廠商自行制訂的USB傳輸協(xié)議。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉(zhuǎn)換接口 模塊及顯示模塊，其特征在于所述轉(zhuǎn)換接口模塊至少包括
測試數(shù)據(jù)處理模塊，用于對測量結(jié)果進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及格式化； 測試數(shù)據(jù)存儲模塊，用于暫存測量結(jié)果；
USB UVC控制模塊，用于構(gòu)建符合UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器； USB UVC傳輸模塊，用于控制測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為UVC視頻數(shù)據(jù)并輸出。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述USB UVC傳輸模塊包括依次連接的數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換模 塊、SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊及USB UVC設(shè)備控制器。
另外，本發(fā)明還提供一種采用UVC接口的數(shù)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(shù)據(jù)；
步驟二，利用轉(zhuǎn)換接口模塊將測試部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合UVC格式的數(shù)字圖像，并按照 USB UVC格式傳輸?shù)斤@示模塊。
步驟三，利用顯示模塊顯示測試出的結(jié)果； 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述步驟二包括以下步驟
A. 利用數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換模塊將從測試模塊采集到的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻數(shù)據(jù)；
B. 將上述視頻數(shù)據(jù)存儲在SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中；
C. 利用USB UVC設(shè)備控制器按照UVC的標(biāo)準(zhǔn)格式化SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)， 從USB端口發(fā)送出去。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述A步驟中例化出的測量點信息。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述A步驟中例化出的網(wǎng)格信息。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述A步驟中例化出的文字信息。
作為本發(fā)明的優(yōu)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(shù)據(jù)上一同被 存儲。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述B步驟包括網(wǎng)格信息附加在所述視頻數(shù)據(jù)上一同被存儲。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述B步驟包括文字信息附加在所述視頻數(shù)據(jù)上一同被存儲。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于-
與普通的非USB數(shù)字儀器相比，由于電腦普及度高，使用USB接口可以省略數(shù)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(yīng)用方便。 與普通的USB數(shù)字儀器比
1) 免驅(qū)動，兼容性好。MICROSOFT WINDOWS XP SP2以及VISTA以上操作系統(tǒng)中均 支持UVC協(xié)議，未來在LINUX、 MAC以及掌上電腦系統(tǒng)中都將支持UVC。只要是 支持UVC的電腦都可以直接作為該發(fā)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(kuò)展，支持第三方的擴(kuò)展功能。
3) 由于UVC標(biāo)準(zhǔn)是由USB組織制訂并公開，而且該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)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(fā)明的可靠性和兼容性比其他廠商 的專有傳輸協(xié)議更好。


圖l是本發(fā)明的一個實施例示意圖，其中，測試結(jié)果通過筆記本電腦顯示；
圖2是本發(fā)明的另一個實施例示意圖，其中，測試結(jié)果通過掌上電腦顯示；
圖3是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4是本發(fā)明轉(zhuǎn)換接口模塊示意圖5數(shù)字儀器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成硬件虛擬內(nèi)部圖像示意圖6是在電腦上察看測試結(jié)果示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施作進(jìn)一歩的詳細(xì)描述
本發(fā)明將UVC標(biāo)準(zhǔn)實施在基于電腦的數(shù)字儀器上，如示波器、邏輯分析儀、數(shù)字萬用表 等。這種采用UVC接口的數(shù)字儀器由三部分構(gòu)成
測試模塊l，包括測試探頭及相關(guān)的模塊，用于獲取測試數(shù)據(jù)。
轉(zhuǎn)換接口模塊2，用于將測試部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合UVC格式的數(shù)字圖像，并按照USB
6UVC格式傳輸?shù)诫娔X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(jié)果。 其中轉(zhuǎn)換接口模塊2工作流程由以下步驟構(gòu)成
(1) 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。從數(shù)字儀器前端采集到的數(shù)據(jù)用硬件轉(zhuǎn)換為內(nèi)部圖像。
A. 首先，按照PC設(shè)定UVC接口輸出的圖像尺寸定義出同樣大小的內(nèi)部虛擬圖像寬高 參數(shù)；
B. UVC圖像輸出的掃描順序是從左上坐標(biāo)開始，按照第一行左側(cè)第一個點到右側(cè)最后 一個點，然后第二行重復(fù)...到最后一行的順序進(jìn)行掃描。按照該規(guī)則構(gòu)造兩個循環(huán) 第一個循環(huán)用于內(nèi)部一行中點從左到右進(jìn)行循環(huán)，第二個循環(huán)嵌套在第一個循環(huán)之 上，用于縱向第一行到最后一行的循環(huán)。兩個循環(huán)的循環(huán)頻率與UVC設(shè)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(huán)點的位置屬性，其中內(nèi)層循環(huán)點對應(yīng)X軸坐標(biāo)，外層循環(huán)對應(yīng)Y 軸坐標(biāo)
a. 如果是網(wǎng)格位置，輸出網(wǎng)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(shù)據(jù)對應(yīng)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(dāng)最外層循環(huán)結(jié)束后， 一幀圖像的視頻數(shù)據(jù)輸出完畢，兩層循環(huán)歸0，按照UVC設(shè) 定的幀速率開始下次循環(huán)。
(2) SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊。將(1)生成的圖像流存儲在SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中。在 存儲中，從歩驟(1)循環(huán)中例化出的測量點、網(wǎng)格、文字等信息，可以被一一存儲。
(3) USBUVC設(shè)備控制器。用于按照UVC的標(biāo)準(zhǔn)格式化SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)。 UVC標(biāo)準(zhǔn)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(shù)綜合成幀頭，添加在圖像開始位置，與圖像一起從USB端口發(fā)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(tǒng)軟件中顯示出 來，供用戶察看。利用UVC協(xié)議對應(yīng)的系統(tǒng)功能，用戶可以將單幅圖像或連續(xù)的錄像 存儲在計算機(jī)上，進(jìn)一步分析處理這些數(shù)據(jù)。
本發(fā)明中UVC傳輸?shù)氖怯布趦?nèi)部模擬視頻掃描而產(chǎn)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(xié)議的應(yīng)用范疇。UVC協(xié)議在電腦上直觀顯示，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
具體的，結(jié)合圖3和圖4就如何實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和顯示作進(jìn)一步的說明。 下面介紹整個系統(tǒng)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(shù)據(jù)。為了配合視頻的工作速度， 在一幀圖像的單位時間內(nèi)進(jìn)行采樣，采集到的數(shù)據(jù)按采樣時間先后順序送進(jìn)測試數(shù)據(jù)存儲模 塊，供后繼的USB UVC處理模塊進(jìn)行釆樣一視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
這里以數(shù)字示波器為例。假定從數(shù)字儀器前端采集到的數(shù)據(jù)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(biāo)表示采樣數(shù)據(jù)的順序。數(shù)值為A/D量化的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量和精度由數(shù)字儀器 的設(shè)定決定。
在USB UVC轉(zhuǎn)換模塊中，保存著UVC虛擬圖像的參數(shù)，以及數(shù)字示波器的當(dāng)前設(shè)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(shù)據(jù)存儲模塊抽取出 需要的數(shù)據(jù)塊。當(dāng)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(jìn)USB UVC轉(zhuǎn)換模塊的精度一致。然后將數(shù)據(jù)按照X軸，Y軸單位精度轉(zhuǎn)化為象素坐標(biāo)。
在USBUVC模塊中，構(gòu)造兩個循環(huán)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(nèi)。行掃描是當(dāng)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(jié)束。
掃描的當(dāng)前點對下列信息進(jìn)行匹配檢査
a. 是否是坐標(biāo)軸網(wǎng)格點；
b. 是否是數(shù)字、字母等文字標(biāo)識點；
c. 是否存在檢測數(shù)據(jù)與之匹配。
例如上述d(l)-0.841，假設(shè)X軸精度為l: 1，起點是O， Y軸精度為l: 100，經(jīng)過轉(zhuǎn)化 后為虛擬圖像中坐標(biāo)點(Y=84,X=1)點。當(dāng)行列掃描到點(Y=84， X=l)時，檢測到該點為 檢測數(shù)據(jù)匹配點。
遇到上述各個條件成立時，將對應(yīng)點例化為相應(yīng)設(shè)定的顏色值。不符合任何條件的，例化 為背景色。用硬件轉(zhuǎn)換為內(nèi)部圖像后如圖5所示。
這些象素按照UVC標(biāo)準(zhǔn)的要求轉(zhuǎn)化為UVC支持的象素格式，輸出到UVC幀存儲器中進(jìn) 行存儲。上述過程中例化出的網(wǎng)格、文字等信息與檢測數(shù)據(jù)構(gòu)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(tǒng)同時根據(jù)當(dāng)前參數(shù)和運行狀態(tài)生成UVC格式的幀頭。UVC幀頭包含數(shù)據(jù)量，生成時間，系統(tǒng)時間等信息。將該幀頭附加在幀數(shù)據(jù)的前端，構(gòu)成了完整的符合UVC格式的幀數(shù)據(jù) 包。當(dāng)USB UVC控制部分接收電腦端發(fā)來的命令，就按照USB UVC的標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)從USB 總線傳輸?shù)诫娔X，進(jìn)行顯示。因為無需驅(qū)動，所以可以直接在Windows的"我的電腦"中察看 結(jié)果，如示意圖6所示。
如同USB鍵盤、USB鼠標(biāo)一樣，USB組織定義了 UVC設(shè)備的描述符和控制方法，如果 要使用UVC視頻格式進(jìn)行傳輸，USB設(shè)備必須符合該定義。
符合UVC協(xié)議的USB設(shè)備至少由2個端點(EP)構(gòu)成。其中EPO實現(xiàn)了控制端點，EP1 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸。
在EP0中實現(xiàn)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(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)向主機(jī)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(dāng)該USB設(shè)備被連接到USB主機(jī)上，主機(jī)系統(tǒng)枚舉該設(shè)備，設(shè)備將符合UVC協(xié)議的描
述符傳輸?shù)街鳈C(jī)端。主機(jī)端啟動相應(yīng)的UVC系統(tǒng)驅(qū)動，初始化各個UVC參數(shù)。這些UVC參 數(shù)被映射為相應(yīng)的視頻流控制參數(shù)。
當(dāng)主機(jī)端啟動包含UVC視頻窗口的程序，如"我的電腦"，主機(jī)端啟動EPl開始傳輸視頻 流。USB設(shè)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(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技 術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉(zhuǎn)換接口模塊及顯示模塊，其特征在于所述轉(zhuǎn)換接口模塊至少包括測試數(shù)據(jù)處理模塊，用于對測量結(jié)果進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及格式化；測試數(shù)據(jù)存儲模塊，用于暫存測量結(jié)果；USB UVC控制模塊，用于構(gòu)建符合UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器；USB UVC傳輸模塊，用于控制測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為UVC視頻數(shù)據(jù)并輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器，其特征在于所述USB UVC傳輸模塊包括依次連接的數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換模塊、SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊及USB UVC設(shè)備控制巡益。
3. —種如權(quán)利要求2所述的數(shù)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(shù)據(jù)；步驟二，利用轉(zhuǎn)換接口模塊將測試部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合UVC格式的數(shù)字圖像，并按照USB UVC格式傳輸?shù)斤@示模塊。歩驟三，利用顯示模塊顯示測試出的結(jié)果；
4. 一種如權(quán)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(shù)字視頻轉(zhuǎn)換模塊將從測試模塊采集到的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻數(shù)據(jù)；B. 將上述視頻數(shù)據(jù)存儲在SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中；C. 利用USB UVC設(shè)備控制器按照UVC的標(biāo)準(zhǔn)格式化SRAM幀數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)，從USB端U發(fā)送出去。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)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(quán)利要求4所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器的使用方法，其特征在于所述A歩驟中例化出的網(wǎng)格信息。
7. 如權(quán)利要求4所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)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(quán)利要求5所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)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(shù)據(jù)上一同被存儲。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器的使用方法，其特征在于所述B步驟包括網(wǎng)格信息附加在所述視頻數(shù)據(jù)上一同被存儲。
10. 如權(quán)利要求7所述的基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)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(shù)據(jù)上一同被存儲。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種基于UVC傳輸協(xié)議的USB數(shù)字儀器，其包括依次電性連接的測試模塊、轉(zhuǎn)換接口模塊及顯示模塊。其中，所述轉(zhuǎn)換接口模塊至少包括測試數(shù)據(jù)處理模塊、測試數(shù)據(jù)存儲模塊、USB UVC控制模塊及USB UVC傳輸模塊。本發(fā)明使用USB接口可以省略數(shù)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(yīng)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(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)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