[发明专利]基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法及系统。 

背景技术

随着现代仪器技术的不断发展，用户越来越注重人机交互体验，而人机交互界面信息的完备和准确性也显得至关重要。目前，数字式仪器的显示功能大体上分为两种：一种是显示区域内数据全部上传显示——实现起来简单、方便，适用于大宽带、高速传输协议（如网口）；另一种是对显示区域内数据抽样显示——当用于显示大范围内的波形概况时，由于数据经过压缩后传输，能有效降低显示功能对系统带宽的占用，提高系统响应速度；当用于显示小范围内的波形细节时，由于加入插值填充，保证了波形光滑平整且不失真。因此，抽样显示法以其适用于各种带宽、多种传输协议的特性，而被广泛应用在数字式仪器仪表中。 

但是，抽样显示不可避免的造成波形细节信息的丢失。而且最终的显示效果，很大程度上取决于采取了什么方式的抽样法则。其中，一种最简单的抽样法则——也被称为均匀步距抽样，是在A/D和存储器之间加入一个“分数”采集器。即在A/D采样时，每逢第N个数据就送往存储器，其余的点统统放弃。这种抽样法则存在三个明显的缺陷。第一，抽取到波形峰值点的可能性随机，极有可能丢失峰值信息。第二，波形缩放或平移时，抽样点全部更新，操作前后的波形相差大。第三，显示范围为抽样步距的整数倍，否则需要特殊考虑末段数据。为弥补上述不足，引入峰值检测电路替代“分数采集器”。即同样以N个数据为一组依次进行检测，峰值检测电路保持其中的最大值和最小值再送往寄存器。数字式示波器正是基于峰值检测器的原理，实现了在缩放或移动操作时对峰值点的捕捉。但是，峰值检测电路的形式多样，如《峰值检测电路》（专利申请号为CN200580006970.1）、《比较器反馈峰值检测器》（专利申请号为CN200580025847.4）等，且仍要求显示最好为抽样步距的整数倍，否则对于末段数据的特殊考虑必将增加硬件电路的开销，使得结构更加复杂。另外，由于电路实现存在响应时间，因此峰值检测器的最小抽样步距有限定，这也就注定了其缩放和移动操作的调节精度不可能达到一个采样点精度。最后，采用硬件电路实现的峰值检测器改动空间有限，非得改版重制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法，及采用本发明所述方法的超声信号数字式峰值检测模块和系统。超声信号数字式峰值检测模块，不仅继承了峰值检测器对于动态下峰值点信息的准确捕捉特性，更具有可达一个采样点的调整精度，且显示范围摆脱了整数倍抽样步距的限制，可以是任意长度。本发明基于FPGA可编程技术，在硬件不变情况下，可实现功能的修改和扩展。 

本发明解决技术问题所采取的技术方案是： 

基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1).采用二段式变距的均匀分段法则，对显示范围内的数据按照时间进行连续分割。

步骤(2).分别提取每段数据的最大值和最小值，作为特征点。 

步骤(3).根据每段数据的最大值和最小值出现的时间先后关系确定该段最大值和最小值写入到存储空间的顺序。 

步骤(4).从存储空间的起始位置依次读取数据并显示，从而实现了数字波形的任意缩放或平移操作而不失真。 

所述的二段式变距的均匀分段法则可实现用固定M个屏幕像素点来表征任意显示范围内波形，其中 M要求为2的倍数，该法则具体是： 

定义显示范围为 ，为点数，为采样频率，分两种情况：

①

显示范围内的数据不需要进过分割和峰值检测，直接输出，若有必要还可以进行插值处理后输出M个显示数据。

②  n>M

第一步，取Z = ，[ ]为取整符号，Z表示步距；

第二步，取X = ；

第三步，取Y =M-X；

经过以上三步骤之后，可以得出分段结果：前Y段以Z个数据为一组进行峰值检测，得到个特征点；后X段以(Z+1)个数据为一组进行峰值检测，得到个特征点。由于前后两段步距不一致，但各自均匀分段，故称为“二段式变距的均匀分段法则”。