用於超聲成像的抽取濾波方法與裝置的製作方法
2023-05-18 08:07:46 1
專利名稱：用於超聲成像的抽取濾波方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於超聲成像的抽取濾波方法與裝置。
背景技術：
在超聲成像系統中，需要對不同深度的超身回波採樣數據抽取最適當的樣點數， 使得抽取後的樣點數目經過處理後剛好能顯示在顯示屏幕上。當採樣數據為抽取的樣點數 的整數倍時，由於超身探測的深度不確定，會丟失一部分樣點，或者抽取之後的樣點數不夠 滿屏顯示。當採用合適的分數倍抽取濾波時，就使得採樣的所有數據剛好能全部顯示在顯 示屏中。對回波數據進行AD採樣變換時，由於回波在人體中的速度基本不變，採樣點數和 探測的深度成正比。採樣的方式為過採樣，樣點數目從幾千到幾萬不等，而最後屏幕上顯示 的點數是一定的，比如縱向480點。因此，幾千乃至幾萬個樣點數必須經過抽取濾波後才能 在屏幕上顯示最後的480點，這樣就要用到抽取濾波器來實現採樣率的變換。假設AD採樣 後的點數為A，在屏幕上顯示的點數為B，則抽取比率為A/B。通常A不確定，而B則是一定 的。假設取A/B的整數部分，則抽取比率為2、3、4等整數。雖然整數倍抽取實現方便，但 無法得到相鄰的兩個整數抽取比率之間的圖像。為了使得圖像更細緻地過渡，需要在相鄰 的整數抽取比率之間獲得更多的圖像等級，比如在抽取比率1、2、3之間獲得3/2、4/3、5/3、 7/3等抽取比率的圖像。因此，需要用到分數倍抽取濾波器。現有技術中，通常採用固定比率的分數倍比率抽取濾波，結構不能適應任意分數 比值抽取；另外，現有技術將插值和抽取分開，各用一套濾波資源來實現分數倍抽取濾波， 未能將插值和抽取結合起來，用一套濾波設備完成分數比值抽取。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種對濾波係數靈活更新、 存儲和讀取，將插值和抽取結合在一起來實現任意分數比值抽取濾波的方法與裝置。為了 實現這一目的，本發明所採取的技術方案如下。按照本發明實施例的第一方面，提供一種用於超聲成像的抽取濾波方法，包括存 儲步驟，存儲濾波係數；地址生成步驟，根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生 讀取所述存儲的濾波係數的讀取地址；運算步驟，根據所述讀取地址讀取存儲的濾波係數， 並根據讀取出來的濾波係數對輸入樣點的數據進行濾波計算。按照本發明實施例的第二方面，提供一種超聲成像方法，包括按照本發明實施例 的第一方面的抽取濾波方法。按照本發明實施例的第三方面，提供一種用於超聲成像的抽取濾波裝置，包括存 儲單元，用於存儲濾波係數；地址生成單元，地址生成單元根據輸入樣點的序號、插值因子 N和抽取因子M產生讀取地址；運算單元，根據所述讀取地址讀取存儲的濾波係數，並根據 讀取出來的濾波係數對輸入樣點的數據進行濾波計算。。
按照本發明實施例的第四方面，提供一種超聲成像系統，包括按照本發明實施例 的第三方面的抽取濾波裝置。按照本發明實施例的方法和裝置能夠實現任意分數倍比值的抽取濾波。下面將結合附圖並通過具體的實施例對本發明進行進一步說明。
圖1是變採樣率濾波處理示意圖；圖2是按照本實施例的用於超聲成像的抽取濾波方法的流程圖；圖3是按照本實施例的實現抽取濾波方法的濾波結構示意圖；圖4是按照本發明實施例的濾波係數存儲結構示意圖；圖5是說明不必要的與零相乘的結構圖；圖6是按照本發明實施例的產生地址的時序圖；圖7是按照本發明實施例的段內累加以及段延時相加的結構示意圖；圖8是按照本發明實施例的濾波後輸出有效信號使能時序具體實施例方式如圖1所示，是變採樣率濾波處理示意圖。假設輸入序列為x(n)，經過M/N的採樣 率抽取變換後，輸出序列為y(n)，其中M為抽取因子，N為插值因子，M與N互質。首先，在每 兩個樣點之間插入N-1個零，完成採樣率的升高；然後，通過一個截止角頻率為1/N的濾波 器，濾除因補零產生的N-1份鏡像，再通過一個截止角頻率為1/M的抽取濾波器，防止因抽 取產生頻譜混疊；將濾波後的結果每N個取出一個，作為輸出結果，完成下採樣變換；最後， 輸出數據的採樣率為輸入數據採樣率的M/N倍。實際上，兩份濾波器可以合成一份，只需要 使該濾波器的截止角頻率既不會產生插值後的鏡像，也不會使抽取後產生頻率混疊。因此， 取M和N中較大一個的倒數。在濾波的計算的過程中，將濾波器多相分解，同時應用N0BEL 恆等式，可以減少濾波過程中的乘累加計算量。如圖2所示，是按照本發明一個實施例的用於超聲成像的抽取濾波方法的流程 圖，包括存儲步驟200、地址生成步驟202、乘累加步驟204和輸出步驟206，其中乘累加步 驟204和輸出步驟206可以合稱為運算步驟。在存儲步驟200中，存儲預先計算並量化好 的濾波係數；在地址生成步驟202中，根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生 讀取所述存儲的濾波係數的讀取地址；在乘累加步驟204中，將讀取的濾波係數與輸入樣 點的數據相乘後進行累加，並將累加後的結果再逐級累加；以及在輸出步驟206中，當輸入 樣點的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數位於抽取因子M與插值因子N之差及 抽取因子M減1之間時，將逐級累加的結果作為濾波後的有效數據輸出。下面對按照本實 施例的方法進行具體說明。假設濾波器用到的乘法器資源有限，為K個，那麼該濾波器的階數設為M*K_1，即 濾波係數個數為M*K，不妨設為Q，…，CM _10用K份緩存來存儲濾波係數，每個緩存存 儲的濾波係數為M個，則第一份緩存存儲的濾波係數為Q至Cn，第二份緩存存儲的濾波系 數為CM至C^，最後一份第K份緩存存儲的濾波係數為C(K_1)#M至，如圖4所示。當抽 取因子M變化時，或者變化其它參數導致濾波係數發生變化時，按照上述規律重新寫入濾波係數。在升採樣過程中，每兩個採樣數據之間補充了 N-1個零，如圖5所示，其中的零和 濾波係數相乘，其實是不必要的。從圖5中可以看出，每隔N-1個濾波係數，才輪到下一個 相鄰有效樣點和濾波係數相乘。因此，在讀取濾波係數的時候，可以每隔N-1個濾波係數在 每個緩存中讀取一個，直到到達緩存中濾波係數存儲區域的結束位置後，重新返回到濾波 係數存儲開始位置讀取數據。其中，讀取濾波係數的讀取地址可以根據輸入樣點的序號、插 值因子N和抽取因子M產生，使得產生的讀取地址對應的濾波係數就是我們需要的對應有 效樣點而非對應補零的樣點的濾波係數。具體實現時，對於每個輸入的樣點x (n)，可以用輸入樣點的序號n的N倍自累加 對M求模的餘數作為每個存儲濾波係數的緩存的讀取地址，即用((nXN)MOD M)所得的餘 數作為讀取地址。K份緩存使用相同的地址，一次輸出K個濾波係數到乘累加部分。如圖7 所示，讀出K個濾波係數後，用K個乘法器將輸出的K個濾波係數和輸入的數據x (n)同時 相乘，得到K個相乘後的結果，並將此K個相乘後的結果與之前輸入樣點的K個乘累加結果 分別累加，得到當前樣點的K個乘累加結果，並將此K個乘累加結果再逐級累加。隨著輸入 樣點的增加，在K個緩存中讀取濾波係數的地址將從緩存中濾波係數存儲的開始位置逐漸 向結束位置移動。當隨著輸入樣點的增加，讀取地址到達濾波係數存儲結束的位置後，此時 得到的逐級累加結果即為濾波後的有效數據。噹噹前輸入樣點的N倍自累加對M求模的餘數位於區間[M-N，M_l]時，即可以認 為濾波係數已經到達結束位置。此時，將逐級累加結果作為濾波後的有效數據輸出，並將累 加器清零，然後重新累加乘法結果。濾波係數到達結束位置之後，下一個輸入樣點輸入時，仍然用輸入樣點的序號的N 倍自累加對M求模的餘數作為每個存儲濾波係數的緩存的讀取地址，此時得到的讀取地址 將重新指向緩存區域的前端位置，然後隨著後續輸入樣點的輸入，讀取地址將逐漸向緩存 區域中濾波係數存儲區域的結束位置移動。下面以幾個具體的例子為例進行說明。假設M = 8，N = 3，每份濾波係數緩存裡存有8個濾波係數，則地址的產生順序為 0，3，6，1，4，7，2，5，0，3，...；再假設M = 9，N = 4，每份濾波係數緩存裡存有9個濾波係數， 則地址的產生順序為0，4，8，3，7，2，6，1，5，0，4，…；如果N為1，則逐個讀取濾波係數，完 成整數倍的抽取功能，比如M = 4，N= 1，則地址的產生順序為:0，1，2，3，0，1，2，3，...；其 地址發生的時序圖如圖6所示。K份緩存使用相同的地址，一次輸出K個濾波係數到乘累加 部分。比如，對於M = 9，N = 4的情況，由於地址的產生順序為:0，4，8，3，7，2，6，1，5，0， 4，…，於是其中，第一段的累加值為x (0) C0+x⑴C4+x⑵C8 ；第二段的累加值為X(0)C9+X(1)C9+4+x(2)C9+8；…最後一段第K段的累加值為:x (0) C^d^+x⑴(VD^+X⑵C當濾波係數重新回到起點時候，新的累加過程如下第一段的累加值為x (3) C3+x⑷C7 ；
第二段的累加值為x(3) C9+3+x (4) C9+7 ；…最後一段第K段的累加值為x (3) C(H)w^x (4) C因此，僅噹噹前輸入樣點的序號的N倍自累加對M求模的餘數位於區間[M-N，M-1] 時，才輸出K段累加值。將K段累加值的第一段延遲一個濾波係數輪換區間後和K段累加值 中的第二段段內累加結果相加，將結果延遲一個濾波係數輪換區間後和K段累加值中的第 三段當前累加結果相加；如此延時相加，直到和K段累加值中的第K段當前累加結果相加， 得到抽取後的輸出結果，段內累加以及段延時相加的結構如圖7所示。由於採樣率為M/N，即每M個輸入樣點才輸出N個樣點，經過上述濾波累加過程，當 N不等於1時，輸出的樣點不是均勻輸出。輸出樣點的使能與M和N的關係相關，僅噹噹前 輸入樣點的序號的N倍自累加對M求模的餘數位於區間[M-N，M-1]時，才輸出一個數據使 能信號。圖8分別對應著M = 8，N = 3 ;M = 9，N = 4以及M = 4，N = 1的輸出使能信號， 表明濾波後為有效輸出。在本發明另外一個實施例中，濾波係數的存儲可以不用K個緩存，而是用一個緩 存，M*K個濾波係數Ctl，C1,…，Csmh存儲在同一緩存中。此時，地址生成步驟中仍然可以 根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生讀取存儲的濾波係數的讀取地址。例 如，濾波係數讀取地址可以通過「輸入樣點的序號的N倍自累加對M求模的餘數+(mXM)，， 產生，其中M為抽取因子，m為
範圍內的整數。對於每個輸入樣點，m取值從0到 K-I，共K個值，對應即可得到K個讀取地址，這K個讀取地址對應的濾波係數即為與有效樣 點而非補零的樣點對應的濾波係數。例如，M = 8，N= 3時，輸入樣點為X(O)時，輸入樣點的序號的N倍自累加對M求
模的餘數為0，讀取地址為0，8，16，24......，(0+8 (K-I))；輸入樣點為x(l)時，輸入樣點的
序號的N倍自累加對M求模的餘數為3，讀取地址為3，11，19，27......，(3+8 (K-I))。其它
輸入樣點對應的讀取地址類似可以生成。生成濾波係數讀取地址後，本實施例中其它的步驟與前一實施例相同。同理可以看出，當濾波係數的存儲方式發生變化時，還可以根據輸入樣點的序號、 插值因子N和抽取因子M按照其它的方式生成濾波係數的讀取地址，從而使得生成的讀取 地址對應的濾波係數為與有效樣點而非補零的樣點對應的濾波係數。如圖3所示，是按照本發明的用於超聲成像的抽取濾波裝置的一個實施例的結構 框圖。其中存儲單元用於存儲系統配置的濾波係數，該濾波係數預先計算並量化好。每次 變化採樣率比值時，或者變化其它參數(如使用的乘法器個數K等)導致濾波係數發生變 化時，系統可以更新存儲器中存儲的濾波係數，因此，本實施例中還可以包括更新單元(圖 中未示出)。地址生成單元根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生讀取所述存儲 的濾波係數的讀取地址，本實施例中，可以根據輸入樣點的序號η的N倍自累加對M求模的 餘數生成濾波係數的讀取地址；當濾波係數在一個緩存中存儲時，也可以根據「輸入樣點的 序號的N倍自累加對M求模的餘數+mM」生成濾波係數的讀取地址。當然，當濾波係數的存 儲方式發生變化時，也可以根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M按照其它的方式 生成濾波係數的讀取地址。
運算單元包括乘累加單元和輸出單元。乘累加單元根據地址生成單元生成的讀取 地址獲取濾波係數，將當前輸入樣點的數據與當前讀取的濾波係數分別相乘後進行累加， 並將累加後的結果再逐級累加。輸出單元中，判斷輸入樣點的序號的N倍自累加對M求模 的餘數是否在區間[M-N，M-1]中，如果該餘數位於區間[M-N，M-1]，則將當前的逐級累加結 果作為濾波後的有效數據輸出。按照本發明實施例的用於超聲成像的抽取濾波方法和裝置，可以通過硬體、軟體、 固件、或者其組合實現在超聲成像系統中，從而使得超聲成像系統可以採用按照本發明實 施例的抽取濾波方法，或者包括按照本發明實施例的抽取濾波裝置。按照本發明的上述教 導，這種實現對於本領域普通技術人員來說是顯而易見的，在此不做詳細描述。以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限於這些具體的實施 例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修改、等同替換、變化等等，例如將上 述實施例中的一個步驟或單元分為兩個或更多個步驟或單元來實現，或者相反，將上述實 施例中的兩個或更多個步驟或單元的功能放在一個步驟或單元中來實現。但是，這些變換 只要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護範圍之內。另外，本申請說明書和權利要求 書所使用的一些術語以及採用的符號並不是限制，僅僅是為了便於描述。
權利要求
一種用於超聲成像的抽取濾波方法，其特徵在於，包括存儲步驟，存儲濾波係數；地址生成步驟，根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生讀取所述存儲的濾波係數的讀取地址；運算步驟，根據所述讀取地址讀取存儲的濾波係數，並根據讀取出來的濾波係數對輸入樣點的數據進行濾波計算。
2.如權利要求1所述的抽取濾波方法，其特徵在於，所述存儲步驟中，濾波係數存儲在 K個存儲區域中，每個存儲區域中存儲M個濾波係數，其中K等於濾波中用到的乘法器數量， M為抽取因子。
3.如權利要求2所述的抽取濾波方法，其特徵在於，所述地址生成步驟中，根據輸入樣 點的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數生成每個存儲區域的讀取地址，其中N 為插值因子。
4.如權利要求1所述的抽取濾波方法，其特徵在於，所述地址生成步驟中，根據輸入樣 點的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數加上mXM生成讀取地址，其中m為
範圍內的整數，其中K等於濾波中用到的乘法器數量。
5.如權利要求1至4中任意一項所述的抽取濾波方法，其特徵在於，所述運算步驟包括乘累加步驟，將讀取的濾波係數與輸入數據相乘後進行累加，並將累加後的結果再逐 級累加；以及輸出步驟，當輸入樣點的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘值位於抽取因子 M與插值因子N之差及抽取因子M減1之間時，將逐級累加的結果作為濾波後的有效數據輸出ο
6.如權利要求1至5中任意一項所述的抽取濾波方法，其特徵在於，還包括 更新步驟，當濾波係數發生變化時，更新存儲所述存儲區域的濾波係數。
7.一種超聲成像方法，其特徵在於，包括權利要求1至6中任一項所述的抽取濾波方法。
8.一種用於超聲成像的抽取濾波裝置，其特徵在於，包括 存儲單元，用於存儲濾波係數；地址生成單元，地址生成單元根據輸入樣點的序號、插值因子N和抽取因子M產生讀取 地址；運算單元，根據所述讀取地址讀取存儲的濾波係數，並根據讀取出來的濾波係數對輸 入樣點的數據進行濾波計算。
9.如權利要求8所述的抽取濾波裝置，其特徵在於，所述存儲單元包括K個存儲區域， 每個存儲區域中存儲M個濾波係數，其中K等於濾波器中用到的乘法器數量。
10.如權利要求9所述的抽取濾波裝置，其特徵在於，所述地址生成單元根據輸入樣點 的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數生成每個存儲區域的讀取地址，其中N為 插值因子。
11.如權利要求8所述的抽取濾波方法，其特徵在於，所述地址生成單元根據輸入樣點 的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數加上mXM生成讀取地址，其中m為
範圍內的整數，其中K等於濾波中用到的乘法器數量。
12.如權利要求8至11中任意一項所述的抽取濾波裝置，其特徵在於，所述運算單元包括乘累加單元，將讀取的濾波係數與輸入數據相乘後進行累加，並將累加後的結果再逐 級累加；以及輸出單元，當輸入樣點的序號的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘值位於抽取因子 M與插值因子N之差及抽取因子M減1之間時，將逐級累加的結果作為濾波後的有效數據輸出ο
13.如權利要求8至12中任意一項所述的抽取濾波方法，其特徵在於，還包括 更新單元，當濾波係數發生變化時，更新單元更新存儲所述存儲區域的濾波係數。
14.一種超聲成像系統，其特徵在於，包括權利要求8至12中任一項所述的抽取濾波裝置。
全文摘要
本發明公開了一種用於超聲成像的抽取濾波方法與裝置，所述方法包括存儲步驟，用於存儲預先計算並量化好的濾波係數；讀取步驟，用於根據輸入樣點序號的N倍自累加對抽取因子M求模的餘數產生讀取地址，來逐級讀取濾波係數；乘累加步驟，用於將讀取的濾波係數與輸入數據相乘後進行累加，並將累加後的結果再逐級累加；以及輸出步驟，當輸入樣點的N倍自累加對抽取因子M求模後的餘數位於抽取因子M與插值因子N之差及抽取因子M減1之間時，將逐級累加的結果作為濾波後的有效數據輸出。按照本發明的方法和裝置能夠靈活更新、存儲和讀取濾波係數，將插值和抽取結合在一起來實現任意分數比值的抽取濾波。
文檔編號A61B8/00GK101879072SQ20091010720
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月4日 優先權日2009年5月4日
發明者皮興俊, 靳珊 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司