[发明专利]实时产生滤波器系数的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时产生滤波器系数的方法和装置，并且更具体地说，涉及一种用于超声成像系统的实时产生滤波器系数的方法和装置。

背景技术

在超声成像系统中，前端发射波形进入人体器官后其幅度以及相位被调制，回波必须被解调后才能得到调制波的信息，解调是一个频移以及低通滤波的过程。超声波进入人体后，在不同的深度，随频率衰减的特性不同，越深的地方，高频成分衰减越多，因此回波的中心频率随深度逐渐减小，回波带宽亦随深度逐渐减小，因此滤波器的截止角频率亦随时间逐渐减小。滤波器的截止角频率决定滤波器的系数，因此滤波器的系数亦随时间相应调整。

图1给出典型的超声成像系统的信号处理流程。超声回波信号经过波束合成后形成射频回波信号。射频回波经过频移后得到基带成分以及倍频成分，经过低通滤波后仅得到基带成分，对回波数据解交织处理，得到同一位置点上不同时间的扫描数据，然后经过壁滤波，壁滤波是一个高通滤波器，去掉较强的低频组织运动成分，保留较弱的高频血流运动成分。对壁滤波后的数据进行自相关运算，得到血流的速度矢量在坐标轴上的分量以及血流能量信息，随后对这些血流参数进一步处理得到血流的速度、能量和方差信息，经过扫描变换后，将这些参数信息显示出来。

从原理上来说，解调的过程比较经典且简单，频移加滤波，只需要知道滤波器的系数就可以完成滤波的过程。得到滤波器系数的方法有很多，一是事先准备好系数，由系统软件将系数写入到可编程器件的片内随机存取存储器或者片外存储设备，当用到某一系数的时候再从片内随机存取存储器或片外存储设备中取出来，但是当滤波的阶数都是上百阶左右且都用较高的位数来量化时，如果事先将系数存储到片内随机存取存储器，对于随时间变化的滤波器来说存储量是无法容忍的。例如：假设滤波器的阶数为100，16比特量化，存储20组系数，总的存储量为：100*16*20＝32K比特。如果存储到片外存储设备，存储量可以接受，但却要花费额外的代价来添加片外存储设备，因此对于滤波器来说并不可取。

在专利6,142,942(U.S.Pat.No.6,142,942)中，Clark介绍了一种自适应滤波器系数产生的方法。该方法不需要存储大量的系数，系数是实时产生的。利用回波数据的统计特性，在不同的时间段产生系数，然后对数据进行滤波运算，将滤波后的结果作进一步处理。

如上所述，在现有的技术解决方案中，有两种产生滤波器系数的方法，一是所有系数预先产生，放在片内或者片外存储设备中，当用到的时候再从存储设备中取出，对于滤波器阶数很小而且存储组数少的时候，该方法可行。但在超声成像系统中，滤波器阶数很高，通常有上百阶，而且要存储几十组不同的系数，会占用大量的存储资源。对于自适应滤波器来说，不需要存储系数，系数由不同时间段数据的统计特性实时产生。但该方法同样要对数据作大量的统计信号处理，算法复杂繁琐。对于有限资源的可编程器件来说同样不可取。

发明内容

本发明的目的是根据变化的截止角频率，实时计算产生每一时间段的滤波器系数。由于只要知道滤波器的截止角频率，就可以得到滤波器的系数，一个截止角频率值对应着一组系数，存储截止角频率消耗的片内随机存取存储器比存储系数消耗的片内随机存取存储器要少得多。

根据本发明的第一方面，提供一种实时产生滤波器系数的方法，所述方法包括：第一查表步骤，用于基于当前的系数索引对存储有变换的窗函数表的第一存储器查表从而获得第一中间值；查表地址产生步骤，用于基于当前的系数索引、滤波器阶数和当前的截止角频率产生查表地址；第二查表步骤，用于基于查表地址对存储有正弦表的第二存储器查表从而获得第二中间值；以及第一乘法步骤，用于将第一中间值与第二中间值相乘从而获得滤波器系数。

根据本发明第一方面的实时产生滤波器系数的方法，其中查表地址产生步骤包括：索引变换步骤，用于对当前的系数索引进行索引变换从而获得第三中间值；截止角频率产生步骤，用于产生当前的截止角频率；以及第二乘法步骤，用于将第三中间值与当前的截止角频率相乘从而获得查表地址。

根据本发明第一方面的实时产生滤波器系数的方法，其中索引变换步骤中的索引变换为：

T_n＝2n+1-N，

其中T_n为第三中间值，n为当前的系数索引，n＝0，1，....，N-1，N为滤波器阶数。