[实用新型]一种影像波束形成装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医用影像技术领域，具体而言，涉及一种影像波束形成装置。

背景技术

近年来，影像系统对信号处理运算量的要求不断提高，例如在超声影像领域：前端通道数大量增加，由64通道向256通道乃至更多通道过渡；高分辨影像画质，如多波束形成，连续聚焦，彩色，码激励等；高速实时多维影像，如3D影像、4D影像、高频心脏影像等，因此，运算量成百倍增加，对处理器运算能力提出了前所未有的要求，但随着医疗影像设备的日益普及化，处理器的成本压力却不降反升，已经严重束缚了影像系统技术的发展和应用。目前所采用的解决上述技术手段有：(1)现场可编程门阵列(field programmable gate arrays，FPGA)是可编程芯片，FPGA的设计方法包括硬件设计和软件设计两部分，硬件包括FPGA芯片电路、存储器、输入输出接口电路以及其它设备，软件即是相应的HDL程序以及嵌入式C程序，在工程实践中存在软件编译时长的问题，由于大型设计包含多个复杂的功能模块，其时序收敛与仿真验证复杂度很高，为了满足时序指标的要求，往往需要反复修改源文件，再对所修改的新版本进行重新编译，直到满足要求为止，由此导致容易产生两个问题：首先，软件编译一次需要长达数小时甚至数天时间，这是开发所不能容忍的，其次，重新编译和布局布线后结果差异很大，会将已满足时序的电路破坏，另外，FPGA还有高功耗及高价格，因此，FPGA也无法满足要求；(2)多核处理器（Multi-core and Many-core CPU and DSP），虽然具有成本优势，但其通用体系架构无法满足波束形成的计算要求，多核处理器功耗大，并且需要应用软件支持额外支持，通用多核处理器可以给出相当大的数据处理能力，但它们都是基于超标量（superscalar）或矢量（vector）处理器的精简指令系统（RISC）体系结构，例如单指令多数据（SIMD）、超长指令（VLIW）及矢量（VECTOR)数据架构等，它们只有有限的且简单的数据寻址方式，海量的影像数据无法匹配上述数据结构及多核体系，运算效率十分低下，况且当前的新型成像系统多采用多点聚焦或逐点连续聚焦方式形成波束，这是一种非线形的寻址方式，多核RISC处理器无法有效地取得所需的数据，因此多核处理器也无法满足要求；(3)图形处理器（GPU），虽然其处理量较大，但其以点阵处理为目的的集束架构也无法有效的应付波束形成的线处理系统。

因此，目前的影像系统信号处理技术有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型提供了一种影像波束形成装置，旨在解决处理器和波束形成数据流的匹配技术问题。

本实用新型的影像波束形成装置包括：串并转换接收器，用于接收外部串行数据并转换为并行数据，以得到并行数据；先进先出数据缓存器，与所述串并转换接收器连接，用于存储所述串并转换接收器输出的所述并行数据，以得到原始数据；插值滤波器，与所述先进先出数据缓存器连接，用于将所述先进先出数据缓存器输出的所述原始数据进行升采样运算，以得到升采样数据；随机存储器，与所述插值滤波器连接，用于存储所述插值滤波器输出的所述升采样数据，并使所述升采样数据转换为矢量数据；矢量数据存储器，与所述随机存储器连接，用于存储所述随机存储器输出的所述矢量数据；微控制单元，与所述矢量数据存储器连接，用于处理所述矢量数据存储器输出的所述矢量数据，并产生矢量地址；以及矢量地址存储器，与所述微控制单元和所述随机存储器连接，用于存储所述微控制单元输出的所述矢量地址，并将所述矢量地址反馈至所述随机存储器，其中，所述微控制单元包含微控制单元存储器，作为所述微控制单元的运算所需存储器。

优选地，所述串并转换接收器、所述先进先出数据缓存器、所述插值滤波器以及所述随机存储器的数量均为N个，其中，N为不小于32的整数。由此，可以处理多通道的影像数据。

优选地，所述N为32、64、128、256、512或1024。由此，使本实用新型的影像波束形成装置的实用性更强，适用范围更广泛。

优选地，所述先进先出数据缓存器的大小为32B、所述插值滤波器为多相位插值滤波器，所述随机存储器的大小为256B，所述矢量数据存储器的大小为128B，以及所述矢量数据存储器的大小为128B。由此，可以把矢量化的数据进一步变成128比特的总线接口数据，使得处理量更为优化。

优选地，所述矢量数据存储器、所述矢量地址存储器、所述微控制单元以及所述微控制单元的数量均为1个。由此，使用1个微控制单元既保证了并行数据的及时处理，又减少了微控制单元的个数，从而达到性能与成本的最佳平衡。