[发明专利]基于FPGA的医用超声诊断仪实时对数压缩电路构建法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用超声诊断仪实时对数压缩电路。特别是涉及一种基于FPGA的医用超声诊断仪实时对数压缩电路构建法

背景技术

医用超声诊断仪多用于对人体软组织进行实时、动态的断层成像。医用超声诊断系统通过超声换能器发射超声波，并同样通过换能器接收经过组织吸收、散射等衰减后反射回来的超声回波信号。回波信号经过A/D芯片转换成数字信号，在FPGA上完成滤波、检波、对数压缩等数字信号处理，来分别实现噪声抑制、信号解调和动态范围的压缩，最后送入后端系统显示超声图像。

其中，对数压缩是超声回波信号处理中必不可少的一个过程。人体各软组织对超声的吸收系数为0.6-0.7dB/cm.MHz，导致超声回波信号的动态范围达到100dB以上，难以在终端显示器显示。对数压缩利用非线性关系将大动态范围的信号进行压缩的同时，对能够反映人体结构细节的微弱回波信号相对其他强信号有拉伸效果，起到增加对比度的作用。传统的对数压缩采用查表法直接压缩，如果将16位的数据压缩为8位的数据，需要的查找表大小是2¹⁶×8bit，占用的硬件资源过大。中国专利基于FPGA的医学超声成像系统用解调和对数压缩系统(03104777.7)中采用的对数压缩方法需要9个时钟才能得到一个压缩结果，而在这9个时钟期间输入的后8个待压缩数据将无法及时得到处理，应用到实际产品中时，会严重影响数据处理速度和成像实时性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种仅需要替换ROM中的数据便可实现不同曲线的压缩的基于FPGA的医用超声诊断仪实时对数压缩电路构建法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于FPGA的医用超声诊断仪实时对数压缩电路构建法，在FPGA上分别建立与数据输入信号相连的用于将待压缩的输入数据分成N+1路数据输出的数据分流模块，与所述的数据分流模块输出相连用于将N+1路通道的数据分别同时进行对数压缩运算，并将N+1个对数压缩结果进行输出的对数压缩总模块，以及与对数压缩总模块的输出相连将N+1个对数压缩结果根据压缩前对应数据的先后顺序排列整合成一路信号的数据整合模块，其中，所述的对数压缩总模块是由与所述的数据分流模块的N+1个输出通道个数相同的对数压缩子模块构成，所述的N是数据整合模块所输出的压缩结果的位数。

所述的数据分流模块的构建方法是：

1)将数据分流模块的N+1个输出通道分别与对数压缩总模块中N+1个对数压缩子模块的输入端对应相连；

2)将待压缩的输入数据以每个时钟1个数据的频率输入所述数据分流模块；

3)数据分流模块将第1个时钟的第1个数据从第1路通道输出，将第2个时钟的第2个数据从第2路通道输出，直到将第N+1个时钟的第N+1个数据从第N+1路通道输出后，将第N+2个时钟的第N+2个数据又重新从第1路通道输出，一直如此循环，直到超声诊断仪结束扫描。

所述的对数压缩总模块的构建方法是，每一个对数压缩子模块在接收到数据分流模块的每一个输出信号，都要经过N+1个时钟对所接收到的信号进行数据处理，然后输出到数据整合模块。

所述的数据处理包括：将用于控制时序的时钟信号分两路，一路通过一个非门进入只读存储器，另一路直接进入N位地址选择器，所述的只读存储器的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接所述数据分流模块的相对应的输出端，所述比较器的两个输出端分别连接N位地址选择器的两个输入端，N位地址选择器的输出端连接所述的只读存储器的输入端，同时还构成对数压缩子模块的输出端。

所述的N位地址选择器的工作过程是：

在第1个时钟时，N位地址选择器中的地址复位为2^N-1；在第2个时钟时，N位地址选择器将比较器的输出结果锁存在N位地址选择器中地址的最高位，舍去最低位组成新地址；在第3个时钟时，N位地址选择器将比较器的输出结果锁存在N位地址选择器中地址的次高位，舍去最低位组成新地址；依次进行直至第N+1个时钟时，N位地址选择器将比较器的输出结果锁存在N位地址选择器中地址的最低位，组成新地址，所述新地址为对数压缩子模块输出的压缩结果。

所述的只读存储器的工作过程是：在只读存储器的存储表中设定x为存储值，y为存储表地址，则由对数运算曲线y＝klog_a(x+1)求得x值，其中，y取值为0～(2^N－1)，k和a为常数。

所述的数据整合模块的构建方法是：