CN203366317U - 一种影像波束形成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种影像波束形成装置，该影像波束形成装置包括：串并转换接收器；先进先出数据缓存器，先进先出数据缓存器与串并转换接收器连接；插值滤波器，插值滤波器与先进先出数据缓存器连接；随机存储器，随机存储器与插值滤波器连接；矢量数据存储器，矢量数据存储器与随机存储器连接；微控制单元，微控制单元与矢量数据存储器连接；以及矢量地址存储器，矢量地址存储器与微控制单元和随机存储器连接，其中，微控制单元包含微控制单元存储器。本实用新型的影像波束形成装置解决了处理器和波束形成数据流的匹配问题。
Description
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***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***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***（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***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***。
因此，目前的影像***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。
优选地，所述微控制单元包括至少一个多核处理器。由此，多核处理器的大规模集成电路可高效地形成多波束影像。
优选地，所述多核处理器为四核Cortex A15处理器。
本实用新型的影像波束形成装置的积极效果是：解决了通用处理器和波束形成数据流的匹配问题，极易实现的存储器架构允许数据处理高速运行，可以最大限度的使用本地储存器以降低数据的移动，故降低了功耗，进而达到高效而低功耗处理的目的，并且解决了现有技术中影像波束合成架构不易扩展的问题和数据处理不及时的问题；本实用新型的影像波束形成装置把复杂的非线性动态聚焦寻址变成矢量数据结构，独特的波束矢量转换单元把线形扫描数据变成处理器希望的矢量数据结构，进而极大地提高了数据通过量；采用多核超标量处理器的大规模集成电路可以高效地形成多波束影像。另外，还可以根据实际需要选择不同的通道数量，通过结构调整，例如增加处理器，实现多通道信号处理，从而使本实用新型的影像波束形成装置适用范围更广泛。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是根据本实用新型一个实施例的影像波束形成装置的结构框图；
图2是根据本实用新型另外一个实施例的影像波束形成装置的优选实施方式的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，另外，实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型实施例提供了一种影像波束形成装置，如图1所示，该装置包括：串并转换接收器100、先进先出数据缓存器200、插值滤波器300、随机存储器400、矢量数据存储器500、矢量地址存储器600以及微控制单元700、微控制单元700包含微控制单元存储器（未示出，下同），其中，先进先出数据缓存器200与串并转换接收器100连接，插值滤波器300与先进先出数据缓存器200连接，随机存储器400与插值滤波器300连接，矢量数据存储器500与随机存储器400连接和微控制单元600连接，矢量地址存储器700与微控制单元600和随机存储器400连接。在工作时，影像串行数据通过串并转换接收器100转换为并行数据，先进先出数据缓存器200将并行数据缓存并得到原始数据，插值滤波器300把原始数据作为输入信号提高采样若干倍并得到升采样数据，随机存储器400存储插值滤波器300输出的升采样数据，并使所述升采样数据转换为矢量数据，矢量数据存储器400将矢量数据存储，微控制单元600可以读取矢量数据存储器500的矢量数据并产生矢量地址，矢量地址存储器700存储微控制单元600所生成的矢量地址，并输出矢量地址作为随机存储器400的索引，将随机存储器400内的数据读出，存入矢量数据存储器500，从而实现数据矢量化，微控制单元600将矢量数据进行运算，每一个矢量地址指向一个扫描通道的某个数据，n(n≥1)个矢量地址就可以指向n(n≥1)个扫描通道的n(n≥1)个数据，第n(n≥1)个单元指向第n(n≥1)个扫描随机存储器400的某个数据，矢量化的过程如下列公式所示：
vRAM（n）=sRAMn（*iRAM（n）），
其中，n≥1，vRAM为矢量数据存储器内的矢量数据，sRAMn为随机存储器内的矢量数据，iRAM为矢量地址存储器内的矢量地址。
如图1所示，根据本实用新型的实施例，串并转换接收器100、先进先出数据缓存器200、插值滤波器300、随机存储器400，矢量数据存储器500、矢量地址存储器700、微控制单元600以及微控制单元储存器的数量以及型号大小不受特别限制。例如根据本实用新型的一些实施例，串并转换接收器100、先进先出数据缓存器200、插值滤波器300、随机存储器400的数量为N个，其中，N为不小于32的整数，优选N为32、64、128、256、512或1024；再例如根据本实用新型的另外一些实施例，先进先出数据缓存器200的大小为32B、插值滤波器300为多相位插值滤波器，随机存储器400的大小为256B，矢量数据存储器500的大小为128B，以及矢量地址存储器700的大小为128B；再例如根据本实用新型的又一些实施例，矢量数据存储器500、矢量地址存储器700、微控制单元600以及微控制单元的数量为1个。
如图1所示，根据本实用新型的实施例，微控制单元600包括至少一个多核处理器，优选四核Cortex A15处理器。
需要特别说明的是，本实用新型的影像波束形成装置是一个灵活的可扩充或缩小的技术方案，能够根据具体的通道数量，通过例如增加或减少上述处理器等构成部件数量的方式十分容易地解决多通道信号处理问题。例如，使用1个的处理器可以实现N个通道影像***，那么2个处理器可实现2N个通道影像***，3个处理器可实现3N个通道影像***，以此类推，使本使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。
为进一步说明，结合图2所示，下面提供一个上述影像波束形成装置的优选实施方式：
1、设置32个串并转换接收器（Deserializer），用于接收32个通道的影像数据，将600Mbps的串行数据转换成每秒50M样点12bit的并行数据；
2、设置32个大小为32B的先进先出数据缓存器（First in first out buffers，FIFO），分别与32个串并转换接收器100连接，存储串并转换接收器100（Deserializer）输出的并行数据；
3、设置32个多相位插值滤波器（Multiphase Interpolation Filter），分别与32个先进先出数据缓存器（FIFO）连接，用于将先进先出数据缓存器（FIFO）输出的原始数据升采样16倍，50MSPS信号成为800MSPS；
4、设置32个大小为256kB的随机存储器（Static random access memory，sRAM），分别与32个多相位插值滤波器（Multiphase Interpolation Filter）连接，用于储存多相位插值滤波器（Multiphase Interpolation Filter）输出的升采样数据；
5、设置1个大小为128B的矢量地址存储器（Delay Indexing RAM，iRAM），与随机存储器（sRAM）连接，用于存储生成矢量数据的矢量地址，每一个矢量地址指向一个扫描通道的某个矢量数据，则32矢量地址可以指向32个扫描通道的32个矢量数据；
6、设置1个大小为128B的矢量数据存储器（Beam Vector Data RAM，vRAM），与随机存储器（sRAM）连接，用于存储矢量化后的矢量数据；
7、设置1个四核Cortex A15处理器，与矢量地址存储器（Delay Indexing RAM，iRAM）和矢量数据存储器（Beam Vector Data RAM，vRAM）连接，用于处理矢量数据和产生矢量地址，矢量地址存储到1个大小为128B的矢量地址存储器（Delay Indexing RAM，iRAM），然后，该处理器读取矢量地址存储器（Delay Indexing RAM，iRAM），矢量地址存储器（DelayIndexing RAM，iRAM）输出的矢量地址作为的索引，将随机存储器（sRAM）内的矢量数据读出，存入矢量数据存储器（Beam Vector Data RAM，vRAM），实现数据矢量化，四核Cortex A15处理器将矢量化后的数据进行运算，矢量化过程可用如下公式表示：
vRAM（n）=sRAMn（*iRAM（n）），
其中，1≤n≤32，其中n为整数，vRAM为矢量数据存储器内的数据，sRAMn为随机存储器内的数据，iRAM为矢量地址存储器内的数据。
8、设置一个微控制单元存储器（MCU Memory mRAM），作为四核Cortex A15的运算所需存储器。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种影像波束形成装置，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的影像波束形成装置，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的影像波束形成装置，其特征在于，所述N为32、64、128、256、512或1024。
4.根据权利要求3所述的影像波束形成装置，其特征在于，所述先进先出数据缓存器的大小为32B；
和/或，所述插值滤波器为多相位插值滤波器；
和/或，所述随机存储器的大小为256B；
和/或，所述矢量数据存储器的大小为128B；
和/或，所述矢量数据存储器的大小为128B。
5.根据权利要求1～4任一项所述的影像波束形成装置，其特征在于，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存储器的数量均为1个。
6.根据权利要求1～4任一项所述的影像波束形成装置，其特征在于，所述微控制单元包括至少1个多核处理器。
7.根据权利要求6所述的影像波束形成装置，其特征在于，所述多核处理器为四核CortexA15处理器。
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| CN 201320459966 CN203366317U (zh) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 一种影像波束形成装置 |
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Cited By (1)
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Cited By (2)
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Granted publication date: 20131225 Effective date of abandoning: 20160824 |
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