本发明专利技术公开了一种用于超声成像系统的实时数字正交解调方法与装置。所述方法除包括乘法步骤和滤波步骤外，还包括正、余弦表生成步骤，用于实时生成正、余弦表，以及滤波参数生成步骤，用于实时生成相应的滤波参数以对来自乘法器的信号进行滤波。所述装置包括两个乘法器，两个滤波器，正、余弦表生成模块，滤波参数生成模块，以及两个参数存储器。按照本发明专利技术的用于超声成像系统的实时数字正交解调方法与装置，有效地节约了存储器资源，也更便于控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种数字正交解调方法与装置，特别是涉及一种用于超声成像系统的实时数字正交解调方法与装置。
技术介绍
数字正交解调装置是全数字超声成像系统，特别是全数字彩色多普勒超声成像仪中不可缺少的部分。 图1为一个典型的超声成像系统(发射部分由于和本专利技术无太大关系，未画出)。一个常规的B型成像流程为探头发射出脉冲，参与接收的各阵元接收到回波，经过放大，A/D转换，在波束合成器中以不同的延时量相加得到射频数据。射频数据(即下面所述的x(t))进入正交解调环节后分为I，Q两路，根据成像模式的不同进入B信号处理模块、Color(或者Colorflow)信号处理模块或者Doppler信号处理模块。处理完毕后，经过DSC(数字扫描转换)变成便于理解的图像形式显示在屏幕上。主控CPU负责每个模块的参数更新。 图2为一个超声成像系统中常见的正交解调装置，图中的I1、Q1以及I、Q与下面的公式(1)和(2)的意义相同。波束合成器输出的RF信号被同步分到两个乘法器和正弦表及余弦表相乘。正弦表和余弦表数值由正弦表存储器和余弦表存储器中查表得出。乘法器的输出进入低通滤波器。低通滤波器根据进入信号所代表的深度，从滤波参数存储器中取出对应滤波参数。用该滤波参数对输入信号滤波，输出即正交解调结果。 医疗设备中的超声波具有以下特点中心频率沿深度会发生变化，信号带宽沿深度会发生变化。与超声波的这种特点相对应，数字正交解调装置要求支持解调信号的中心频率可变，带宽可变。一般数字超声设备均是用硬件(FPGA)实现的数字正交解调，要满足中心频率沿深度(或者随时间)变化，带宽沿深度(或者随时间)变化，需储存大量参数，增大了储存器开销. 假定超声回波信号的表达式为x(t)＝A(t)cos(ω(t)*t+Φ(t))，式中，A(t)是一低频信号，代表回波沿不同深度的幅度变化，ω(t)代表回波的频率，随时间也发生变化，正交解调的过程分以下两步 1)I1(t)＝x(t)×cos(ω(t)×t)＝A(t)/2(cos(Φ(t))+cos(2ω(t)×t+Φ(t)))(1) Q1(t)＝x(t)×sin(ω(t)×t)＝-A(t)/2(sin(Φ(t))-sin(2ω(t)×t+Φ(t))) 2)从上式I1(t)和Q1(t)的表达式可以看出I1(t)和Q1(t)均是由两部分信号组成，频率在0附近的低频信号和频率在2ω(t)附近的高频信号，将I1(t)和Q1(t)送入一个低通滤波器，滤去高频部分，假定滤波器的单位冲激响应为h(t)，即 I、Q即为正交解调的结果。即正交解调之后，信号被分成了相互正交的两路I和Q，I和Q代表的意思是同相(In-Phase)和正交(Quadrature)，两路信号主要保留了原信号的低频部分。 对I和Q求模，得到的结果显然是A(t)/2，即原信号的幅度信息(包络)，这是B型成像的基础，对I和Q进行别的处理，可以得到诊断对象内的血流信息。 在全数字超声设备中，正交解调的实现一般是用数字处理方法，将叙述上述原理时使用的公式换成数字表达即可.从上面叙述可以看出，正交解调涉及参数包括正弦表，余弦表，低通滤波参数.一般系统中均是将这些参数保存在存储器，这些参数要考虑到解调频率可变，带宽可变，参数一般比较多. 假定一个系统AD采样率为40M，要求探测深度为30cm，需要保存的正弦表和余弦表长度为约16000点，正交解调要求的量化精度一般比较高，假定为16bit，则正、余弦表的存储量为16000×2×16＝512Kbit；用于解调的低通滤波器假定为100阶(在实际情况下可能需要更高)，位宽12bit，每隔64个采样点切换一组滤波参数(以满足沿深度带宽可变)，需要的存储量为(16000/64)×50×12＝150Kbit。这样的设计方式一方面必须在系统中外加存储器芯片，增加成本，另外控制也比较麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于超声成像系统的实时数字正交解调方法与装置，可大量节约存储器，同时满足超声成像系统的需要. 按照本专利技术的第一方面，提供一种用于超声成像系统的实时数字正交解调方法，包括乘法步骤，用于将同步分到两个乘法器的信号分别与正弦表和余弦表数值相乘；滤波步骤，用于根据来自乘法器的信号所代表的深度，利用相应的滤波参数对来自乘法器的信号进行滤波，以输出正交解调结果；其中还包括正、余弦表生成步骤，用于实时生成正、余弦表；以及滤波参数生成步骤，用于实时生成相应的滤波参数以对来自乘法器的信号进行滤波。 按照本专利技术第一方面的实时数字正交解调方法，其中所述正、余弦表生成步骤包括计数器产生从存储器中读取数据的读地址；将从存储器中读取的数据与累加器中的数据相加，结果作为cordic模块的输入角度；以及由cordic模块产生正、余弦值。 按照本专利技术第一方面的实时数字正交解调方法，其中所述滤波参数生成步骤包括用当前系数索引n对存储有Wei_Win(n)值的第一存储器进行查表，以得到窗函数相关的值Ha；用Sin查找表地址对存储有正弦查找表的第二存储器查表，得到正弦值Sn；以及用Ha和正弦值Sn相乘，得到当前索引对应的滤波参数.其中生成所述查找表地址包括步骤用当前系数索引n变换后的值Tn＝2n-N+1与滤波器截止频率k相乘，得到查表地址，其中N为滤波器的阶数，n＝0，1，...，N-1. 可选地的是，其中所述截止频率k是固定的，对2pi/M量化后的值即为k，其中M为2的整次幂。 还可选地是，其中所述截止频率k是随时间变化的，生成随时间变化的截止频率k包括步骤用计数器的值对存储有截止频率变化量的第三存储器查表，得到当前截止频率变化量Ac；以及用Ac的值和保存在寄存器Reg中的上一个滤波器截止频率KD-1相加，得到当前的截止频率KD。 按照本专利技术的第二方面，提供一种用于超声成像系统的实时数字正交解调装置，包括两个乘法器，用于将信号分别与正弦表和余弦表数值相乘；两个滤波器，用于根据来自所述乘法器的信号所代表的深度，利用相应的滤波参数对来自所述乘法器的信号进行滤波，以输出正交解调结果；其中还包括正、余弦表生成模块，用于实时生成正、余弦表；滤波参数生成模块，用于实时生成相应的滤波参数以对来自所述乘法器的信号进行滤波；以及两个参数存储器，分别与正、余弦表生成模块和滤波参数生成模块相连接，用于分别存储实时生成正、余弦表和实时生成相应的滤波参数所需的输入参数。 按照本专利技术第二方面的实时数字正交解调装置，其中所述正、余弦表生成模块包括存储器，用于存储角度数据；第一计数器，用于产生从存储器中读取数据的读地址；第一加法器，用于将从所述存储器读取的数据与累加器中的数据相加；以及CORDIC模块，用于将相加的结果作为输入角度来产生正、余弦值。 按照本专利技术第二方面的实时数字正交解调装置，其中所述滤波参数生成模块包括第一存储器，用于存储Wei_Win(n)的值，以便用当前系数索引n对所述第一存储器查表从而得到窗函数相关的值Ha；Sin查找表地址生成模块，用于生成Sin查找表地址；第二存储器，用于存储正弦查找表，以便用Sin查找表地址对所述第二存储器查表从而得到正弦值Sn；以及第一乘法器，用于将Ha和正弦值Sn相乘，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于超声成像系统的实时数字正交解调方法，包括：乘法步骤，用于将同步分到两个乘法器的信号分别与正弦表和余弦表数值相乘；滤波步骤，用于根据来自乘法器的信号所代表的深度，利用相应的滤波参数对来自乘法器的信号进行滤波，以输出正交解调结果；其特征在于，还包括：正、余弦表生成步骤，用于实时生成正、余弦表数据；以及滤波参数生成步骤，用于实时生成相应的滤波参数以供对来自乘法器的信号进行滤波。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勇，胡勤军，皮兴俊，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]
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