一种用于超声信号处理的升采样滤波方法技术

本发明专利技术通过对滤波系数进行调整，以使其为能被2^n(n尽可能大)整除的方法降低滤波器使用的资源；利用滤波系数对称的特点，减少乘法器数量而降低系统资源占用，利用移位相加和加法系数可配的方式实现任意滤波系数的乘法，并利用不同拍的滤波系数的相同部分复用加法器的方法降低资源。本发明专利技术经过以上方法，升采样滤波器需要消耗的资源可降为原来的一半以下，且控制非常简单，只用移位，求和，延时三种方法就可以实现，由于加法器位宽变小，系统工作的主频也显著提升，稳定性和处理能力均得到有效提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声信号处理领域，具体地涉及升采样滤波方法。
技术介绍
在数据处理中，为了提高采样率，提升系统的性能，通常进行升采样的处理方法， 因此提高升采样的性能，降低其实现的资源是十分必要的，特别在多通道系统当中，如果每个通道都要进行升采样处理，当升采样设计和实现不合理时，将会对系统造成较大的不利影响。下面就以某多通道系统的升采样为例进行说明多通道处理部分示意图如图1所示，某个通道的数据经过AD变换，串并转换之后， 求和之前，一般需要进行通道处理，对于某些通道数超大的系统，譬如超声系统(通常> 32 通道)，在各通道数据延时求和以前的处理，需要在每个通道上都进行，因此其总资源消耗都被较大的通道数目放大，因此对这种通道处理的资源进行优化，对提高系统的性价比有较大影响。由于资源消耗的限制，大量多通道系统都采用了线性插值的方式进行升采样处理，这样能有效降低资源消耗量，但其升采样效果却大打折扣。本专利技术具体的升采样算法示意图参看图2:假定超声设备中回波信号的AD采样为20M，升采样率为4，滤波阶数为4，假设D_ inO, D_inl, D_in2，D_in3 为 20M 速率输入的超声回波数据，D_outO，D_outl，D_out2，D_out3......为升采样后80M输出的升采样滤波结果，C0-C15为滤波器系数。图中黑色的点表示实际AD后的并行数据，空心的点表示升采样之后的输出的点。升采样滤波阶数为4，表示升采样滤波每4点一组进行，图中划出了从整线回波数据上抽出的任意四点数据做升采样滤波的示意图。假设升采样算法采用4点滤波。即升采样的输出如下式所示(D_out为升采样输出，D_in为升采样之前的数据)则升采样算法的具体做法是D_outO = D_in0*C0+D_inl*C4+D_in2*C8+D_in3*C12D_outl = D_inO*Cl+D_inl*C5+D_in2*C9+D_in3*C13D_out2 = D_in0*C2+D_inl*C6+D_in2*C10+D_in3*C14D_out3 = D_inO*C3+D_inl*C7+D_in2*Cll+D_in3*C15由此可以看出，该4点滤波器至少需要4个乘法器，3个加法器，如果设备中有64 个通道，则需要256个乘法器，192个加法器，而超声回波进行AD转换后至少都是12bit，且回波数据每个通道都是按照IOM以上速率12bit源源不断的输入，这对加法器的进位链和乘法器的位宽都是一个较大的消耗，这种资源消耗对目前的硬件器件来说是一个很大的挑战。另外一种实现升采样的方法是在如图1所示缓存输出的地方，即图中虚线部分进行升采样，这种方式把缓存输出的数据率直接提高升采样率倍，控制比较复杂，造成控制资源数量较大。以上两种常见处理方法，其系数都完全固定，这种处理方法灵活性较差，适用范围有限。现有实现升采样插值的技术控制比较复杂，在通道较多的情况下需要的资源将很大， 对系统造成较大不利影响，由于硬件的限制，现有技术造成升采样滤波效果不好。而现有系数可变且阶数较大，升采样滤波效果较好的算法，由于要消耗庞大的硬件乘法器等资源，通常的超声系统中都无法实现，即使实现了其性价比也很低。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供。本专利技术实现专利技术目的采用的技术方案是，，采用可编程门阵列实现升采样滤波，包括以下步骤a.先将滤波系数写为2的指数次幂求和的形式，再利用移位和加法运算实现升采样滤波前的各组数据与滤波系数的乘法运算，得到运算结果；b.当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，保存第一次由步骤a得到的运算结果；c.对所述步骤a得到的运算结果进行求和运算，其中，当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，将所述步骤b保存的运算结果直接延时进行所述求和运算，得到升采样滤波后的数据。更好地，所述步骤a中，若滤波系数能被2的更高次幂整除，则将滤波系数写为以该更高次幂为底数的指数次幂求和的形式。更好地，当所述滤波系数不同时，将不同滤波系数具有相同运算操作的部分定义为公共运算部分，将滤波系数拆分为具有所述公共运算部分和非公共运算部分，所述公共运算部分可重复使用。更好地，在进行所述加法运算时，先进行低位宽加法再进行高位宽加法。本专利技术的有益效果是1、通过对滤波系数进行调整，以使其为能被2~n(n尽可能大)整除的方法降低滤波器使用的资源；2、利用滤波系数对称的特点，减少乘法器数量而降低系统资源占用，利用移位相加和加法系数可配的方式实现任意滤波系数的乘法，并利用不同拍的滤波系数的相同部分复用加法器的方法降低资源；3、在加法时先进行低位宽加法再进行高位宽加法以达到节约资源的目的；本专利技术经过以上方法，升采样滤波器需要消耗的资源可降为原来的一半以下，且控制非常简单，只用移位，求和，延时三种方法就可以实现，由于加法器位宽变小，系统工作的主频也显著提升，稳定性和处理能力均得到有效提高。附图说明图1，多通道处理部分示意图。图2，升采样算法示意图。图3，本专利技术升采样滤波方法流程图。具体实施例方式，采用可编程门阵列实现升采样滤波， 升采样滤波方法流程图参看附图3，包括以下步骤a.先将滤波系数写为2的指数次幂求和的形式，再利用移位和加法运算实现升采样滤波前的各组数据与滤波系数的乘法运算，得到运算结果；现有的升采样系统实现的瓶颈在乘法器数量较多，因此本专利技术改用加法实现乘法的功能，把滤波系数改写成2的指数次幂求和的形式，譬如7 = 22+21+20 ；再利用移位和加法实现乘法，譬如D*7 = D << 2+D << 1+D，其中，D表示升采样滤波前的数据， << 2表示向左位移两位，<< 1表示向左位移一位，这种方式并不局限于固定的系数，任何系数均可以表示成2的指数次方求和的方式，譬如一个系数C，假设其位宽为4，使C = 2~3*kl+2~2*k2+2~l*k3+2~0*k4，通过配置kl_k4为0或1使C为4bit的任意系数，这种方式降低了升采样滤波器对于乘法器的要求，基于这种思路，可以对升采样的滤波系数先进行第一步处理，即满足原有滤波器滤波要求的基础上对滤波系数进行微调，使其能被更高次幂的2的指数次方整除，譬如原来被2整除的，改成被4整除，这样处理后，可以对加法求和过程进行简化，即如果滤波系数⑶，Cl，C2，C3均能被4整除，则可以使这些滤波系数先右移两位，即提取公因子4，再进行移位和求和得到中间结果后，再左移两位得到运算结果；b.当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，保存第一次由步骤a得到的运算结果；c.对所述步骤a得到的运算结果进行求和运算，其中，当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，将所述步骤b保存的运算结果直接延时进行所述求和运算，得到升采样滤波后的数据。通常滤波系数具有对称性，本专利技术利用滤波系数对称的特点，可以省略某些乘法运算，参看附图2，即CO = C15 ；Cl = C14 ；C2 = C13 ；C3 = C12 ；C4 = Cll ；C5 = ClO ；C6 = C9 ；C7 = C8 ；由于系数的对称性，在某一拍运算时，D_out0 = D本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于超声信号处理的升采样滤波方法，采用可编程门阵列实现升采样滤波，包括以下步骤：ａ．先将滤波系数写为２的指数次幂求和的形式，再利用移位和加法运算实现升采样滤波前的各组数据与滤波系数的乘法运算，得到运算结果；ｂ．当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，保存第一次由步骤ａ得到的运算结果；ｃ．对所述步骤ａ得到的运算结果进行求和运算，其中，当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，将所述步骤ｂ保存的运算结果直接延时进行所述求和运算，得到升采样滤波后的数据。

【技术特征摘要】
1.一种用于超声信号处理的升采样滤波方法，采用可编程门阵列实现升采样滤波，包括以下步骤a.先将滤波系数写为2的指数次幂求和的形式，再利用移位和加法运算实现升采样滤波前的各组数据与滤波系数的乘法运算，得到运算结果；b.当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，保存第一次由步骤a得到的运算结果；c.对所述步骤a得到的运算结果进行求和运算，其中，当所述升采样滤波前的各组数据中输入点相同且滤波系数相同时，将所述步骤b保存的运算结果直接延时进行所述求和运算，得到升采样滤波后的数据。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅勇，张羽，田应忠，
申请(专利权)人：深圳市蓝韵实业有限公司，
类型：发明
国别省市：94