[发明专利]一种用于超声信号处理的升采样滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声信号处理领域，具体地涉及升采样滤波方法。

背景技术

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。本发明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_in0，D_in1，D_in2，D_in3为20M速率输入的超声回波数据，D_out0，D_out1，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_out0＝D_in0*C0+D_in1*C4+D_in2*C8+D_in3*C12

D_out1＝D_in0*C1+D_in1*C5+D_in2*C9+D_in3*C13

D_out2＝D_in0*C2+D_in1*C6+D_in2*C10+D_in3*C14

D_out3＝D_in0*C3+D_in1*C7+D_in2*C11+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10M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。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种用于超声信号处理的升采样滤波方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，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。

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。