[发明专利]使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统

权利要求书

1.使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于包括数据仿真模块、核心计算模块和显示图像模块；数据仿真模块采用Field II得到的超声仿真数据，通过网络传输到云主机中，经过CAPI接口传输到FPGA芯片后，核心计算模块执行并行的延迟叠加波束形成算法，计算得到图像数据，经过网络传输回来，通过显示图像模块显示出来。

2.根据权利要求1所述的使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于所述数据仿真模块使用Field II仿真器模拟超声成像中超声波的传播过程并取得仿真数据；在数据仿真模块中首先根据现实超声成像设备相应配置来模拟对应的仿真物理数据，创建发射和接收阵元，创建模拟检测对象，然后按照扫描线逐条模拟发射并接收回波数据。

3.根据权利要求1所述的使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于核心计算模块为基于CAPI传输技术的FPGA芯片，在FPGA芯片中实现延迟叠加波束形成算法，与基于CPU计算的延迟叠加波束形成算法具有相同的输入输出数据流和相同的延迟叠加处理。

4.根据权利要求1所述的使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于显示图像模块在核心计算模块得到像素数据后，对像素数据进行希尔伯特变化、对数压缩、灰度范围校正和图像深度及宽度计算等操作，最后将图像相关数据输出到对应的坐标系中，在屏幕显示成像，或将图像存储到文件中。

5.根据权利要求1所述的使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于核心计算模块包括输入数据分离器、行数循环生成器、延迟信号选择器、叠加器和数据输出控制器；

输入数据分离器：用于将CAPI总线的256位输入数据分离，并且规划好输入数据读取的顺序；

行数循环生成器：当图像中某一列像素点计算所需要的所有输入信号数据读取完毕时，行数循环生成器将开始生成行数循环变量j的值，变量j的初始值为0，在每一个时钟周期内自增1，直到最大值1023；

延迟信号选择器：延迟信号选择器将计算对应像素点不同数据通道上的延迟量，并选择对应的输入信号数据；延迟信号选择器包含了一个延迟量计算器和一个BRAM存储器，BRAM存储器用于存储某个数据输入接收通道接收到的输入信号数据；

叠加器：在并行延迟叠加算法的CAPI设计中共有64个延迟信号选择器，而这64个延迟信号选择器的输出值之和，即为当前坐标(i,j)处像素点的亮度值(image(i,j))；计算两个延迟信号选择器输出值之和需要一个加法器，对应地，计算64个延迟信号选择器输出值之和需要63个加法器；为了使得加法器设计流水线化，叠加器模块将加法器分为6个阶段层次，每层分别使用32、16、8、4、2、1个加法器；

输出数据控制器：输出的数据可以先存放于BRAM存储器中，每8个时钟周期通过CAPI总线接口向CPU输出一次数据。

6.根据权利要求5所述的使用CAPI加速的FPGA医学超声成像系统，其特征在于输入数据分离器通过如下的步骤读取数据：

第一步：在T时钟周期内，第0个至第7个延迟信号选择器读取一个CAPI输入信号数据；在(T+1)时钟周期内，第8个至第15个延迟信号选择器读取下一个CAPI输入信号数据；以次类推，直到在T+7时钟周期内，第56个至第63个延迟信号选择器读取下一个CAPI输入信号数据；

第二步：重复第一步所描述的步骤，直到生成的图像中的某一列像素点所需要的所有输入信号数据读取完毕；

第三步：当图像中某一列的所有像素点均计算完成，则回到第一步读取生成图像中下一列像素点所需要的输入信号数据过程。