CN101806890B - 一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置，采用行程编码压缩超声波束合成聚焦参数，并使用解压缩装置按一定方法还原超声波束合成聚焦参数。本发明使用压缩方法存储医学超声系统波束合成的聚焦参数，使用较少的存储资源存储了大量的聚焦参数，并且降低了系统设计的复杂性。

Description

一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置

技术领域：

本发明涉及医学超声诊断系统，尤其涉及一种旨在节省系统存储资源并降低系统设计复杂度的波束合成聚焦参数的存储方法及其应用装置。

背景技术：

波束合成是医学超声诊断系统中的关键技术，通过波束合成得到的回波的质量对超声图像的清晰性和精确性有很大的影响。聚焦是波束合成中的关键步骤。目前常用的聚焦技术有实时分段动态聚焦和实时连续动态聚焦，都需要用到大量的聚焦参数。一般医学超声系统采用的方式是预先计算出大量的聚焦参数，并在使用前加载到系统中的存储器中。虽然这种做法较为简单，但是需要耗费大量的存储资源，导致硬件成本增加，每次加载大量的聚焦参数也需要耗费较多的时间，导致系统的时间效率较低。少数医学超声系统采用硬件实时计算聚焦参数，首先需要预存部分参数，并在每条扫描线发射接收前写入控制参数，然后在接收期间由硬件自动生成所需的聚焦参数。这种做法占用了较多的硬件计算单元，硬件设计复杂，控制难度较高。

经过计算分析和统计证明，在现有超声系统中，所需的聚焦参数中有较多的连续区域数值相同，所以可以采用一种无损压缩编码的方法，行程编码压缩，对原始聚焦参数进行压缩。

行程编码又称“运行长度编码”或“游程编码”，是一种统计编码，该编码属于无损压缩编码。行程编码的基本原理是：用一个符号值或串长代替具有相同值的连续符号(连续符号构成了一段连续的“行程”，行程编码因此而得名)，使符号长度少于原始数据的长度。行程编码技术运算复杂度低，便于减少存储容量，不会对系统造成额外负担。

对聚焦参数进行行程编码压缩后，在没有任何信息损失的情况下，大幅度的减少了聚焦参数的数量，可以大幅度减少存储聚焦参数所需的存储资源。在使用压缩聚焦参数时，仅仅需要简单的解压缩装置，便可以还原出原始聚焦参数。

美国专利6,110,116提出了一种预存储延迟参数的波束合成聚焦方法，即预先将聚集参数计算出并存储，每个焦区的回波使用相应的预先存储的聚焦参数。

上述专利的缺点是需要耗费大量的存储资源，导致硬件成本增加，每次加载大量的聚焦参数也需要耗费较多的时间，导致系统的时间效率较低。

公开号为CN 101097256A的专利提供了一种波束合成的接收聚焦参数的实时计算方法及装置，需要预先加载有限的初始化参数，通过迭代逼近计算，获得比较理想的聚焦参数。

上述专利的缺点是占用了较多的硬件计算单元，硬件设计复杂，控制难度较高。

发明内容：

本发明的主要目的是为了解决超声波束合成聚焦参数的存储问题，提出一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置，使用较少的存储资源存储了大量的聚焦参数，降低系统设计的复杂性。

本发明采用的技术方案为：

一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置，采用行程编码压缩超声波束合成聚焦参数，并使用解压缩装置按一定方法还原超声波束合成聚焦参数。

一种超声波束合成聚焦参数的解压缩装置，其特征在于：所述的解压缩装置包括：

a.聚焦参数加载单元，用于在更换探头时给存储器加载压缩聚焦参数；

b.存储器，用于存储上述聚焦参数加载单元加载的压缩聚焦参数，并根据地址计算单元产生的地址为缓冲提供指定地址的压缩聚焦参数；

c.缓冲，用于缓冲从所述存储器中读取的压缩聚焦参数，并且，为寄存器提供解压缩后的原始聚焦参数，为计数器提供解压缩后的当前原始聚焦参数的总共使用次数，为地址产生单元提供缓冲的当前满状态，缓冲的状态包括满和非满；

d.地址产生单元，用于计算存储器中的压缩聚焦参数的存储地址，判断缓冲的当前满状态，若缓冲非满，则存储地址自增1，读取下一个压缩聚焦参数，若缓冲满，则地址保持；

e.寄存器，用于存储从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即原始聚焦参数部分，并提供给聚焦参数使用单元使用；

f.计数器，用于记录解压缩后的当前原始聚焦参数还剩余的使用次数，当使用次数为零时装载从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即当前原始聚焦参数的总共使用次数，每使用一次就递减1；

g.比较器，用于判断解压缩后的原始聚焦参数还剩余的使用次数是否为零；

h.聚焦参数使用单元，用于接收解压缩后的原始聚焦参数，进行聚焦；

所述聚焦参数加载单元的信号输入端直接连接到上位机，聚焦参数加载单元的信号输出端连接到存储器，存储器连接到缓冲；缓冲连接到地址产生单元，地址产生单元再连接到存储器构成一个循环回路；缓冲连接到计数器，计数器连接到比较器，比较器再连接到缓冲构成另一个循环回路；缓冲连接到寄存器，寄存器连接到聚焦参数使用单元。

一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法，其特征在于：所述的压缩存储和解压缩方法包括以下步骤：

a.使用计算机配合相应软件，预先计算出所有探头的波束合成聚焦参数，每一个聚焦参数称为原始聚焦参数，并将原始聚焦参数存入计算机的存储器中；

b.使用计算机配合相应软件，采用行程编码压缩波束合成聚焦参数，每一个压缩聚焦参数包括两部分，一部分为原始聚焦参数，另一部分为当前原始聚焦参数的总共使用次数，并将合成聚焦参数存入上位机的存储器中，所述的上位机为单片机或其他嵌入式芯片为核心的系统；

c.当超声波系统更换探头时，聚焦参数加载单元从上位机的存储器中加载行程编码压缩后的压缩聚焦参数到存储器的指定地址；然后根据缓存的数据写入及读出，分为两个循环；

①写入循环：

(1)当超声波束开始合成，判断缓冲的状态是满或非满；

(2)缓冲状态是非满，则经过地址产生单元得到指定地址，从存储器的指定地址中装载压缩聚焦参数到缓冲中，地址增1；缓冲状态是满则缓冲停止装载压缩聚焦参数，地址保持；

②读出循环：

(1)从缓冲中读取压缩聚焦参数并送入寄存器，将寄存后的压缩聚焦参数拆分成原始聚焦参数部分和原始聚焦参数使用次数部分；

(2)原始聚焦参数部分送入聚焦参数使用单元供使用，原始聚焦参数使用次数部分送入计数器，同时对原始聚焦参数使用次数进行递减计数；

(3)将原始聚焦参数使用次数的递减计数结果送入比较器，和零比较，相等则执行步骤①，从缓冲中读取下一个压缩聚焦参数，不相等则继续递减。

本发明的优点为：

本发明使用压缩方法存储医学超声系统波束合成的聚焦参数，使用较少的存储资源存储了大量的聚焦参数，并且降低了系统设计的复杂性。

附图说明：

图1是波束合成聚焦参数的解压缩装置。

其中包括：聚焦参数加载单元1，存储器2，缓冲3，地址产生单元4，寄存器5，计数器6，比较器7，聚焦参数使用单元8。

图2是压缩存储的参数格式举例。

具体实施方式：

一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法及解压缩装置，采用行程编码压缩超声波束合成聚焦参数，并使用解压缩装置按一定方法还原超声波束合成聚焦参数。

一种超声波束合成聚焦参数的解压缩装置，其特征在于：所述的解压缩装置包括：

a.聚焦参数加载单元，用于在更换探头时给存储器加载压缩聚焦参数；

b.存储器，用于存储上述聚焦参数加载单元加载的压缩聚焦参数，并根据地址计算单元产生的地址为缓冲提供指定地址的压缩聚焦参数；

c.缓冲，用于缓冲从所述存储器中读取的压缩聚焦参数，并且，为寄存器提供解压缩后的原始聚焦参数，为计数器提供解压缩后的当前原始聚焦参数的总共使用次数，为地址产生单元提供缓冲的当前满状态，缓冲的状态包括满和非满；

d.地址产生单元，用于计算存储器中的压缩聚焦参数的存储地址，判断缓冲的当前满状态，若缓冲非满，则存储地址自增1，读取下一个压缩聚焦参数，若缓冲满，则地址保持；

e.寄存器，用于存储从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即原始聚焦参数部分，并提供给聚焦参数使用单元使用；

f.计数器，用于记录解压缩后的当前原始聚焦参数还剩余的使用次数，当使用次数为零时装载从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即当前原始聚焦参数的总共使用次数，每使用一次就递减1；

g.比较器，用于判断解压缩后的原始聚焦参数还剩余的使用次数是否为零；

h.聚焦参数使用单元，用于接收解压缩后的原始聚焦参数，进行聚焦；

所述聚焦参数加载单元的信号输入端直接连接到上位机，聚焦参数加载单元的信号输出端连接到存储器，存储器连接到缓冲；缓冲连接到地址产生单元，地址产生单元再连接到存储器构成一个循环回路；缓冲连接到计数器，计数器连接到比较器，比较器再连接到缓冲构成另一个循环回路；缓冲连接到寄存器，寄存器连接到聚焦参数使用单元。

一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法，其特征在于：所述的压缩存储和解压缩方法包括以下步骤：

a.使用计算机配合相应软件，预先计算出所有探头的波束合成聚焦参数，每一个聚焦参数称为原始聚焦参数，并将原始聚焦参数存入计算机的存储器中；

b.使用计算机配合相应软件，采用行程编码压缩波束合成聚焦参数，每一个压缩聚焦参数包括两部分，一部分为原始聚焦参数，另一部分为当前原始聚焦参数的总共使用次数，并将合成聚焦参数存入上位机的存储器中，所述的上位机为单片机或其他嵌入式芯片为核心的系统；

c.当超声波系统更换探头时，聚焦参数加载单元从上位机的存储器中加载行程编码压缩后的压缩聚焦参数到存储器的指定地址；然后根据缓存的数据写入及读出，分为两个循环；

①写入循环：

(1)当超声波束开始合成，判断缓冲的状态是满或非满；

(2)缓冲状态是非满，则经过地址产生单元得到指定地址，从存储器的指定地址中装载压缩聚焦参数到缓冲中，地址增1；缓冲状态是满则缓冲停止装载压缩聚焦参数，地址保持；

②读出循环：

(1)从缓冲中读取压缩聚焦参数并送入寄存器，将寄存后的压缩聚焦参数拆分成原始聚焦参数部分和原始聚焦参数使用次数部分；

(2)原始聚焦参数部分送入聚焦参数使用单元供使用，原始聚焦参数使用次数部分送入计数器，同时对原始聚焦参数使用次数进行递减计数；

(3)将原始聚焦参数使用次数的递减计数结果送入比较器，和零比较，相等则执行步骤①，从缓冲中读取下一个压缩聚焦参数，不相等则继续递减。

以下结合附图及附图所示之实施例对本发明装置和方法作进一步详述。

具体实施例中，原始聚焦参数的每个数据使用4bit存储，使用行程编码压缩后的数据格式为16bit，如图2所示。其中低4位表示原始聚焦参数，高12位表示低4位的当前原始聚焦参数的总共使用次数。如果不采用行程编码压缩，每16bit的存储空间只能存储4个4位的聚焦参数；采用游程编码压缩后，每16位的存储空间可存放的4位聚焦参数最高达4096个。由此可见，存储聚焦参数时采用行程编码压缩可以大幅度减少所需的存储资源，而且又不增加系统的复杂性。

解压缩方法和装置的实施过程如下：

更换超声探头时，由聚焦参数加载单元为存储器(本实施例为RAM)加载行程编码压缩后的压缩聚焦参数；判断缓冲状态，若未满，则从RAM中读取一个由地址产生单元生成的地址指定的压缩聚焦参数，同时地址产生单元的存储地址单元自增1，准备读取下一个压缩聚焦参数；寄存器存储从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即原始聚焦参数部分，并提供给聚焦参数使用单元使用，当解压缩后的原始聚焦参数总共使用次数使用完毕时，则装载由下一个从缓冲中读取的压缩聚焦参数中的原始聚焦参数部分；计数器记录当前解压后的当前原始聚焦参数还剩余的使用次数，当使用次数为零时装载从缓冲中读取的压缩聚焦参数中的当前原始聚焦参数的总共使用次数部分，每使用一次就递减1；使用比较器将计数器中记录的解压后的当前原始聚焦参数剩余的使用次数与零相比，即判断当前解压后的原始聚焦参的总共使用次数是否使用完毕，若解压缩后的原始聚焦参数的总共使用次数使用完毕，则读取缓冲中的下一个行程编码压缩后的压缩聚焦参数提供给寄存器和计数器。

Claims (2)

1.一种超声波束合成聚焦参数的解压缩装置，其特征在于：所述的解压缩装置包括：

a.聚焦参数加载单元，用于在更换探头时给存储器加载压缩聚焦参数；

b.存储器，用于存储上述聚焦参数加载单元加载的压缩聚焦参数，并根据地址产生单元产生的地址为缓冲提供指定地址的压缩聚焦参数；

c.缓冲，用于缓冲从所述存储器中读取的压缩聚焦参数，并且，为寄存器提供解压缩后的原始聚焦参数，为计数器提供解压缩后的当前原始聚焦参数的总共使用次数，为地址产生单元提供缓冲的当前满状态，缓冲的状态包括满和非满；

d.地址产生单元，用于计算存储器中的压缩聚焦参数的存储地址，判断缓冲的当前满状态，若缓冲非满，则存储地址自增1，读取下一个压缩聚焦参数，若缓冲满，则地址保持；

e.寄存器，用于存储从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即原始聚焦参数部分，并提供给聚焦参数使用单元使用；

f.计数器，用于记录解压缩后的当前原始聚焦参数还剩余的使用次数，当使用次数为零时装载从缓冲中读取的压缩聚焦参数的一部分，即当前原始聚焦参数的总共使用次数，每使用一次就递减1；

g.比较器，用于判断解压缩后的原始聚焦参数还剩余的使用次数是否为零；

h.聚焦参数使用单元，用于接收解压缩后的原始聚焦参数，进行聚焦；

所述聚焦参数加载单元的信号输入端直接连接到上位机，聚焦参数加载单元的信号输出端连接到存储器，存储器连接到缓冲；缓冲连接到地址产生单元，地址产生单元再连接到存储器构成一个循环回路；缓冲连接到计数器，计数器连接到比较器，比较器再连接到缓冲构成另一个循环回路；缓冲连接到寄存器，寄存器连接到聚焦参数使用单元。

2.一种超声波束合成聚焦参数的压缩存储和解压缩方法，其特征在于：所述的压缩存储和解压缩方法包括以下步骤：

a.使用计算机配合相应软件，预先计算出所有探头的波束合成聚焦参数，每一个聚焦参数称为原始聚焦参数，并将原始聚焦参数存入计算机的存储器中；

b.使用计算机配合相应软件，采用行程编码压缩波束合成聚焦参数，每一个压缩聚焦参数包括两部分，一部分为原始聚焦参数，另一部分为当前原始聚焦参数的总共使用次数，并将合成聚焦参数存入上位机的存储器中，所述的上位机为单片机或其他嵌入式芯片为核心的系统；

c.当超声波系统更换探头时，聚焦参数加载单元从上位机的存储器中加载行程编码压缩后的压缩聚焦参数到存储器的指定地址；然后根据缓存的数据写入及读出，分为两个循环；

①写入循环：

(1)当超声波束开始合成，判断缓冲的状态是满或非满；

(2)缓冲状态是非满，则经过地址产生单元得到指定地址，从存储器的指定地址中装载压缩聚焦参数到缓冲中，地址增1；缓冲状态是满则缓冲停止装载压缩聚焦参数，地址保持；

②读出循环：

(1)从缓冲中读取压缩聚焦参数并送入寄存器，将寄存后的压缩聚焦参数拆分成原始聚焦参数部分和原始聚焦参数使用次数部分；

(2)原始聚焦参数部分送入聚焦参数使用单元供使用，原始聚焦参数使用次数部分送入计数器，同时对原始聚焦参数使用次数进行递减计数；

(3)将原始聚焦参数使用次数的递减计数结果送入比较器，和零比较，相等则执行步骤①，从缓冲中读取下一个压缩聚焦参数，不相等则继续递减。

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