KR101118515B1

KR101118515B1 - The apparatus of beamforming the ultrasound signal and the method using it

Info

Publication number: KR101118515B1
Application number: KR1020090080037A
Authority: KR
Inventors: 송태경; 이유화
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2012-03-12
Also published as: KR20110022440A

Abstract

본 발명은 초음파 신호 빔포머에 관한 것으로서 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N배(N은 자연수)의 샘플링 주파수로 초음파 신호를 샘플링하는 샘플링부; 샘플링부에서 샘플링된 초음파 신호를 저장하는 메모리부; 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 보간할 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 시간 지연 계산부; 및 시간 지연값을 이용하여 메모리부로부터 선택된 초음파 신호를 고정된 보간 계수를 이용하여 변환하는 보간부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 기존보다 높아지는 샘플링 주파수에 의하여 하드웨어 복잡도가 커지지만 본 발명에 적합한 구조를 제안하여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다.The present invention relates to an ultrasonic signal beamformer, comprising: a sampling unit for sampling an ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) of a center frequency of an array transducer receiving an ultrasonic signal reflected from a focal point; A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit; A time delay calculator for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the ultrasound signals stored in the memory unit; And an interpolation unit for converting the ultrasonic signal selected from the memory unit by using a time delay value using a fixed interpolation coefficient, and having a higher hardware complexity due to a higher sampling frequency than the conventional structure. By reducing the hardware complexity.

Description

The ultrasonic signal beamformer and the beamforming method using the same {The apparatus of beamforming the ultrasound signal and the method using it}

본 발명은 초음파 신호 빔포머에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래보다 높은 샘플링 주파수를 이용하여 보간 오차를 줄임으로써, 높은 해상도를 제공하고, 이에 따른 하드웨어의 복잡도는 감소된 초음파 신호 빔포머에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic signal beamformer, and more particularly, to reducing the interpolation error by using a higher sampling frequency than the prior art, thereby providing a high resolution, and the complexity of the hardware is related to an ultrasonic signal beamformer which is reduced. .

도 1은 배열 변환자를 이용한 송신 빔집속의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of transmission beam focusing using an array transformer.

빔집속은 초음파 영상의 측방향(Lateral Direction) 해상도 증가를 위해서 관찰하고자 하는 영상점을 통과하는 빔 폭을 줄여야 할 때 필요하다. Beam focusing is necessary when the beam width passing through the image point to be observed is needed to increase the lateral resolution of the ultrasound image.

도 1과 같이 수신 동적 집속 기법에서 송신 시에는 배열 변환자가 초음파를 송신하는 시간을 다르게 하여 하나의 집속점에 모두 같은 시간에 초음파가 도달하게 함으로써 위상이 같은 상태로 더해지도록 한다. 따라서 이 집속점에서 초음파가 합쳐질 때 진폭이 최대가 되며 집속점 이외의 부분에서는 위상이 서로 상쇄되어 신호가 매우 약해진다.As shown in FIG. 1, when transmitting in the reception dynamic focusing technique, the array transducer transmits the ultrasonic waves differently so that the ultrasonic waves arrive at the same focal point at the same time so that the phases are added in the same state. Therefore, the amplitude is maximized when the ultrasonic waves are combined at this focal point, and the phases cancel each other out of the focal point, resulting in a very weak signal.

도 2는 배열 변환자를 이용한 동적 수신 빔집속의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of dynamic reception beam focusing using an array transformer.

도 1과 도 2를 참조하면, 수신 빔집속을 수행하는 기본적인 원리는 송신시의 빔집속과 동일하다. 원하는 집속점으로부터 반사되어 들어오는 초음파 신호는 각각의 배열 변환자에 서로 다른 시간에 도달하게 되는데 이런 신호들에 대하여 도달하는 시간 차이만큼 시간 지연 값을 보상한 후에 합하면 집속점으로부터 온 신호들 간의 위상이 일치하여 가장 큰 진폭을 갖는다. 1 and 2, the basic principle of performing the reception beam focusing is the same as the beam focusing at the time of transmission. Ultrasonic signals reflected from the desired focal point will arrive at different times for each array transducer. Compensating the time delay by the time difference reached for these signals and adding them together will add phases between the signals from the focal point. Coincidentally has the largest amplitude.

수신 동적 빔집속 방법은 주사선상의 초음파가 진행하는 방향을 중심으로 하여 가까운 곳으로부터 먼 곳으로 이동해가며 가변시간지연을 조절함으로써 집속점을 동적으로 바꿔주는 방법으로 주사선상의 모든 영상점에 대하여 동적으로 집속할 수 있다. 이러한 수신 동적 빔집속 방법에서 높은 해상도의 초음파 영상을 얻기 위해서는 각 배열 변환자에 주는 가변시간지연 값을 배열 변환자 중심주파수(f_o)의 16배로(f_o) 샘플링하여 계산하여야 하지만 A/D 변환기(Analog to Digital Converter)의 성능과 집속에 사용되는 메모리의 크기 등을 고려하여 이보다 낮은 샘플링 주파수(sampling frequency)로 표본화한 다음 이를 보간하여 16f_o로 샘플링한 경우와 같도록 한 결과를 디지털 빔집속 시스템에서 사용하고 있다. 도 1 및 도 2에서 살펴본 수신 동적 집속 기법은 초음파를 송수신하여 빔을 집속함으로써 측방향 해상도를 증가시킨다.The receiving dynamic beam focusing method focuses on the direction of the ultrasonic wave on the scanning line and moves from near to far and dynamically changes the focusing point by adjusting the variable time delay. can do. In order to obtain high resolution ultrasound image in this method of receiving dynamic beam focusing, the variable time delay value given to each array transducer should be calculated by sampling 16 times (f _o ) the center frequency of the array transducer (f _o ), but A / D Taking into account the performance of the analog-to-digital converter and the size of the memory used for focusing, the sample is sampled at a lower sampling frequency, and then interpolated to obtain the same result as the digital beam sampled at 16 f _o . It is used in a focusing system. The receiving dynamic focusing method described in FIGS. 1 and 2 increases the lateral resolution by focusing a beam by transmitting and receiving ultrasonic waves.

도 3은 수신 동적 빔집속 방법에서 사용되는 이상적인 빔포머 모델의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of an ideal beamformer model used in a reception dynamic beam focusing method.

빔포머란 디지털 빔집속 시스템의 동적 집속을 위해서 샘플링된 초음파 수신 신호를 집속하고자 하는 위치에 따라 각 변환자별로 가변 시간 지연을 보상하여 합 성하는 역할을 하는 장치이다. 높은 해상도의 영상을 얻기 위해 이러한 시간 지연 값은 변환자 중심 주파수(f_o)의 16배로(16f_o) 표본화하여 계산되어야 한다. 현재 대부분의 빔집속 시스템은 수신 신호를 4f_o로 표본화한 뒤 16f_o의 시간 지연값을 갖도록 보간하는 방법을 사용하고 있다.The beamformer is a device that compensates and combines a variable time delay for each transducer according to a position to focus a sampled ultrasonic reception signal for dynamic focusing of a digital beam focusing system. This time delay value to obtain an image of high resolution is to be calculated by sampling 16 times (16f _o) of the transformer center frequency (f _o). Currently, most beam focusing systems use a method of sampling the received signal to 4f _o and interpolating it with a time delay of 16f _o .

도 3에서 보는 바와 같이 이상적인 빔포머는 각 배열 변환자가 수신한 신호를 배열 변환자별로 가변 시간 지연을 보상하여 합성한다. 합성된 신호는 다음의 수학식 1과 같이 계산된다.As shown in FIG. 3, an ideal beamformer synthesizes a signal received by each array transformer by compensating a variable time delay for each array transformer. The synthesized signal is calculated as in Equation 1 below.

여기서, N은 합성하는 채널 수, a_n 은 apodization을 위한 계수, x_n(t)는 수신 신호, τ_n은 가변 시간 지연을 의미한다. Where N is the number of channels to be synthesized, a _n is a coefficient for apodization, x _n (t) is a received signal, and τ _n is a variable time delay.

도 4는 수신 동적 빔집속 방법에서 사용되는 이상적인 빔포머 모델을 디지털 시스템으로 구현하기 위한 모델이다. 이때 합성된 신호는 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.4 is a model for implementing an ideal beamformer model used in the reception dynamic beam focusing method in a digital system. In this case, the synthesized signal is calculated as in Equation 2 below.

여기서 T_i는 입력 샘플링 주기, T_o는 출력 샘플링 주기를 의미하며 가변 시간 지연을 주기 위한 정수값 M_n은 다음의 수학식 3과 같이 계산된다. Here, T _i denotes an input sampling period, T _o denotes an output sampling period, and an integer value M _n for giving a variable time delay is calculated as in Equation 3 below.

집속된 신호를 실시간으로 출력하기 위해 입력 신호를 저장하는 버퍼를 두어야 하며 이때 입력 버퍼는 M_n의 최대값보다 커야한다. In order to output the focused signal in real time, a buffer for storing the input signal must be provided, and the input buffer must be larger than the maximum value of M _n .

도 5는 디지털 신호를 보간하는 장치를 나타낸 블록도이다. 디지털 신호를 보간하는 장치는 AD변환부(510), 제로패딩부(520), 및 보간부(530)로 구성된다.5 is a block diagram illustrating an apparatus for interpolating a digital signal. An apparatus for interpolating a digital signal includes an AD converter 510, a zero padding unit 520, and an interpolator 530.

AD 변환부(510)는 입력신호 x(t)를 샘플링하여 δ간격으로 표본화된 데이터인 x(mδ)를 출력한다. The AD converter 510 samples the input signal x (t) and outputs x (mδ), which is data sampled at δ intervals.

제로 패딩부(520)는 δ간격으로 표본화한 데이터인 x(mδ)를 Δ간격으로 보간하기 위하여 0 삽입(zero padding)을 한 결과로 v(mΔ)를 출력한다. The zero padding unit 520 outputs v (mΔ) as a result of zero padding in order to interpolate x (mδ), which is data sampled at δ intervals, at Δ intervals.

보간부(530)는 0 삽입된 신호인 v(mΔ)를 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 이용하여 Δ주기의 데이터로 보간한다. The interpolator 530 interpolates the zero-inserted signal v (mΔ) into data having a period of Δ using a Finite Impulse Response (FIR) filter.

초음파 영상에서 수신 동적 집속을 하기 위하여 송신된 초음파 신호를 수신하여 표본화한 다음 각 배열 변환자에 가변 시간 지연을 주고 이를 더하여 에코 처리부(미도시)에 출력을 보낸다. 이때 높은 해상도를 위해서 시간 지연 값은 일반적으로 16f₀의 시간지연 해상도(delay resolution)를 요구한다. 수신된 신호를 16f₀의 샘플링 주파수로 표본화할 경우 고속 A/D 변환기 및 집속에 사용되는 많은 메모리 용량이 필요하다. 또한, 에코 처리부(미도시)와 디지털 주사선 변환기(미도시)에서 필요한 표본화 주파수는 Nyquist rate(4f₀)이므로 수신된 신호를 Nyquist rate 이상으로 표본화한 다음 이를 보간하는 방식을 사용하고 있다. In order to receive dynamic focusing on the ultrasound image, the received ultrasound signal is sampled and sampled, and then a variable time delay is added to each array transducer and the output is sent to an echo processor (not shown). In this case, for high resolution, a time delay value generally requires a delay resolution of 16f ₀ . Sampling the received signal at a sampling frequency of 16f ₀ requires a lot of memory capacity for fast A / D converters and focusing. In addition, since the sampling frequency required by the echo processor (not shown) and the digital scanning line converter (not shown) is Nyquist rate (4f ₀ ), the received signal is sampled above the Nyquist rate and then interpolated.

도 6은 도 5의 보간부(530)가 보간하는 신호를 개념적으로 나타낸 것이다.FIG. 6 conceptually illustrates signals interpolated by the interpolator 530 of FIG. 5.

도 6을 참조하면, ×는 샘플링된 신호를 나타내고, ○는 보간하여 집속할 신호를 나타낸다. 표본화된 신호, 보간하여 집속할 신호의 주기는 도 6에 도시된 바와 같으며 임의의 시간 지연 값 τ_n을 16f₀의 시간지연 해상도로 주기 위하여 보간된 신호를 필요로 한다. Referring to Fig. 6, x denotes a sampled signal, and? Denotes a signal to be interpolated and focused. The period of the sampled signal, the signal to be interpolated and focused, is shown in FIG. 6 and requires an interpolated signal to give an arbitrary time delay value τ _n with a time delay resolution of 16f ₀ .

도 7은 도 5에 도시된 디지털 신호를 보간하는 장치의 입출력 신호가 갖는 주파수 성분을 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates frequency components of an input / output signal of an apparatus for interpolating the digital signal illustrated in FIG. 5.

도 7(a)는 4f₀의 샘플링 주파수를 갖는 입력 신호 x(t)의 주파수 성분을 나타낸 것이다. Fig. 7 (a) shows the frequency components of the input signal x (t) with a sampling frequency of 4f ₀ .

도 7(b)는 보간부(530)에 포함되어 있는 필터의 주파수 성분을 나타낸 것이다. 보간부(530)에 포함되어 있는 필터는 통과대역 리플(passband ripple)과 저지대역 리플(stopband ripple)이 있는 필터이며, 필터의 차수가 높을수록 리플의 크기가 작아지게 된다. FIG. 7B illustrates frequency components of the filter included in the interpolator 530. The filter included in the interpolator 530 is a filter having passband ripple and stopband ripple, and the higher the order of the filter, the smaller the size of the ripple.

도 7(c)는 제로 패딩부(520)가 AD 변환부(510)으로부터 수신한 신호에 0을 삽입한 신호의 주파수 성분을 나타낸 것이다. 4f₀의 샘플링 주파수에서 샘플링한 데 이터를 16f₀의 샘플링 주파수에서 샘플링한 데이터와 같도록 하기 위해 0을 삽입하면, 3개의 이미지가 추가로 생긴다.FIG. 7C illustrates a frequency component of a signal in which zero padding 520 inserts 0 into a signal received from AD converter 510. If you insert 0 to make the data sampled at the sampling frequency of 4f ₀ equal to the data sampled at the sampling frequency of 16f ₀ , three more images are created.

도 7(d)는 도 7(c)의 신호가 도 7(b)로 표현되는 필터를 통과한 후의 신호를 주파수 측면에서 나타낸 것이다. 즉, 보간부(530)를 통과한 신호의 주파수 성분을 나타낸 것이다. 보간부(530)에 포함되어 있는 필터의 성능에 따라 입력 신호의 왜곡과 이미지 성분에 왜곡이 생겨 도 7(a)와 도 7(d)의 비교로부터 알 수 있듯이 원래 입력신호와 보간부(530)의 출력신호 사이에 오차가 발생하게 된다. 필터의 사양이 좋거나 이미지 성분이 적을수록 오차가 줄어들게 되지만 필터의 사양은 필터의 차수와 비례하므로 좋은 필터를 구현하려면 높은 하드웨어 복잡도를 요구하게 된다. 이미지 성분 역시 보간율이 낮을수록 적은데, 표본화율이 높을수록 보간율이 작아지게 되고 고속화된 시스템을 요구하게 된다. 표본화율이 높다는 것은 샘플링 주파수가 높다는 것을 의미하고 그 결과 보간율은 작아진다.Fig. 7 (d) shows the signal after the signal of Fig. 7 (c) passes through the filter represented by Fig. 7 (b) in terms of frequency. That is, the frequency component of the signal passing through the interpolator 530 is shown. According to the performance of the filter included in the interpolator 530, distortion of an input signal and distortion of an image component are generated, and as can be seen from the comparison of FIGS. 7A and 7D, the original input signal and the interpolator 530. Error occurs between the output signals. The better the specification of the filter or the fewer the image components, the smaller the error. However, the specification of the filter is proportional to the order of the filter. Therefore, implementing a good filter requires high hardware complexity. The lower the interpolation rate, the lower the image component. The higher the sampling rate, the smaller the interpolation rate and the faster the system. Higher sampling rates mean higher sampling frequencies, which results in lower interpolation rates.

이상에서 살펴본 바와 같이 종래에는 4f₀의 샘플링 주파수를 가지고 16f₀의 샘플링 주파수의 시간지연 해상도를 갖기 위해 제로 패딩과 보간하는 과정에서 신호의 왜곡과 이미지 성분에 의한 왜곡이 존재하는 문제점이 있었다.As described above, there has been a problem in that signal distortion and distortion due to image components exist in the process of interpolation and zero padding to have a time delay resolution of a sampling frequency of 16f _{0 with} a sampling frequency of 4f ₀ .

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 보간 오차를 줄이면서 하드웨어의 복잡도를 감소시킬 수 있는 초음파 신호 빔포머를 제공하는 것이다.Therefore, the first problem to be solved by the present invention is to provide an ultrasonic signal beamformer that can reduce the complexity of hardware while reducing the interpolation error.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 보간 오차를 줄이면서 하드웨어의 복잡도를 감소시킬 수 있는 초음파 신호 빔포밍 방법을 제공하는 것이다.The second problem to be solved by the present invention is to provide an ultrasonic signal beamforming method that can reduce the complexity of hardware while reducing the interpolation error.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N배(N은 자연수)의 샘플링 주파수로 상기 초음파 신호를 샘플링하는 샘플링부; 상기 샘플링부에서 샘플링된 초음파 신호를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 보간할 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 시간 지연 계산부; 및 상기 시간 지연값을 이용하여 상기 메모리부로부터 선택된 초음파 신호를 고정된 보간 계수를 이용하여 변환하는 보간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 빔포머를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sampling apparatus configured to sample an ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) of a center frequency of an array transducer receiving an ultrasonic signal reflected from a focal point; A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit; A time delay calculator for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the ultrasound signals stored in the memory unit; And an interpolation unit for converting the ultrasonic signal selected from the memory unit using the time delay value using a fixed interpolation coefficient.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보간부의 보간 계수는 하프밴드 필터(halfband filter)의 필터계수로부터 계산될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the interpolation coefficient of the interpolation unit may be calculated from a filter coefficient of a halfband filter.

또한, 상기 보간부는 상기 시간 지연값에 따라 상기 고정된 보간 계수를 이용하여 보간할 것인지 소정의 상수값을 사용하여 보간할 것인지 결정할 수 있다.The interpolator may determine whether to interpolate using the fixed interpolation coefficient or interpolate using a predetermined constant value according to the time delay value.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 보간부로 입력되는 초음파 신호를 보 간 계수를 이용하여 변환하기 전에 동일한 보간 계수를 이용하는 샘플링된 초음파 신호들을 가산하고, 상기 보간부는 상기 가산된 초음파 신호들에 대하여 보간하는 하나의 보간부로 구성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, before converting the ultrasonic signal input to the interpolator using an interpolation coefficient, the sampled ultrasonic signals using the same interpolation coefficient are added, and the interpolation unit is added to the added ultrasonic signals. It can be configured with one interpolation unit to interpolate.

또한, 상기 샘플링된 초음파 신호들을 합하는 데 있어서, 상기 보간부에 포함된 필터의 차수 L보다 레지스터를 하나 더 두고, 첫번째 레지스터부터 L번째 레지스터까지의 레지스터 세트와 두번째 레지스터부터 L+1번째 레지스터까지의 레지스터 세트 중 멀티플렉서를 이용하여 하나를 선택하여 상기 샘플링된 초음파 신호들을 합할 수 있다.In addition, in the sum of the sampled ultrasonic signals, one more register is placed than the order L of the filter included in the interpolation unit, and the register set from the first register to the Lth register and the second register to the L + 1th register One of the register sets may be selected using a multiplexer to sum the sampled ultrasound signals.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 보간부의 시스템 클락은 상기 중심 주파수의 8배이고, 상기 보간부의 출력은 상기 중심 주파수의 4배인 경우, 상기 보간부는 한번의 시스템 클락마다 인접한 두 개의 샘플링 신호들 중 하나를 멀티플렉서로 선택하고, 1회 데이터 출력시 보간 계수가 적용된 2개의 샘플링 신호들을 가산하여 출력할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when the system clock of the interpolator is 8 times the center frequency, and the output of the interpolator is 4 times the center frequency, the interpolator is adjacent to two samplings per one system clock. One of the signals may be selected as a multiplexer, and two sampling signals to which an interpolation coefficient is applied may be added and output.

또한, 상기 중심 주파수의 8배의 샘플링 주파수로 상기 초음파 신호를 샘플링하는 경우, 상기 샘플링한 데이터에 2배의 제로패딩(zero-padding)을 하는 제로 패딩부를 더 포함할 수 있다.In addition, when sampling the ultrasound signal at a sampling frequency eight times the center frequency, the padding unit may further include a zero padding unit that performs zero-padding twice on the sampled data.

또한, 상기 시간 지연 계산부의 시스템 클락은 상기 중심 주파수의 8배이고, 상기 시간 지연 계산부의 출력은 상기 중심 주파수의 4배인 경우, 멀티플렉서를 이용하여 2번의 시스템 클락 동안 인접한 두 개의 변환자에 대응하는 시간 지연값을 계산할 수 있다.In addition, when the system clock of the time delay calculator is 8 times the center frequency and the output of the time delay calculator is 4 times the center frequency, a time corresponding to two adjacent converters during two system clocks using a multiplexer is used. The delay value can be calculated.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N배(N은 자연수)의 샘플링 주파수로 상기 초음파 신호를 샘플링하는 단계; 상기 샘플링부에서 샘플링된 초음파 신호를 저장하는 단계; 상기 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 보간할 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 단계; 및 상기 시간 지연값을 이용하여 상기 메모리부로부터 선택된 초음파 신호를 고정된 보간 계수를 이용하여 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 빔포밍 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for performing the second task, the method comprising: sampling the ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) the center frequency of the array transducer receiving the ultrasonic signal reflected from a focal point; Storing the ultrasonic signal sampled by the sampling unit; Calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the ultrasound signals stored in the memory unit; And converting the ultrasonic signal selected from the memory unit by using the time delay value using a fixed interpolation coefficient.

본 발명에 따르면, 기존보다 높아지는 샘플링 주파수에 의하여 하드웨어 복잡도가 커지지만 본 발명에 적합한 구조를 제안하여 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 채널 수에 상관없이 하나의 보간기만을 사용하여 시간지연 해상도를 만족시킬 수 있다. 나아가 본 발명에 따르면, 시간지연 계산기의 경우 시분할 방법을 이용하여 하드웨어 복잡도를 절반으로 줄일 수 있다.According to the present invention, hardware complexity is increased by higher sampling frequency than the conventional one, but hardware complexity can be reduced by proposing a structure suitable for the present invention. In addition, according to the present invention, only one interpolator may be used to satisfy the time delay resolution regardless of the number of channels. Furthermore, according to the present invention, the time delay calculator can reduce the hardware complexity by half using a time division method.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 빔포머는 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N배(N은 자연수)의 샘플링 주파수로 상기 초음파 신호를 샘플링하는 샘플링부; 상기 샘플링부에서 샘플링된 초음파 신호를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 보 간할 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 시간 지연 계산부; 및 상기 시간 지연값을 이용하여 상기 메모리부로부터 선택된 초음파 신호를 고정된 보간 계수를 이용하여 변환하는 보간부를 포함한다. 고정된 보간 계수를 이용함으로써, 하나의 보간기만을 사용할 수 있어 하드웨어 복잡도를 감소시키는 효과가 있다.The ultrasonic beamformer according to an embodiment of the present invention includes a sampling unit for sampling the ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) of the center frequency of the array transducer receiving the ultrasonic signal reflected from the focal point; A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit; A time delay calculator for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the ultrasound signals stored in the memory unit; And an interpolation unit for converting the ultrasonic signal selected from the memory unit using the time delay value using a fixed interpolation coefficient. By using a fixed interpolation coefficient, only one interpolator can be used, which has the effect of reducing hardware complexity.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 빔집속 방법은 기존의 방식보다 높은 표본화 주파수로 샘플링하기 때문에 높은 시스템 클락(system clock)으로 동작하는 고속화된 하드웨어를 필요로 한다. 또한 고속화된 하드웨어는 높은 하드웨어 복잡도를 의미하며, 이러한 복잡도를 감소시키기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 고속 표본화 빔포머의 특성에 맞춰 기존의 빔포머와 비슷한 하드웨어 복잡도를 갖는 빔포머를 설명하기로 한다.The beam focusing method according to an embodiment of the present invention requires faster hardware to operate at a higher system clock since sampling at a higher sampling frequency than conventional methods. In addition, the accelerated hardware means a high hardware complexity, and in order to reduce the complexity, an embodiment of the present invention will describe a beamformer having a hardware complexity similar to that of a conventional beamformer according to the characteristics of the fast sampling beamformer. .

도 8은 4f₀의 샘플링 주파수에서의 보간 빔집속 방식을 나타낸 것이다.8 illustrates an interpolation beam focusing scheme at a sampling frequency of 4f ₀ .

도 8에 도시된 보간 빔집속 방식은 수신된 신호를 4f₀의 샘플링 주파수로 표본화하고, 이를 4배 보간하여 16f₀의 세밀한 시간지연을 준 다음 4배 데시메이션(decimation)하여 최종 출력은 4f₀의 출력율을 갖는다. The interpolated beam focusing method shown in FIG. 8 samples the received signal at a sampling frequency of 4f ₀ , interpolates it 4 times to give a fine time delay of 16f ₀ , and then decimates 4 times so that the final output is 4f _0. Has an output rate of.

도 9는 도 8에 도시된 보간 빔집속 방식을 수행하기 위한 빔포머의 개념도를 나타낸 것이다.FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a beamformer for performing the interpolation beam focusing method illustrated in FIG. 8.

도 9를 참조하면, 4f₀의 시간 지연 값을 갖는 coarse delay를 준 다음 이를 보간하여 이보다 세밀한 시간 지연 값인 fine delay를 주어 최종적으로 더해준다. 입력되는 데이터가 4f₀의 샘플링 주파수를 가지며 전체 시스템 클락(system clock)은 입력 샘플링 주파수와 같다.9, a coarse delay having a time delay value of 4f ₀ is given and then interpolated to give a fine delay, which is a finer time delay value, and finally added. The input data has a sampling frequency of 4f ₀ and the entire system clock is equal to the input sampling frequency.

도 10(a)는 4f₀의 샘플링 주파수를 갖는 보간 빔포머의 전체 구조를 나타낸 것이다. 도 10(b)는 보간 빔포머의 전체 구조 중 한 채널에 대응하는 빔포머의 상세구조를 나타낸 것이다.10 (a) shows the overall structure of an interpolation beamformer having a sampling frequency of 4f ₀ . FIG. 10 (b) shows a detailed structure of a beamformer corresponding to one channel of the overall structure of the interpolated beamformer.

시간지연 계산기를 이용하여 coarse delay를 계산하고, 메모리에 저장된 데이터 중에서 보간할 데이터를 얻는다. 메모리에서 출력된 데이터를 4배 보간하여 fine delay의 지연 값을 주기 위해 4개의 페이즈(phase) 중 하나를 선택한 다음 선택한 페이즈에 맞게 보간기 필터 계수를 바꾸어 원하는 데이터를 얻은 다음 더함으로써, 최종 초음파 영상점 데이터를 얻을 수 있다.Calculate the coarse delay using the time delay calculator and get the data to interpolate from the data stored in memory. Final ultrasound image by selecting one of four phases to interpolate the data output from memory four times to give a delay of fine delay, then changing the interpolator filter coefficients to match the selected phase to obtain the desired data and then adding it. Point data can be obtained.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 8f₀의 샘플링 주파수에서의 보간 빔집속 방식을 나타낸 것이다.11 illustrates an interpolation beam focusing method at a sampling frequency of 8f ₀ according to an embodiment of the present invention.

8f₀의 샘플링 주파수로 표본화된 신호를 2배 보간하여 16f₀의 샘플링 주파수의 데이터를 얻은 후 시간지연을 주고 4배 데시메이션하여 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보간 빔집속 방식에서는 보간하기 위하여 π에 위치한 이미지 성분만을 제거하므로 half-band filter를 사용할 수 있다. The data sampled at 8f ₀ sampling frequency is double-interpolated to obtain data at the sampling frequency of 16f ₀ . In the interpolation beam focusing method according to an exemplary embodiment of the present invention, a half-band filter may be used because only an image component located at π is removed to interpolate.

도 12는 보간 빔집속 방식에서 사용하는 기존의 필터 사양과 본 발명의 일 실시예에서 사용하는 half-band filter의 사양을 비교한 도면이다.12 is a view comparing the specifications of the conventional filter used in the interpolation beam focusing method with the specifications of the half-band filter used in an embodiment of the present invention.

도 12(a)는 기존의 일반적인 보간 빔집속 방식에서 사용하는 필터 사양을 나타내고, 도 12(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 half-band filter의 사양을 나타낸다.FIG. 12A illustrates a filter specification used in a conventional general interpolation beam focusing scheme, and FIG. 12B illustrates a specification of a half-band filter according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 12(a)의 경우 이미지 성분을 제거하고 앨리어싱(aliasing)이 생기지 않도록하는 필터의 중심 주파수가 ω=0.25π이다. 그러나 패스밴드(passband)와 스톱밴드(stopband) 사이의 전이구간(transition)의 크기 왜곡과 앨리어싱 때문에 오차가 발생한다. 반면 도 12(b)를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 half-band 필터는 제거할 이미지 성분이 넓은 전이 구간 내에 존재하므로 오차가 작아지게 된다.In the case of Fig. 12A, the center frequency of the filter for removing image components and preventing aliasing is ω = 0.25 π. However, errors occur due to size distortion and aliasing of transitions between passbands and stopbands. 12 (b), the half-band filter according to the exemplary embodiment of the present invention has a small error since the image component to be removed exists within a wide transition period.

Half-band filter는 다음의 수학식 4와 같이 설계하며, 도 12와 같이 중심을 제외한 2n번째 필터 계수는 0인 특징을 갖는다. The half-band filter is designed as in Equation 4 below, and as shown in FIG. 12, the 2n-th filter coefficient excluding the center has a characteristic of 0.

도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 빔집속을 위한 빔포머에 사용되는 필터의 특성을 나타낸 것이다. 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 빔집속을 위한 빔포머에 사용되는 필터의 예이며, 이때 필터 차수는 16이고, w_p는 0.3π, w_s는 0.7π인 등리플 필터(equiripple filter)이다. FIG. 13 illustrates characteristics of a filter used in a beamformer for ultrasound signal beam focusing according to an embodiment of the present invention. 13 is an example of a filter used in a beamformer for ultrasound signal beam focusing according to an embodiment of the present invention, in which the filter order is 16, w _p is 0.3π, w _s is 0.7π equiripple filter).

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 빔집속을 위한 빔포머에 사용되는 필터의 필터계수와 이에 대응하는 8f₀의 샘플링 주파수의 데이터를 도시한 것이다.FIG. 14 illustrates data of a filter coefficient of a filter used in a beamformer for ultrasound signal beam focusing and a sampling frequency of 8f ₀ corresponding thereto according to an embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14를 참조하면, 4f₀의 샘플링 주파수로 샘플링된 데이터에 2배 제로 패딩을 하고, 2배 제로 패딩된 데이터에 half-band filter를 사용하여 보간하는 경우, 2개의 페이즈 중 첫번째 페이즈(도 14(b))는 중심 데이터에 하나의 상수만 곱한 값으로 복원된 데이터를 구할 수 있으며, 두번째 페이즈(도 14(c))는 하나의 필터 계수 세트만으로 보간이 가능하다. 즉, 첫번째 페이즈는 곱셈기 하나로 보간 오차 없는 신호의 복원이 가능하고, 두번째 페이즈는 고정된 하나의 필터 계수 세트로 보간이 가능함을 알 수 있다. 이와 같은 특성으로부터 8f₀의 샘플링 주파수의 데이터를 이용하여 초음파 신호 빔집속을 하는 경우 하드웨어 구조를 간단히 할 수 있다.Referring to FIGS. 13 and 14, when double-zero padding is performed on data sampled at a sampling frequency of 4f ₀ and a half-band filter is interpolated on double-zero padded data, the first phase of two phases is used. FIG. 14 (b) shows the data reconstructed by multiplying the central data by only one constant, and the second phase (FIG. 14 (c)) can be interpolated using only one filter coefficient set. That is, it can be seen that the first phase can recover a signal without interpolation error with one multiplier, and the second phase can be interpolated with a fixed set of filter coefficients. From such characteristics, the hardware structure can be simplified when the ultrasound signal beam focusing is performed using data of a sampling frequency of 8f ₀ .

도 15는 도 10에 도시된 보간 빔포머의 구조를 본 발명의 일 실시예에 따라 간략화한 구조를 나타낸 것이다.FIG. 15 illustrates a simplified structure of the interpolation beamformer shown in FIG. 10 according to an embodiment of the present invention.

도 14에서 살펴본 바와 같이 첫번째 페이즈는 입력 데이터에 상수 값을 곱하 면 계산되고, 두번째 페이즈는 하나의 필터 계수 세트를 사용하여 보간하거나 상수 값을 곱한 입력 데이터를 가져오면 계산되기 때문에 멀티플렉서를 사용하여 데이터 경로(path)를 정해준다. 멀티플렉서는 시간 지연 계산기의 시간 지연 계산 값에 의하여 데이터 경로를 선택한다.As shown in FIG. 14, the first phase is calculated by multiplying input data by a constant value, and the second phase is calculated by interpolating using one set of filter coefficients or by obtaining input data multiplied by a constant value. Set the path. The multiplexer selects the data path by the time delay calculation value of the time delay calculator.

도 16은 도 10에 도시된 보간 빔포머의 구조를 본 발명의 다른 실시예에 따라 간략화한 구조를 나타낸 것이다.FIG. 16 illustrates a simplified structure of the interpolation beamformer shown in FIG. 10 according to another embodiment of the present invention.

도 15에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 빔집속 방식에서는 하나의 고정된 필터계수 세트를 필요로 하기 때문에 필터 계수에 의해 결정되는 보간 계수를 바꾸지 않고 고정할 수 있다. 그러므로 도 16에 도시된 바와 같이 서브썸 블럭(subsum block)은 보간할 데이터 값을 미리 더한 다음 더해진 결과를 보간기의 입력으로 사용한다. 서브썸 블럭에서 각 필터 계수마다 곱해줄 데이터를 미리 더해준 다음 보간기를 이용하여 보간한다. 이와 같이 서브썸 블럭으로 간략화할 수 있는 이유는 도 15에 도시된 보간기의 보간계수들이 하나로 고정될 수 있기 때문이다. 도 16에 도시된 보간 빔포머의 구조에서는 채널 수에 상관없이 하나의 보간기만으로 보간할 수 있으므로 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다. As shown in FIG. 15, since the beam focusing method according to the present invention requires one fixed filter coefficient set, it can be fixed without changing the interpolation coefficient determined by the filter coefficients. Therefore, as shown in FIG. 16, the subsum block adds data values to be interpolated in advance and then uses the added result as an input of the interpolator. In the subsum block, data to be multiplied for each filter coefficient is added in advance, and then interpolated using an interpolator. This can be simplified to the subsum block because the interpolation coefficients of the interpolator shown in FIG. 15 can be fixed to one. In the structure of the interpolation beamformer illustrated in FIG. 16, hardware complexity may be reduced because interpolation may be performed using only one interpolator regardless of the number of channels.

도 17은 도 16에 도시된 서브썸 블럭의 상세도를 나타낸 것이다.FIG. 17 is a detailed view of the subsum block shown in FIG. 16.

도 17의 서브썸 블럭에 입력되는 데이터는 8f₀의 데이터율(data rate)을 가지지만 출력되는 데이터는 4f₀의 데이터율을 가지므로 도 17과 같이 필터의 차수보다 레지스터(register)를 하나 더 두어 두 개의 세트 중 멀티플렉서를 통하여 하나 의 세트를 선택한다. 도 17의 각 채널별 N번째 레지스터의 값과 N+1번째 레지스터의 값 중에서 멀티플렉서를 이용하여 하나를 선택하고, 각 채널별로 선택된 값을 합산하여 P₁, P₂,.....P_N을 계산한다.The data input to the subsum block of FIG. 17 has a data rate of 8f ₀ , but the output data has a data rate of 4f ₀ , so one more register is registered than the order of the filter as shown in FIG. 17. A set of two sets is selected through a multiplexer. Select one of the values of the Nth register for each channel and the value of the N + 1th register of FIG. 17 by using a multiplexer, and add the selected values for each channel to P ₁ , P ₂ , ..... P _N Calculate

도 18은 도 16에 도시된 보간기의 상세도를 나타낸 것이다.18 shows a detailed view of the interpolator shown in FIG. 16.

도 16을 참조하면, 보간기는 서브썸 블럭으로부터 P₁, P₂,.....P_N를 입력받는다. 전체 시스템 클락은 8f₀이지만 보간기의 출력은 4f₀간격이므로 도 18과 같이 보간기를 시분할방법(time sharing)을 사용하여 하나의 데이터 출력에 두 개 채널의 데이터에 대한 보간기 곱셈이 포함된다. 예를 들어, P₁, P₂를 멀티플렉서의 입력으로 하고, 각각의 입력에 대응하는 보간 계수를 c₁, c₂라고 하면, 전체 시스템 클락이 8f₀로 보간기의 출력인 4f₀보다 2배가 빠르므로, 보간기의 출력값은 P₁과 P₂를 각각 한번씩 멀티플렉서로 선택하여 보간 계수를 적용한 후 합산하여 출력할 수 있다. 이와 같은 방법으로 보간기의 곱셈기 수를 반으로 줄일 수 있다.Referring to Figure 16, interpolator receives the _{_{P 1, P 2, ..... P}} N from the subsume block. Although the total system clock is 8f ₀ , the output of the interpolator is 4f ₀ intervals, so that the interpolator multiplication of two channels of data is included in one data output using time sharing as shown in FIG. 18. For example, if P ₁ and P ₂ are inputs of the multiplexer, and the interpolation coefficients corresponding to each input are c ₁ and c ₂ , the total system clock is 8f ₀ , which is twice the output of the interpolator 4f _0. Since the output values of the interpolator are fast, the output values of the interpolator can be summed by applying the interpolation coefficients by selecting P ₁ and P ₂ once each. In this way, the number of multipliers in the interpolator can be reduced by half.

도 19는 도 16에 도시된 시간 지연 계산기의 구조를 나타낸 것이다.19 illustrates the structure of the time delay calculator shown in FIG.

시간지연 계산기는 빔포머에서 큰 하드웨어 복잡도를 차지하는 부분이다. 다음의 수학식 5와 같이 구하는 시간지연 계산 값은 각 채널별로 곱셈기 4개와 루트 연산기 1개를 필요로 한다. The time delay calculator is a big hardware complexity part of the beamformer. As shown in Equation 5 below, a time delay calculation value requires four multipliers and one root operator for each channel.

여기서 y_n은 각 변환자의 y축 거리, x_n은 각 변환자의 x축 거리, θ는 편향각, R₀는 중심점과 집속점 사이의 거리, c는 인체 내에서의 초음파 속도를 나타낸다. 가변 시간 지연을 주기 위한 정수값 M_n의 최대값은 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.Where y _n is the y-axis distance of each transducer, x _n is the x-axis distance of each transducer, θ is the deflection angle, R ₀ is the distance between the center point and the focal point, and c is the ultrasonic velocity in the human body. The maximum value of the integer value M _n for giving a variable time delay may be expressed by Equation 6 below.

최대 시간 지연 값 τ_max는 표본화 주파수와 독립적이지만 M_n은 f_i(입력 샘플링 주파수)에 비례하므로 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머의 경우 기존의 빔포머에 비하여 2배의 입력 버퍼를 필요로 한다. 일반적인 고성능 초음파 시스템 사양의 경우 64채널을 사용하고, 선형 변환자의 변환자간 폭이 약 0.3mm이며 본 발명의 일실시예에 따른 표본화 주파수를 80MHz라고 가정할 때 최대M_n의 값은 약 512다. A/D 변환기의 입력이 10bit이라고 한다면 본 발명의 일실시예에 따른 빔포머의 필요한 최소 메모리 용량은 (약 300Kbits)가 된다. 현재 낮은 사양의 저가형 FPGA인 Spartan의 경우 1.8Mbits의 메모리를 지원하므로 늘어난 메모리 용량은 구현하는 데 큰 제약조건이 되지 않는다.Although the maximum time delay value τ _max is independent of the sampling frequency, M _n is proportional to f _i (input sampling frequency), so the beamformer according to an embodiment of the present invention requires twice as much input buffer as the conventional beamformer. Shall be. In the case of a general high performance ultrasound system specification, 64 channels are used, and the width between the transducers of the linear transducer is about 0.3 mm, and the maximum M _n value is about 512 assuming a sampling frequency of 80 MHz according to an embodiment of the present invention. If the input of the A / D converter is 10 bits, the required minimum memory capacity of the beamformer according to the embodiment of the present invention is (about 300 Kbits). Spartan, a low-cost, low-cost FPGA currently supports 1.8 Mbits of memory, so the increased memory capacity is not a significant constraint on its implementation.

도 19에 도시된 빔포머 구조에서는 시간지연 계산 값이 4f₀의 간격으로 필요하지만 시스템 클락은 8f₀이므로 도 19과 같이 멀티플렉서를 두어 시분할 방법을 사용한다. 즉, 시스템 클락이 2번 지나갈 동안 X_n와 X_n ₊ ₁를 한번씩 Y_n와 Y_n ₊ ₁를 한번씩 선택함으로써, 4f₀의 출력를 갖는다. 시간지연 계산기에 멀티플렉스를 추가함으로써, 하드웨어 복잡도는 반으로 줄어든다.In the beamformer structure shown in FIG. 19, a time delay calculation value is required at intervals of 4f ₀ , but since the system clock is 8f ₀ , a multiplexer is used to time-division as shown in FIG. 19. That is, by selecting X _n and X _n ₊ ₁ once and Y _n and Y _n ₊ ₁ once while the system clock passes, it has an output of 4f ₀ . By adding multiplexing to the time delay calculator, the hardware complexity is cut in half.

도 20는 시간 지연 계산기가 시간 지연 값을 구하기 위한 빔집속 모형을 나타낸 것이다. 도 20는 수학식 5에서 τ_n을 결정하는 계산식을 도출하기 위한 빔집속 모형을 나타낸다.20 illustrates a beam focusing model for calculating a time delay value by a time delay calculator. FIG. 20 illustrates a beam focusing model for deriving a calculation equation for determining τ _n in Equation 5. FIG.

기존의 보간 빔포머와 본 발명에 따른 보간 빔포머의 하드웨어 복잡도는 표 1과 같이 정리할 수 있으며 N_E는 채널수, N_C는 필터의 차수를 의미한다. The hardware complexity of the existing interpolation beamformer and the interpolation beamformer according to the present invention can be summarized as shown in Table 1, where N _E is the number of channels and N _C is the order of the filter.

본 발명에 따른 보간 빔포머의 보간기의 곱셈기는 half-band filter를 사용하며 시분할 방법을 사용하고 보간기를 통과하기에 앞서 서브썸 블럭을 이용하여 데이터를 미리 더하여 주어 하드웨어 복잡도를 줄였다. 이는 채널 수와 관계가 없으며 고정된 계수를 사용하기 때문에 곱셈기를 최적화시킬 수 있으므로 곱셈기의 복잡도를 더 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 시간 지연 계산기의 경우도 시분할방법을 통하여 기존의 방식보다 절반 정도의 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다. The multiplier of the interpolator of the interpolation beamformer according to the present invention uses a half-band filter, a time division method, and adds data in advance using a subsum block before passing through the interpolator to reduce hardware complexity. This is independent of the number of channels, and because it uses fixed coefficients, it is expected to further reduce the complexity of the multiplier because it can be optimized. In the case of the time delay calculator, the time division method can reduce hardware complexity by about half as compared to the conventional method.

도 21 내지 도 23은 필터 차수(N=16.32,64)에 따른 기존의 일반적인 빔집속 방식의 보간 필터와 본 발명의 일 실시예에 따른 빔집속 방식의 보간 필터의 주파수 응답을 비교한 그래프이다. 도 21은 필터 차수가 16일 때의 보간 필터 주파수 응답을 비교한 그래프이고, 도 22는 필터 차수가 32일 때의 보간 필터 주파수 응답을 비교한 그래프이며, 도 23은 필터 차수가 64일 때의 보간 필터 주파수 응답을 비교한 그래프이다.21 to 23 are graphs comparing the frequency response of the conventional general beam focusing interpolation filter according to the filter order (N = 16.32,64) and the beam focusing interpolation filter according to the embodiment of the present invention. 21 is a graph comparing the interpolation filter frequency response when the filter order is 16, FIG. 22 is a graph comparing the interpolation filter frequency response when the filter order is 32, and FIG. 23 is a graph when the filter order is 64 A graph comparing the interpolation filter frequency response.

표 2는 도 21 내지 도 23에 도시된 δ_s(저지대역 리플의 최대값)을 비교한 것이다. 모든 필터차수에서 본 발명의 일 실시예에 따른 빔집속 방식의 보간 필터의 성능이 우수함을 확인할 수 있다. Table 2 compares δ _s (maximum value of the stopband ripple) shown in FIGS. 21 to 23. It can be confirmed that the performance of the beam focusing interpolation filter according to the embodiment of the present invention is excellent in all filter orders.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. In addition, the structure of the data used in the above-described embodiment of the present invention can be recorded on the computer-readable recording medium through various means.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, DVD, etc.) and a carrier wave (for example, the Internet). Storage medium).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 4는 수신 동적 빔집속 방법에서 사용되는 이상적인 빔포머 모델을 디지털 시스템으로 구현하기 위한 모델이다.4 is a model for implementing an ideal beamformer model used in the reception dynamic beam focusing method in a digital system.

도 5는 디지털 신호를 보간하는 장치를 나타낸 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an apparatus for interpolating a digital signal.

도 10(a)는 4f₀의 샘플링 주파수를 갖는 보간 빔포머의 전체 구조를 나타낸 것이다. 10 (a) shows the overall structure of an interpolation beamformer having a sampling frequency of 4f ₀ .

도 10(b)는 보간 빔포머의 전체 구조 중 한 채널에 대응하는 빔포머의 상세구조를 나타낸 것이다.FIG. 10 (b) shows a detailed structure of a beamformer corresponding to one channel of the overall structure of the interpolated beamformer.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 8f₀의 샘플링 주파수에서의 보간 빔집 속 방식을 나타낸 것이다.11 illustrates an interpolation beam focusing scheme at a sampling frequency of 8f ₀ according to an embodiment of the present invention.

도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 신호 빔집속을 위한 빔포머에 사용되는 필터의 특성을 나타낸 것이다.FIG. 13 illustrates characteristics of a filter used in a beamformer for ultrasound signal beam focusing according to an embodiment of the present invention.

도 20는 시간 지연 계산기가 시간 지연 값을 구하기 위한 빔집속 모형을 나타낸 것이다.20 illustrates a beam focusing model for calculating a time delay value by a time delay calculator.

도 21 내지 도 23은 필터 차수(N=16.32,64)에 따른 기존의 일반적인 빔집속 방식의 보간 필터와 본 발명의 일 실시예에 따른 빔집속 방식의 보간 필터의 주파 수 응답을 비교한 그래프이다.21 to 23 are graphs comparing frequency responses of a conventional general beam focusing interpolation filter according to filter order (N = 16.32,64) and a beam focusing interpolation filter according to an embodiment of the present invention. .

Claims

A sampling unit for sampling the ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) the center frequency of the array transducer receiving the ultrasonic signal reflected from a focal point;

A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit;

A time delay calculator for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the ultrasound signals stored in the memory unit; And

An interpolation unit for converting an ultrasonic signal selected from the memory unit using the time delay value using a fixed interpolation coefficient,

The sampled ultrasonic signals using the same interpolation coefficients are added before converting the ultrasonic signals inputted to the interpolation unit using the interpolation coefficients, and the interpolation unit includes one interpolation unit that interpolates the added ultrasonic signals. Ultrasonic signal beamformer, characterized in that.

The method of claim 1,

The interpolation coefficient of the interpolation unit is calculated from a filter coefficient of a halfband filter.

The method of claim 1,

And the interpolator determines whether to interpolate using the fixed interpolation coefficient or to interpolate using a predetermined constant value according to the time delay value.

delete

The method of claim 1,

In summing the sampled ultrasonic signals,

One more register is placed than the order L of the filter included in the interpolator, and one of the register sets from the first register to the Lth register and the register set from the second register to the L + 1th register are selected to be one of the registers. And an ultrasonic signal beamformer summing the sampled ultrasonic signals.

The method of claim 1,

When the system clock of the interpolator is 8 times the center frequency and the output of the interpolator is 4 times the center frequency, the interpolator selects one of two adjacent sampling signals for each system clock as a multiplexer. An ultrasonic signal beamformer characterized by adding two sampling signals to which an interpolation coefficient is applied and outputting the data once.

A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit;

When sampling the ultrasonic signal at a sampling frequency eight times the center frequency, the ultrasonic signal beamformer further comprises a zero padding unit configured to zero-pad the sampled ultrasonic signal twice. .

A memory unit which stores the ultrasonic signals sampled by the sampling unit;

When the system clock of the time delay calculator is eight times the center frequency and the output of the time delay calculator is four times the center frequency, a time delay value corresponding to two adjacent transducers during two system clocks using a multiplexer is used. Ultrasonic signal beamformer, characterized in that for calculating.

Sampling the ultrasonic signal at a sampling frequency of N times (N is a natural number) the center frequency of the array transducer receiving the ultrasonic signal reflected from a focal point;

Storing the sampled ultrasound signal;

Calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be interpolated among the stored ultrasound signals; And

Converting an ultrasonic signal selected from the stored ultrasonic signals by using the time delay value using a fixed interpolation coefficient,

And adding the sampled ultrasonic signals using the same interpolation coefficients and interpolating the added ultrasonic signals before converting the selected ultrasonic signals using the interpolation coefficients.

A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of claim 9 on a computer.