KR101613521B1 - 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법 - Google Patents

의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101613521B1
KR101613521B1 KR1020150023981A KR20150023981A KR101613521B1 KR 101613521 B1 KR101613521 B1 KR 101613521B1 KR 1020150023981 A KR1020150023981 A KR 1020150023981A KR 20150023981 A KR20150023981 A KR 20150023981A KR 101613521 B1 KR101613521 B1 KR 101613521B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
decimation
mac
medical image
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020150023981A
Other languages
English (en)
Inventor
송태경
강현길
강지운
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단 filed Critical 서강대학교산학협력단
Priority to KR1020150023981A priority Critical patent/KR101613521B1/ko
Priority to US15/551,684 priority patent/US10076312B2/en
Priority to PCT/KR2015/013122 priority patent/WO2016133274A2/ko
Priority to DE112015006183.5T priority patent/DE112015006183T5/de
Application granted granted Critical
Publication of KR101613521B1 publication Critical patent/KR101613521B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Clinical applications
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5207—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of raw data to produce diagnostic data, e.g. for generating an image
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8977—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using special techniques for image reconstruction, e.g. FFT, geometrical transformations, spatial deconvolution, time deconvolution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52025—Details of receivers for pulse systems
    • G01S7/52026—Extracting wanted echo signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/06—Non-recursive filters
    • H03H17/0621—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
    • H03H17/0635—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
    • H03H17/065—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
    • H03H17/0664—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

본 발명은 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법에 관한 것으로, 필터 조립체는, 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어, 동적인 임펄스 응답(impulse response) 갱신을 통해 수신된 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 수신된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter)를 포함하되, 데시메이션 필터는 수신된 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격만큼 필터 계수를 결정하여 상기 MAC에 공급한다.

Description

의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법{Filter Assembly for medical image signal and dynamic decimation method using thereof}
본 발명은 의료 영상 신호를 수신하여 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 프로브로부터 수신된 초음파 영상 신호에서 영상의 깊이에 따른 신호의 대역폭 변화를 적응적으로 처리할 수 있는 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법에 관한 것이다.
의료 영상 기술은 초음파나 광음향 등의 수단을 이용해 근육, 힘줄, 그리고 많은 내부 장기들, 이들의 크기, 구조와 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상으로 가시화하는 진단 기술이다. 이는 주기적 또는 응급 상황에서 태아를 가시화하는 데도 사용된다. 초음파는 적어도 50년 동안 인간의 몸속을 영상화하는데 사용되었으며, 이는 현대 의학에서 가장 널리 사용되는 진단 기술 중 하나이다. 이 기술은 자기공명영상(MRI)이나 엑스선 전산화 단층 촬영(CT)에 비해 가격이 저렴하고 이동이 용이하다는 장점을 갖는다.
초음파 영상의 원리는 다음과 같다. 우선 측정 대상에 프로브(probe)를 접촉시키고 초음파를 발생시켜 반사된 초음파를 수신하여 영상을 구성한다. 초음파를 발생시키면 매우 짧은 시간 안에 음파가 매질 속을 지나가고, 음향 임피던스가 다른 두 매질 사이를 지날 때에는 반사파가 발생한다. 초음파 영상 기술에서는 이러한 반사파를 측정해 반사음이 되돌아 올 때까지의 시간을 통해 거리를 역산함으로써 영상을 구성한다.
이러한 초음파 영상 분야에서 대상 객체로부터 돌아오신 신호(echo signal)은 깊이에 따라 감쇠(attenuation)가 발생하게 되고, 그로 인해 신호의 대역폭이 변화하게 된다. 이러한 대역폭의 변화로 인해 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)을 향상시키기 위한 신호 처리 과정이 필요하게 되었다. 이러한 초음파 신호 처리에 관한 개괄적인 구성은 이하에서 제시되는 선행기술문헌을 통해 소개되었다.
한국특허공개공보, 10-2011-0022440, 2011.03.07 공개, 서강대학교 산학협력단
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 동적 데시메이션을 구현하기 위한 종래의 필터 구조가 필터의 길이가 데시메이션 비율에 비례하여 증가하고, 이로 인해 데시메이션 비율의 동적인 변화에 따라 사용되지 않고 낭비되는 필터 부분과 곱셈기가 존재함으로써 비효율적이라는 문제점을 해결하고, 모든 곱셈기가 익스팬더의 후단에 존재함으로 인해 높은 데이터 레이트의 곱셈 연산이 필요하다는 연산량과 하드웨어 비용에 대한 부담을 해소하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체는, 의료 영상 신호를 수신하여 업-샘플링하는 익스팬더(expander); 및 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어, 동적으로 임펄스 응답(impulse response)를 갱신하여 수신된 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 업-샘플링된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter);를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 데시메이션 필터는, 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출한다.
일 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 MAC은, 다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register); 상기 시프트 레지스터에 저장된 계수와 상기 업-샘플링된 신호를 승산하는 곱셈기; 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기; 및 상기 합산 결과를 데시메이션하는 데시메이터(decimator);를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 수신 신호의 주파수 대역은 상기 의료 영상의 대상체의 깊이에 따른 감쇠에 따라 결정되며, 상기 깊이에 따라 차단 주파수를 다르게 산출한 필터 계수를 상기 시프트 레지스트를 통하여 상기 MAC에 공급함으로써 상기 의료 영상의 신호 대 잡음비를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 MAC은, 상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체는, 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어 동적으로 임펄스 응답(impulse response)를 갱신함으로써, 수신된 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 수신된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter);를 포함하되, 상기 데시메이션 필터는 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격만큼 필터 계수를 결정하여 상기 MAC에 공급한다.
다른 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 데시메이션 필터에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작한다.
다른 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 데시메이션 필터는, 업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 상기 MAC을 통한 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 결정한다.
다른 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 데시메이션 필터는, 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출한다.
다른 실시예에 따른 상기 필터 조립체에서, 상기 MAC은, 다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register); 상기 시프트 레지스터에 저장된 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하는 곱셈기; 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기; 및 상기 합산 결과를 데시메이션하는 데시메이터(decimator);를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법은, 의료 영상 신호를 수신하는 단계; 데시메이션 비율(decimation ratio)을 고려하여 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키기 위한 필터 계수를 선택하는 단계; 선택된 상기 필터 계수를 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성된 부분합 연산체에 공급하는 단계; 및 상기 부분합 연산체가 선택한 상기 필터 계수를 이용하여 상기 수신된 의료 영상 신호에 대해 동적으로 데시메이션을 수행하는 단계;를 포함하되, 상기 필터 계수는 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격을 고려하여 결정된다.
또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에서, 상기 부분합 연산체에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작한다.
또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에서, 상기 필터 계수를 결정하는 단계는, 업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 상기 MAC을 통한 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 결정한다.
또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에서, 상기 부분합 연산체는, 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출한다.
또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에서, 상기 동적으로 데시메이션을 수행하는 단계는, 상기 MAC이 곱셈기를 이용하여 시프트 레지스터(shift register)에 저장된 다상 필터의 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하는 단계; 상기 MAC이 덧셈기를 이용하여 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 단계; 및 상기 MAC이 데시메이터(decimator)를 이용하여 상기 합산 결과를 데시메이션하는 단계;를 포함한다.
또 다른 실시예에 따른 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에서, 상기 MAC은, 상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 고정된 개수의 곱셈기를 MAC을 이용한 다상 필터 구조로 구현함으로써, 동적 데시메이션을 수행함에 있어서 상대적으로 적은 하드웨어 자원과 파워 소모를 요구하며, 신호 대 잡음비를 높이기 위해 적응적으로 필터의 차단 주파수를 적용함으로써 초음파 영상 시스템의 초소형화에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 구현되는 의료 영상 시스템에서 활용되는 데시메이션 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 FIR(finite impulse response) 필터를 통해 동적으로 데시메이션을 수행하는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 FIR 필터 대신 다상(polyphase) 구조를 이용하여 데시메이션 필터를 구현한 예와 이에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 필터의 부분합을 MAC(multiplier accumulator)를 이용하여 구현한 데시메이션 필터 조립체를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 데시메이션 필터 조립체에서 k번째(k는 양의 정수) 부분합 연산을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 도 4의 데시메이션 필터 조립체에서 익스팬더(expander)를 제거한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 익스팬더가 제거된 데시메이션 필터 조립체를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동적 데시메이션 필터를 이용한 의료 영상 신호의 데시메이션 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 동적 데시메이션 필터의 필요성과 기술적 문제점을 간략히 소개한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다. 이하에서 구성에 대한 설명과 도면에 표기된 공통적인 표현 중, 'N'은 필터의 길이를 의미하고, 'D'는 딜레이(delay)를 의미하고, 'L'은 업-샘플링을 위한 익스팬더(expander)의 배율을 의미하며, 'M'은 데시메이션 비율(decimation ratio)을 의미함을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 구현되는 의료 영상 시스템에서 활용되는 데시메이션 필터를 설명하기 위한 도면이다.
의료용 초음파 영상에서 초음파 신호는 연조직을 통과함에 따라 주파수와 깊이에 따른 감쇠에 영향을 받게 되고, 따라서 돌아오는 신호의 중심 주파수와 주파수 대역폭은 깊이에 따라 감소하게 된다. 이때, 동적 필터는 주파수 대역폭의 감소에 따라 신호 대 잡음비를 최대로 하기 위해서 사용되는데 일반적으로 돌아오는 신호의 데이터 레이트를 화면에 맞추는 데시메이션 필터에 의해서 주로 구현된다. 따라서 이러한 동적 데시메이션 필터는 임의의 분수로 표현되는 데시메이션 팩터(fractional decimation factor) M/L에 대해 데시메이션을 수행할 수 있어야 하며, 동적으로 필터의 임펄스 응답(impulse response)을 갱신할 수 있어야 한다.
도 1의 (a)를 참조하면, 기저대역(baseband)의 신호의 샘플의 개수가 초음파 영상 시스템(120)을 통해 화면에 표시되기 위한 샘플의 개수보다 많은 경우 샘플의 개수를 조절하는 데시메이션 필터(110)에 대해 예시하고 있다. 도 1의 (a)에서는 40MHz로 샘플링할 경우 1cm마다 512개의 샘플이 필요하다고 가정하였으며, 일반적으로 4~20cm의 영상에는 2,048~10,240개의 샘플이 필요하다. 따라서, 실제 640×480 사이즈의 디스플레이에 필요한 샘플은 1,024개의 샘플이 된다.
도 1의 (b)를 참조하면, 이러한 샘플의 개수를 조절하기 위해, 입력 신호 x(n)을 정수 배(L)의 업-샘플링(111)한 후, 데시메이션 필터의 계수(112)를 이용하여 신호 처리하고, 다시 M의 비율로 데시메이션(113)하여 출력 신호 y(n)을 생성하고 있음을 보이고 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 의료용 초음파 영상에서 돌아오는 신호는 깊이 의존적인 감쇠에 영향을 받으며, 신호의 대역폭은 그 깊이에 따라 달라지게 된다. 따라서, 신호 대 잡음비를 극대화하기 위해 차단 주파수(cut-off frequency)를 깊이마다 동적으로 갱신해줄 필요가 있다. 즉, 동적 필터를 이용하여 대역폭에 따라 차단 주파수를 변화시키게 되며, 통상적으로 이때 필요한 필터의 길이 N은 차단 주파수와 데시메이션 비율에 비례한다.
도 2는 FIR(finite impulse response) 필터를 통해 동적으로 데시메이션을 수행하는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, M/L배 동적 데시메이션 필터 구조를 예시하였다.
FIR 필터를 이용하여 구현한 동적 데시메이션 필터 구조를 구현할 경우(M>L), 데시메이션 비율인 M이 증가함에 따라 이에 비례하여 필터 길이 N이 증가하게 된다. 즉,
Figure 112015016704772-pat00001
조건을 가정할 수 있다. 도 2를 참조하면 필터의 길이 N은 구비되는 곱셈기의 개수와 일치하며, 동적 데시메이션 구조의 특성상 최대의 데시메이션 비율에 대해 하드웨어 필터를 구현하여야 함을 알 수 있다. 이때, 활용되는 곱셈기의 개수가 동적으로 변화하게 되는데, 예를 들어, 사용하는 부분(220)이 (M+1)개인 경우, 나머지 부분(230)의 곱셈기(h(M+1)~h(N-1)=0)는 연산에 활용되지 않고 낭비되게 된다. 즉, M의 최대값이 클 경우, 필터는 과도한 곱셈기를 요구하고 이는 동적 데시메이션의 수행 과정에서 M값이 작을 때 많은 곱셈기가 낭비되기 때문에 비효율적이다.
또한, 모든 곱셈기가 L배 익스팬더(expander)(210) 후단에 구비됨으로써, 곱셈기가 L배의 높은 동작 주파수 및 데이터 레이트(data rate)에서 작동하므로 단위 시간당 연산량이 증가하게 되는 단점이 나타난다. 따라서, 이러한 구조는 블록의 연산량 및 하드웨어 비용에 대한 부담이 크다.
도 3은 도 2의 FIR 필터 대신 다상(polyphase) 구조를 이용하여 데시메이션 필터를 구현한 예와 이에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 도 2를 통해 소개한 FIR 필터를 효율적으로 개선하기 위해 다상 필터를 이용한 동적 데시메이션 필터가 활용될 수 있다. 도 3에 예시된 데시메이션 필터를 이용할 경우 L배 익스팬터 이후 M배 데시메이션을 수행함으로써, FIR를 이용한 동적 데시메이션 필터 구조와 비교했을 때 비록 필터 길이는 동일하지만 곱셈기가 동작하는 데이터 레이트가 M배 낮은 것을 확인할 수 있다.
그러나, 이 경우에도 여전히 필터 길이에 비례하여 곱셈기가 사용되기 때문에 M 값이 작을 경우에는 낭비되는 곱셈기가 존재하는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 동적 데시메이션 과정에서 사용하는 부분(310)이 사용하지 않는 부분(320)에 비해 상대적으로 작을 경우, 하드웨어와 자원 활용에 비효율이 나타날 우려가 있다.
따라서, 이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 이상에서 검토한 동적 데시메이션 필터의 기능을 모두 포섭하면서도 낭비하는 하드웨어 및 연산 자원 없이 효율적으로 구현이 가능한 필터 구조를 제안하고자 한다. 즉, K개의 MAC만을 이용하여 L과 K에 상관 없이 제한된 하드웨어 복잡도만을 사용하는 효율적인 임의 비율 분수 데시메이션(fractional decimation) 구조를 제안한다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, 일반적인 FIR 기반 데시메이션 필터의 수식을 정의하면 다음과 같다. 임의 분수 데시메이션 비율을 M/L로 표현할 때, 입력
Figure 112015016704772-pat00002
에 대해 L만큼 업-샘플링된 신호
Figure 112015016704772-pat00003
는 다음의 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure 112015016704772-pat00004
여기에서 n은 샘플링 인덱스(sampling index)이다. 이러한 입력에 대해 도 2와 같이 FIR 필터링하는 과정을 수식화하면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112015016704772-pat00005
여기에서
Figure 112015016704772-pat00006
는 주어진 FIR 필터의 계수를 표현하며 N은 필터의 길이를 의미한다.
이제, 다상 필터를 이용한 동적 데시메이션 구조를 위한 수식을 정의하자. 먼저, 수학식 2를 도 3과 같이 모든 다상 필터의 출력을 더하는 동적 데시메이션 필터-다상 구조를 바꾸면 다음의 수학식 3과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112015016704772-pat00007
이하에서 소개되는 도 4는 수학식 3을 M개의 다상 필터에 대해 임의의 k 번째 각 계수를 기준으로 먼저 부분합(P0 내지 Pk -1)을 더하는 구조를 표현한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 다상 필터를 MAC(multiplier accumulator)을 통해 구현하기 위한 재배치를 도시한 도면으로서, 병렬적으로 연결된 복수 개의 P0-MAC, P1-MAC, ..., Pk-MAC을 통해 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
수학식 3은 도 4의 각각의 부분합 Pk(n)이 L·fx의 데이터 레이트에서 연속적인 M 쌍(pair)의 입력 샘플과 필터 계수(filter coefficient)을 곱하여 누적합 함으로써 얻어진다는 것을 나타낸다. 이를 통해 각각의 부분합은 M 샘플 주기로 계산되기 때문에, 부분합을 단일의 MAC을 통해 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. MAC의 출력들은 출력
Figure 112015016704772-pat00008
을 위해 아래의 수학식 4와 같이 합산된다.
Figure 112015016704772-pat00009
각각의 부분합 Pk(n)을 계산하는 MAC은 Pk-MAC 으로 표시되며, 모든 Pk-MAC 유닛(unit)들은 같은 데이터 셋(data set)을 입력으로 받는 것을 알 수 있다. 이는 도 3에서 볼 수 있는 인접한 필터 블럭 사이의 딜레이(delay)를 없애고 그 대신에 MAC 유닛의 출력을 수학식 4와 같이 지연합(delayed sum)함으로써 구현하였다.
요약하건대, 도 4의 필터 조립체는, 의료 영상 신호를 수신하여 업-샘플링하는 익스팬더(expander)와 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어, 동적으로 임펄스 응답(impulse response)을 갱신함으로써 수신된 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 업-샘플링된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter)를 포함한다. 여기서, 데시메이션 필터는, MAC을 이용하여 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 산출한다.
보다 구체적으로, 각 다상 필터(polyphase filter)의 k번째 위치의 계수들의 합을 Pk부분합이라고 할 때, 이 부분합을 Pk-MAC으로 표시된 MAC을 통해 구현하여 데시메이션 비율 M에 관계없이 제한된 개수의 곱셈기만을 사용하였으며, 각각의 계수를 MAC에 시프트 레지스터(shift register)(미도시)를 통해 공급하여 연산을 수행한다.
이를 통해, 앞서 도 2 및 도 3에서 소개한 필터 길이에 맞춰 사용하던 곱셈기를 MAC을 이용하여 K개(K는 양의 정수)의 곱셈기만을 사용하여 연산을 수행할 수 있게 되었다. 따라서 필터 길이가 변함에 따라 MAC에 공급하는 계수 길이만 맞추어주면 제한된 곱셈기만으로 임의의 분수배 데시메이션을 수행할 수 있다.
초음파 수신 신호는 영상의 깊이에 따라 그 양이 변하게 되는데, 예를 들어 특정 깊이를 영상화하기 위한 수신 데이터의 양이 1,536개라고 하면 일반적으로 640×480 화면 크기에 표시되기 위해서는 1,024개가 필요하기 때문에 3/2배 데시메이션이 필요하다. 이를 필터 길이가 32이며 M=3, L=2인 동적 데시메이션 필터를 통해 효율적으로 구현하기 위해, 필터의 입력은 수신 신호의 샘플링 주파수는 그대로 공급하면서 이를 8(K=8)개의 PMAC에 공급한다.
이와 더불어, 수신 신호의 주파수 대역은 깊이에 따라 감소하기 때문에 필터 계수를 이러한 깊이에 따라 차단 주파수를 다르게 계산하여 시프트 레지스터에 업데이트하면 깊이에 따라 신호 대 잡음비를 최대로 할 수 있는 필터를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 데시메이션 필터 조립체에서 k번째(k는 양의 정수) 부분합 연산을 수행하는 부분합 연산체(400)를 보다 구체적으로 도시한 블록도로서, 익스팬더(410)와 Pk-MAC(420)을 포함한다.
각각의 Pk-MAC에서는 L배 업-샘플링된 입력에 대해 필터 연산을 누적합하여 데시메이션 비율에 따라 출력함으로써 M개의 필터 계수 연산을 1개의 곱셈기로 구현하였다. 이때, 시프트 레지스터(shift register)의 필터 계수는 차단 주파수에 따라 적응적으로 적용된다.
보다 구체적으로, 상기 Pk-MAC(420)은, 다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register)(421), 상기 시프트 레지스터(421)에 저장된 계수와 상기 업-샘플링된 신호를 승산하는 곱셈기(422), 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기와 레지스터(423) 및 상기 합산 결과를 M배 데시메이션하는 데시메이터(decimator)(424)를 포함한다.
여기서, 상기 수신 신호의 주파수 대역은 상기 의료 영상의 대상체의 깊이에 따른 감쇠에 따라 결정되며, 상기 Pk-MAC(420)은 상기 깊이에 따라 차단 주파수를 다르게 산출하여 상기 시프트 레지스트(421)에 필터 계수를 공급함으로써 상기 의료 영상의 신호 대 잡음비를 제어할 수 있다. 특히, 상기 Pk-MAC(420)은, 상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기(422)를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지하게 된다.
이제, 이러한 동적 데시메이션 필터 구조의 성능을 동작 주파수의 관점에서 개선하기 위한 추가적인 실시예를 제안하도록 한다.
도 6은 도 4의 데시메이션 필터 조립체에서 익스팬더(expander)를 제거한 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6의 (a)는 앞서 소개한 도 4 및 도 5의 필터 구조에 해당한다.
도 6의 (a)를 참조하면, 여전히 Pk-MAC에 입력되는 의료 영상 신호는 익스팬더(610)에 의해 L배 업-샘플링된 신호임을 알 수 있다. 즉, 도 6의 (a)의 구조는 L배 익스팬션(expansion)을 입력 데이터에서 요구하는 것을 알 수 있다.
이를 개선하기 위해, 도 6의 (b)에서는 이러한 익스팬더(610)를 제거하고, L배 업-샘플링 과정을 Pk-MAC 내부에서 처리함으로써 더 낮은 주파수에서 동작하는 신호 처리 과정을 유도할 수 있다. 이를 위해 도 6의 (b)에서는 L 간격만큼 조정된 필터 계수가 시프트 레지스터에 공급되어 곱셈기에 인가됨을 알 수 있다.
이를 위해 도 6의 (b)의 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체는, 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어, 동적으로 임펄스 응답(impulse response)를 갱신함으로써 수신된 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 수신된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter)를 포함하되, 이러한 데시메이션 필터는 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격만큼 필터 계수를 선택하여 상기 MAC에 공급한다. 특히, 도 6의 (b)의 데시메이션 필터에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작하는 특징을 갖는다.
보다 구체적으로, 상기 데시메이션 필터는, 업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 상기 MAC을 통한 신호의 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 결정한다. 즉, 필터 계수를 L배 익스팬더를 고려하여 익스팬더의 출력 중 0이 아닌 값에 맞추고 주파수 대역폭에 맞추어서 적응적으로 MAC에 공급하게 되면 L배 익스팬더를 없애고 입력 주파수 대역폭에 맞추어 적응적으로 차단 주파수를 적용할 수 있다.
물론, 도 6의 (b)의 데시메이션 필터 역시, MAC을 이용하여 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 산출하며, 상기 MAC은, 다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register), 상기 시프트 레지스터에 저장된 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하는 곱셈기, 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기 및 상기 합산 결과를 데시메이션하는 데시메이터(decimator)를 포함하는 것은 앞서 도 5를 통해 소개한 바와 같다.
따라서, 도 6의 (b)의 데시메이션 필터 구조체는 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작함으로써 적은 하드웨어 자원과 파워 소모가 이루어지며, 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 활용함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 익스팬더가 제거된 데시메이션 필터 조립체를 도시한 블록도로서, 데시메이션 비율인 M에 비례하는 필터의 길이와 익스팬더에 의한 연산량을 효율적으로 설계하기 위해 위상 필터 구조의 부분합을 MAC을 이용하여 구현한 구조롤 도시하였다.
보다 구체적으로, Pk-MAC 유닛의 입력으로는 원래의 입력 시퀀스(sequence)인
Figure 112015016704772-pat00010
이 사용되었다. 데시메이션을 가정했기 때문에 M>L의 조건에서 수학식 3의
Figure 112015016704772-pat00011
의 M개의 값(element) 사이에는 반드시 '0'이 아닌(non-zero) 값이 존재한다. 여기서,
Figure 112015016704772-pat00012
(오직,
Figure 112015016704772-pat00013
이고
Figure 112015016704772-pat00014
인 경우)를 만족한다는 것을 알 수 있고,
Figure 112015016704772-pat00015
은
Figure 112015016704772-pat00016
값 중 가장 작은 값을 나타내며,
Figure 112015016704772-pat00017
은 가장 큰
Figure 112015016704772-pat00018
값을 나타낸다고 하면,
Figure 112015016704772-pat00019
및
Figure 112015016704772-pat00020
과 같이 정리할 수 있다. 즉,
Figure 112015016704772-pat00021
은
Figure 112015016704772-pat00022
의 첫 번째 '0'이 아닌 값을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 따라서, 만약
Figure 112015016704772-pat00023
에
Figure 112015016704772-pat00024
개의 '0'이 아닌 값이 존재한다면
Figure 112015016704772-pat00025
은
Figure 112015016704772-pat00026
을 만족하는 j 중의 가장 큰 값으로 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015016704772-pat00027
Figure 112015016704772-pat00028
이므로, 모든 MAC 유닛에 공급되는 입력 데이터 벡터와 필터 계수는 Pk-MAC에 따라 다음의 수학식 6과 같이 표현된다.
Figure 112015016704772-pat00029
도 7과 같이 MAC 유닛들은 K개의 부분합
Figure 112015016704772-pat00030
을 출력한다. 이 부분합들은 딜레이 체인(delay chain)을 통해
Figure 112015016704772-pat00031
와 같이 각각 지연되어 수학식 4의
Figure 112015016704772-pat00032
와 같은 출력을 위해 합산된다.
Figure 112015016704772-pat00033
은
Figure 112015016704772-pat00034
의 값(element)을 가지고 있기 때문에 Pk-MAC은 도 7에서 각 MAC의 출력단에 표시된
Figure 112015016704772-pat00035
배 데시메이터와 같이
Figure 112015016704772-pat00036
샘플이 입력된 뒤에 부분합을 출력한다. 또한
Figure 112015016704772-pat00037
은 L과 M이 서로소라면 L개의 반복되는 패턴으로 L개의 연속적인
Figure 112015016704772-pat00038
의 값을 더하게 되면 M과 같아진다. 즉,
Figure 112015016704772-pat00039
이다. 이를 통해 제안된 구조가 매 M개의 입력 샘플당 L개의 출력을 제공하기 때문에 데시메이션 팩터가 M/L인 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동적 데시메이션 필터를 이용한 의료 영상 신호의 데시메이션 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 소개한 도 6의 (b)의 각 구성에 대응하는 수행 과정을 포함하므로, 여기서는 설명의 중복을 피하고자 일련의 연산의 시간적인 인과 관계를 중심으로 각 과정을 약술하도록 한다.
S810 단계에서는 의료 영상 신호를 수신한다.
S820 단계에서는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 고려하여 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키기 위한 필터 계수를 선택한다. 이때, 익스팬더를 제거하기 위해, 상기 필터 계수는 S810 단계를 통해 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위한 정수 간격을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. 이를 위해 필터 계수를 선택하는 S820 단계는, 업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 이후 MAC을 통한 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 선택하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 부분합 연산체에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작하는 것임을 알 수 있다.
S830 단계에서는, 결정된 상기 필터 계수를 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성된 부분합 연산체에 공급한다. 여기서, 부분합 연산체는, MAC을 이용하여 다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 산출한다. 또한, 상기 MAC은, 상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지하게 된다.
S840 단계에서는, 상기 부분합 연산체가 공급된 상기 필터 계수를 이용하여 상기 수신된 의료 영상 신호에 대해 동적으로 데시메이션을 수행한다. 보다 구체적으로, S840 단계는, 상기 MAC이 곱셈기를 이용하여 시프트 레지스터(shift register)에 저장된 다상 필터의 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하고, 상기 MAC이 덧셈기를 이용하여 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하며, 상기 MAC이 데시메이터(decimator)를 이용하여 상기 합산 결과를 데시메이션함으로써 수행된다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 고정된 개수의 곱셈기를 MAC을 이용한 다상 필터 구조로 구현함으로써, 동적 데시메이션을 수행함에 있어서 상대적으로 적은 하드웨어 자원과 파워 소모를 요구하며, 신호 대 잡음비를 높이기 위해 적응적으로 필터의 차단 주파수를 적용함으로써 초음파 영상 시스템의 초소형화에 기여할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 디지털 신호를 처리함에 있어서 동적 데시메이션 필터를 이용하여 의료 영상 신호의 데시메이션을 수행하는 과정을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 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.
110 : 데시메이션 필터
120 : 초음파 영상 시스템
400 : MAC으로 구성된 부분합 연산체
111, 210, 410, 610 : 익스팬더
420 : MAC
421 : 시프트 레지스터
422 : 곱셈기
423 : 덧셈기를 위한 레지스터
113, 424 : 데시메이터

Claims (18)

  1. 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체에 있어서,
    의료 영상 신호를 수신하여 업-샘플링하는 익스팬더(expander); 및
    정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어,
    동적으로 임펄스 응답(impulse response)를 갱신하여 수신된 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 업-샘플링된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter);를 포함하는 필터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데시메이션 필터는,
    다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 MAC은,
    다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register);
    상기 시프트 레지스터에 저장된 계수와 상기 업-샘플링된 신호를 승산하는 곱셈기;
    상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기; 및
    상기 합산 결과를 데시메이션하는 데시메이터(decimator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신 신호의 주파수 대역은 상기 의료 영상의 대상체의 깊이에 따른 감쇠에 따라 결정되며,
    상기 깊이에 따라 차단 주파수를 다르게 산출한 필터 계수를 상기 시프트 레지스터를 통하여 상기 MAC에 공급함으로써 상기 의료 영상의 신호 대 잡음비를 제어하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 MAC은,
    상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  6. 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체에 있어서,
    정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성되어 동적으로 임펄스 응답(impulse response)를 갱신함으로써, 수신된 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키고, 데시메이션 비율(decimation ratio)에 따라 상기 수신된 신호에 대한 데시메이션을 수행하는 데시메이션 필터(decimation filter);를 포함하되,
    상기 데시메이션 필터는 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격만큼 필터 계수를 결정하여 상기 MAC에 공급하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데시메이션 필터에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 데시메이션 필터는,
    업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 상기 MAC을 통한 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 데시메이션 필터는,
    다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 MAC은,
    다상 필터의 계수를 공급받아 저장하는 시프트 레지스터(shift register);
    상기 시프트 레지스터에 저장된 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하는 곱셈기;
    상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 덧셈기; 및
    상기 합산 결과를 데시메이션하는 데시메이터(decimator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수신 신호의 주파수 대역은 상기 의료 영상의 대상체의 깊이에 따른 감쇠에 따라 결정되며,
    상기 깊이에 따라 차단 주파수를 다르게 산출한 필터 계수를 상기 시프트 레지스터를 통해 상기 MAC에 공급함으로써 상기 의료 영상의 신호 대 잡음비를 제어하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 MAC은,
    상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  13. 의료 영상 신호를 위한 데시메이션 방법에 있어서,
    의료 영상 신호를 수신하는 단계;
    데시메이션 비율(decimation ratio)을 고려하여 상기 의료 영상 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 차단 주파수(cut-off frequency)를 변화시키기 위한 필터 계수를 선택하는 단계;
    선택된 상기 필터 계수를 정수 개의 MAC(Multiplier Accumulator)으로 구성된 부분합 연산체에 공급하는 단계; 및
    상기 부분합 연산체가 선택한 상기 필터 계수를 이용하여 상기 수신된 의료 영상 신호에 대해 동적으로 데시메이션을 수행하는 단계;를 포함하되,
    상기 필터 계수는 수신된 상기 의료 영상 신호를 업-샘플링하기 위해 정수 간격을 고려하여 결정된 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 부분합 연산체에 공급되는 의료 영상 신호는 사전에 업-샘플링되지 않은 신호로서, 사전 업-샘플링된 신호에 비해 상대적으로 더 낮은 주파수로 동작하는 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 필터 계수를 결정하는 단계는,
    업-샘플링을 위한 정수 배의 익스팬더를 고려하여 상기 MAC을 통한 부분합 연산을 익스팬더의 출력 중 '0' 채우기(zero padding) 부분을 제외하고 수행할 수 있도록 필터 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 부분합 연산체는,
    다상 필터(polyphase filter)의 k번째(k는 양의 정수) 위치의 계수들의 합인 부분합을 MAC을 통하여 산출하는 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 동적으로 데시메이션을 수행하는 단계는,
    상기 MAC이 곱셈기를 이용하여 시프트 레지스터(shift register)에 저장된 다상 필터의 계수와 상기 의료 영상 신호를 승산하는 단계;
    상기 MAC이 덧셈기를 이용하여 상기 승산 결과를 연속적으로 누적 합산하는 단계; 및
    상기 MAC이 데시메이터(decimator)를 이용하여 상기 합산 결과를 데시메이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 MAC은,
    상기 데시메이션 비율에 상관없이 고정된 개수의 곱셈기를 포함함으로써, 필터의 길이의 변화에 따른 곱셈기의 낭비를 방지하는 것을 특징으로 하는 데시메이션 방법.
KR1020150023981A 2015-02-17 2015-02-17 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법 Active KR101613521B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150023981A KR101613521B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법
US15/551,684 US10076312B2 (en) 2015-02-17 2015-12-03 Filter assembly for medical image signal and dynamic decimation method using same
PCT/KR2015/013122 WO2016133274A2 (ko) 2015-02-17 2015-12-03 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법
DE112015006183.5T DE112015006183T5 (de) 2015-02-17 2015-12-03 Filteranordnung für medizinisches Bildsignal und dynamisches Dezimationsverfahren unter Verwendung derselben

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150023981A KR101613521B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101613521B1 true KR101613521B1 (ko) 2016-05-02

Family

ID=56021679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150023981A Active KR101613521B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10076312B2 (ko)
KR (1) KR101613521B1 (ko)
DE (1) DE112015006183T5 (ko)
WO (1) WO2016133274A2 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018175132A (ja) * 2017-04-07 2018-11-15 株式会社日立製作所 超音波診断装置、及び超音波診断システム
KR20190064070A (ko) 2017-11-30 2019-06-10 서강대학교산학협력단 초음파 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 빔 집속장치 및 방법
KR20220060410A (ko) * 2020-11-04 2022-05-11 국방과학연구소 영상 레이더 및 영상 레이더 데이터 축소 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10685445B2 (en) * 2018-06-09 2020-06-16 Uih-Rt Us Llc Systems and methods for generating augmented segmented image set

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254122A (ja) 1999-03-12 2000-09-19 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd 受信信号形成方法および装置並びに超音波撮像方法および装置
KR101315891B1 (ko) 2012-07-17 2013-10-14 숭실대학교산학협력단 재귀형 하프밴드 필터 및 이를 이용한 필터링 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914922A (en) * 1997-12-12 1999-06-22 Cirrus Logic, Inc. Generating a quadrature seek signal from a discrete-time tracking error signal and a discrete-time RF data signal in an optical storage device
KR20000014092A (ko) 1998-08-17 2000-03-06 윤종용 인터폴레이션 필터 및 데시메이션 필터
US20020031113A1 (en) * 2000-07-07 2002-03-14 Dodds David E. Extended distribution of ADSL signals
KR20040023927A (ko) 2002-09-12 2004-03-20 엘지전자 주식회사 다상 구조를 이용한 디지털 필터
JP4957194B2 (ja) 2006-11-09 2012-06-20 横河電機株式会社 デシメーションフィルタ
KR101118515B1 (ko) 2009-08-27 2012-03-12 서강대학교산학협력단 초음파 신호 빔포머 및 이를 이용한 빔포밍 방법
JP5557339B2 (ja) 2011-03-02 2014-07-23 Ｎｅｃエンジニアリング株式会社 デシメーションフィルタ及びデシメーション処理方法
KR101971620B1 (ko) 2011-10-31 2019-04-24 삼성전자주식회사 샘플링 방법, 이를 수행하는 장치, 프로브, 수신 빔포밍 장치 및 의료영상시스템
KR101463022B1 (ko) 2013-01-31 2014-11-18 (주)루먼텍 광대역 가변 대역폭 채널 필터 및 그 필터링 방법
US9780801B2 (en) * 2015-09-16 2017-10-03 Semiconductor Components Industries, Llc Low-power conversion between analog and digital signals using adjustable feedback filter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254122A (ja) 1999-03-12 2000-09-19 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd 受信信号形成方法および装置並びに超音波撮像方法および装置
KR101315891B1 (ko) 2012-07-17 2013-10-14 숭실대학교산학협력단 재귀형 하프밴드 필터 및 이를 이용한 필터링 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018175132A (ja) * 2017-04-07 2018-11-15 株式会社日立製作所 超音波診断装置、及び超音波診断システム
KR20190064070A (ko) 2017-11-30 2019-06-10 서강대학교산학협력단 초음파 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 빔 집속장치 및 방법
KR102087266B1 (ko) 2017-11-30 2020-03-10 서강대학교산학협력단 초음파 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 빔 집속장치 및 방법
KR20220060410A (ko) * 2020-11-04 2022-05-11 국방과학연구소 영상 레이더 및 영상 레이더 데이터 축소 방법
KR102462997B1 (ko) * 2020-11-04 2022-11-02 국방과학연구소 영상 레이더 및 영상 레이더 데이터 축소 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20180035981A1 (en) 2018-02-08
DE112015006183T5 (de) 2017-11-09
WO2016133274A2 (ko) 2016-08-25
US10076312B2 (en) 2018-09-18
WO2016133274A3 (ko) 2017-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230000472A1 (en) Ultrasonic imaging compression methods and apparatus
JP6692804B2 (ja) 超音波信号処理回路ならびに関連装置および方法
US5249578A (en) Ultrasound imaging system using finite impulse response digital clutter filter with forward and reverse coefficients
US7421377B2 (en) Method and apparatus for supressing noise in a doppler system
JP6253999B2 (ja) 超音波診断装置、画像処理装置及び画像処理方法
KR101613521B1 (ko) 의료 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 동적 데시메이션 방법
RU2421830C2 (ru) Устройство и способ для обработки действительного сигнала поддиапазона для ослабления эффектов наложения спектров
JP5865050B2 (ja) 被検体情報取得装置
KR101118515B1 (ko) 초음파 신호 빔포머 및 이를 이용한 빔포밍 방법
US6704438B1 (en) Apparatus and method for improving the signal to noise ratio on ultrasound images using coded waveforms
US9964634B2 (en) Imaging tissue motion estimation
JP2003190157A (ja) 超音波診断装置
JP2016067704A (ja) 超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラム
JP6697609B2 (ja) 超音波診断装置、画像処理装置及び画像処理方法
JP2002034985A (ja) 超音波診断装置
Schneider et al. New demodulation filter in digital phase rotation beamforming
EP2341364A2 (en) Adaptive clutter filtering method and ultrasound system for the same
JP2012081115A (ja) 超音波診断装置
JP4644011B2 (ja) 超音波ドプラ血流計
KR102022143B1 (ko) 신호의 스펙트럴 다운시프트를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법
KR101441195B1 (ko) 스펙트럼 중심을 계산하는 초음파 진단 장치 및 신호 처리 장치, 그리고 스펙트럼 중심 계산 방법
JP4508801B2 (ja) 信号処理装置、信号処理方法、プログラム、記憶媒体および超音波診断装置
Yang et al. Reducing the complexity of orthogonal code based synthetic aperture ultrasound system
CN112957068A (zh) 超声信号处理方法及终端设备
KR20190064070A (ko) 초음파 영상 신호를 위한 필터 조립체 및 이를 이용한 빔 집속장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20150217

PA0201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20160229

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20160412

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20160414

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190314

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190314

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200331

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210411

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220328

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240408

Start annual number: 9

End annual number: 9

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250408

Start annual number: 10

End annual number: 10