WO2019240328A1 - 캐비테이션 모니터링 빔포머 및 빔포밍 방법 - Google Patents

캐비테이션 모니터링 빔포머 및 빔포밍 방법 Download PDF

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WO2019240328A1
WO2019240328A1 PCT/KR2018/010798 KR2018010798W WO2019240328A1 WO 2019240328 A1 WO2019240328 A1 WO 2019240328A1 KR 2018010798 W KR2018010798 W KR 2018010798W WO 2019240328 A1 WO2019240328 A1 WO 2019240328A1
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data
filter
decimation
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band pass
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PCT/KR2018/010798
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Inventor
송태경
김필수
Original Assignee
서강대학교 산학협력단
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/54—Control of the diagnostic device
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to a cavitation monitoring beamformer and beamforming method.
  • the sampling frequency used in the ultrasonic system may be a frequency larger than four times the center frequency of the transducer bandwidth. For example, if the center frequency is 7.5 MHz, the sampling frequency may be greater than 30 MHz. A typical ultrasound system can use a sampling frequency of 40 MHz.
  • the beamforming method for monitoring the cavitation is generally a beamforming method using a delay-and-sum in the time domain, but the beamforming result is integrated by a predetermined time T. Since the intensity is imaged, the beamforming process has to be repeated by a time T, so a high amount of computation is required. Accordingly, various studies have been conducted to reduce the amount of computation performed in the beamforming process.
  • FFT Fast Fourier transform
  • the computational cost of the cavitation monitoring beamformer is reduced by not performing fast Fourier transform on an unnecessary frequency domain.
  • the beamformer includes a filter unit, a decimation unit, and a Fourier transform unit generating an analytic signal having a limited frequency domain in order to prevent aliasing.
  • the filter unit may filter the sample data to provide filter data.
  • the decimation unit may provide decimation data by decimating the filter data at M (M is a natural number) sample intervals.
  • the Fourier transform unit may provide fast transform by fast Fourier transform (FFT) the decimation data.
  • FFT fast Fourier transform
  • the filter unit may use a Hilbert transform filter capable of generating an analytic signal.
  • the filter unit may include a first band pass filter and a second band pass filter.
  • the first band pass filter may be obtained by modulating the low pass filter into a cosine waveform.
  • the second band pass filter may be obtained by modulating the low pass filter into a sinusoidal waveform.
  • the first band pass filter, And the second band pass filter is Can be satisfied.
  • LPF (n) means low pass filter
  • n is an index of sample data
  • Is the ultrasonic center frequency It means the sampling frequency for the ultrasonic signal.
  • the decimation unit may include a first decimation unit and a second decimation unit.
  • the first decimation unit may decimate the first filter data provided from the first band pass filter at M sample intervals.
  • the second decimation unit may decimate the second filter data provided from the second band pass filter at M sample intervals.
  • M is a natural number
  • M is to satisfy the Nyquist rate Can be satisfied.
  • M is the decimation rate Sampling frequency for the ultrasonic signal
  • the beamformer may further include a compensation unit to compensate for the phase and time delay caused by the decimation.
  • the compensator may include a time delay compensator and a discrete frequency band compensator.
  • Time Delay Compensator Time Delay for Beamforming By performing phase compensation for each frequency, time delay compensation data can be provided.
  • Discrete frequency band compensation is a discrete frequency band compensation factor for compensating for frequencies changed by decimation. It can be performed through.
  • the FFT results for the ultrasound received data on Time delay and discrete frequency band compensation can be performed by multiplying by. here Is the result of multiplying the time delay by sample.
  • the discrete frequency band compensation factor used to compensate for the phase is Can be satisfied. (here, Is the minimum value among the frequency components of the ultrasonic signal, Is the maximum value of the frequency components of the ultrasonic signal, Is the index of the conversion data, Is the decimation rate, Is the number of samples input to the Fourier transform.)
  • the beamformer device includes a plurality of channels.
  • Each of the plurality of channels includes a filter unit, a decimation unit and a Fourier transform unit.
  • the filter unit may filter the sample data to provide filter data.
  • the decimation unit may decimate the filter data to provide decimation data.
  • the Fourier transform unit may provide fast transform by fast Fourier transform (FFT) the decimation data.
  • FFT fast Fourier transform
  • the filter unit may include a first band pass filter and a second band pass filter.
  • the first band pass filter Can be satisfied.
  • the second band pass filter Can be satisfied. (here, Is the first band pass filter, Is a second band pass filter, n is an index of sample data, Is the ultrasonic center frequency, It means the sampling frequency for the ultrasonic signal.)
  • the decimation unit may include a first decimation unit and a second decimation unit.
  • the first decimation unit may decimate the first filter data provided from the first band pass filter at M sample intervals.
  • the second decimation unit may decimate the second filter data provided from the second band pass filter at M sample intervals.
  • the filter unit may filter the sample data to provide filter data.
  • the decimation additional filter data may be decimated at M sample intervals to provide decimation data.
  • the Fourier transform unit may perform fast Fourier transform (FFT) on the decimation data to provide the transform data.
  • FFT fast Fourier transform
  • the compensation unit may compensate for the phase and time delay caused by the decimation. Where M is the decimation rate
  • M is Can be satisfied.
  • M is the decimation rate Sampling frequency for the ultrasonic signal
  • an ultrasonic signal may be received from a plurality of channels.
  • a sampler included in each of the plurality of channels may sample the ultrasonic signal to provide sample data.
  • the filter unit may filter the sample data to provide filter data.
  • the decimation additional filter data may be decimated at M sample intervals to provide decimation data.
  • the Fourier transform unit may perform fast Fourier transform (FFT) on the decimation data to provide transform data.
  • the compensation unit may compensate for the phase and time delay caused by the decimation.
  • the filter unit may include a first band pass filter and a second band pass filter.
  • the decimation unit may include a first decimation unit and a second decimation unit.
  • the first decimation unit may decimate the first filter data provided from the first band pass filter at M sample intervals.
  • the second decimation unit may decimate the second filter data provided from the second band pass filter at M sample intervals.
  • the amount of computation can be reduced in the beamforming process by performing fast Fourier transform using decimation data obtained by decimating filter data provided from the filter unit at M sample intervals.
  • the amount of computation can be reduced in the beamforming process by performing fast Fourier transform using decimation data decimated filter data provided from the filter unit at M sample intervals.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a beamformer according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a filter unit included in the beamformer of FIG. 1.
  • 3 and 4 are diagrams for describing a first band pass filter included in the filter unit of FIG. 2.
  • 5 and 6 are diagrams for describing the second band pass filter included in the filter unit of FIG. 2.
  • 7 to 9 are diagrams for describing filter data output from the filter unit of FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram for describing an operation of the decimation unit of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the decimation unit of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram for describing a decimation rate of the decimation unit of FIG. 1.
  • FIG. 13 illustrates a beamformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 illustrates a beamformer device according to embodiments of the present invention.
  • 16 is a view illustrating a method of operating a beamformer device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a beamformer according to embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a filter unit included in the beamformer of FIG. 1.
  • the beamformer 10 includes a filter unit 100, a decimation unit 200, and a Fourier transform unit 300.
  • the filter unit 100 may filter the sample data S_DATA to provide filter data F_DATA.
  • the filter unit 100 may include a first band pass filter 110 and a second band pass filter 130.
  • the first band pass filter 110 may be obtained by modulating the low pass filter into a cosine waveform
  • the second band pass filter 130 may be obtained by modulating the low pass filter into a sinusoidal waveform.
  • the first band pass filter 110 may satisfy Equation 1 below.
  • n is the index of the sample data (S_DATA)
  • Is the ultrasonic center frequency Is the ultrasonic reception signal.
  • the second band pass filter 130 may satisfy Equation 2 below.
  • Is the second band pass filter 130 Is the second band pass filter 130, n is the index of the sample data (S_DATA), Is the ultrasonic center frequency, It may be a sampling frequency of the ultrasonic reception signal RS.
  • the decimation unit 200 may provide decimation data D_DATA by decimating the filter data F_DATA at M (M is a natural number) sample intervals.
  • the Fourier transform unit 300 may provide the transform data T_DATA by performing fast Fourier transform (FFT) on the decimation data D_DATA.
  • FFT fast Fourier transform
  • a beamforming process is performed by performing fast Fourier transform using decimation data D_DATA decimated filter data F_DATA provided from the filter unit 100 at M sample intervals. You can reduce the amount of computation in.
  • 3 and 4 are diagrams for describing a first band pass filter included in the filter unit of FIG. 2.
  • the first band pass filter 110 may be represented by Equation 1 below.
  • the first band pass filter 110 may be a modulated cosine waveform of the low pass filter.
  • the first band moves in the first direction D1 by the first frequency F1 and moves in the second direction D2 by the first frequency F1.
  • the pass filter 110 may be implemented.
  • the first band pass filter 110 may be formed in the real axis (RE) direction.
  • 5 and 6 are diagrams for describing the second band pass filter included in the filter unit of FIG. 2.
  • the second band pass filter 130 may be represented by Equation 2 below.
  • the second band pass filter 130 may be a modulated low-pass filter with a sinusoidal waveform.
  • the second band pass shifts the center frequency by one frequency F1 in the first direction D1 and moves by the first frequency F1 in the second direction D2.
  • Filter 130 may be implemented.
  • the second band pass filter 130 may be formed in the imaginary axis IM direction.
  • a portion of the second band pass filter 130 in which the center frequency is moved by the first frequency F1 in the first direction D1 may be formed in the third direction D3 of the imaginary axis IM.
  • a portion of the band pass filter 130 in which the center frequency moves in the second direction D2 by the first frequency F1 may be formed in the fourth direction D4 of the imaginary axis IM.
  • the second band pass filter 130 of FIG. 5 When the second band pass filter 130 of FIG. 5 is multiplied by j and shifted 90 degrees, it may be represented as shown in FIG. 6.
  • the portion of the second band pass filter 130 moved by the first frequency F1 in the first direction D1 in the first direction D1 is a real number. It may be formed in the fifth direction D5 of the axis RE, and the portion of the second band pass filter 130 in which the center frequency is moved by the first frequency F1 in the second direction D2 is a real axis ( It may be formed in the sixth direction (D6) of the RE.
  • 7 to 9 are diagrams for describing filter data output from the filter unit of FIG. 1.
  • the signal of FIG. 7 may be a signal in which signals received for each channel of the transducer included in the ultrasound apparatus are filtered through the first band pass filter 110.
  • the signal of FIG. 8 may be a signal in which a signal received for each channel of the transducer included in the ultrasound apparatus is filtered through the second band pass filter 130.
  • the signal of FIG. 9 may be a summation signal obtained by adding up the signal of FIG. 7 and the signal of FIG. 8.
  • the summation signal may be an analytic signal (AS).
  • Equation 3 the signal of FIG. 9 may be represented by Equation 3 below.
  • Is an analog signal AS i is an index of a channel included in the ultrasound apparatus, Is the first filter data F_DATA1, May be the second filter data F_DATA2.
  • the first band pass filter 110 May be the second band pass filter 130.
  • a beamforming process is performed by performing fast Fourier transform using decimation data D_DATA decimated filter data F_DATA provided from the filter unit 100 at M sample intervals. You can reduce the amount of computation in.
  • FIG. 10 is a diagram for describing an operation of the decimation unit of FIG. 1
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the decimation unit of FIG. 1.
  • the decimation unit 200 may include a first decimation unit 210 and a second decimation unit 230.
  • the first decimation unit 210 may decimate the first filter data F_DATA1 provided from the first band pass filter 110 at M sample intervals.
  • Data decimated with the first filter data F_DATA1 at M sample intervals may be first decimation data D_DATA1.
  • the second decimator 230 may decimate the second filter data F_DATA2 provided from the second band pass filter 130 at M sample intervals.
  • M is a natural number.
  • Data decimated in the second filter data F_DATA1 at M sample intervals may be second decimation data D_DATA2.
  • the sample signal may include a first sample signal S1, a second sample signal S2, and a fourteenth sample signal S14.
  • the sample signal may be a signal selected at M sample intervals.
  • the decimation data D_DATA may include the first decimation signal S1, the fifth decimation signal S5, the ninth decimation signal S9, and the thirteenth.
  • the decimation signal S13 may be included.
  • FIG. 12 is a diagram for describing a decimation rate of the decimation unit of FIG. 1.
  • M is Can be satisfied.
  • M is the decimation rate (natural number)
  • Sampling frequency for the ultrasonic signal May be a bandwidth (BW) of the ultrasonic reception signal.
  • BW bandwidth
  • the interval between the first frequency F1 and the second frequency may be smaller than the band whistle BW.
  • aliasing may occur between the signals on the frequency axis.
  • noise may occur in an accurate ultrasound image.
  • FIG. 13 illustrates a beamformer according to an embodiment of the present invention.
  • the beamformer 10 includes a filter unit 100, a decimation unit 200, and a Fourier transform unit 300.
  • the filter unit 100 may filter the sample data S_DATA to provide filter data F_DATA.
  • the decimation unit 200 may provide decimation data D_DATA by decimating the filter data F_DATA at M (M is a natural number) sample intervals.
  • the Fourier transform unit 300 may provide the transform data T_DATA by performing fast Fourier transform (FFT) on the decimation data D_DATA.
  • the beamformer 10 may further include a compensator 400 for compensating for phase and time delay caused by decimation.
  • the compensator 400 may include a discrete frequency band compensator 410 and a time delay compensator 430.
  • the discrete frequency band compensator 410 may provide the compensation data PC_DATA by performing discrete frequency band compensation on the converted data T_DATA.
  • the discrete frequency band compensation factor used to compensate the discrete frequency band Can be satisfied.
  • the discrete frequency band compensation factor Is the minimum value among the frequency components of the ultrasonic signal, Is the maximum value of the frequency components of the ultrasonic signal, Is the index of the converted data, Is the decimation rate, May represent the number of samples input to the Fourier transform unit 300.
  • the time delay compensator 430 may compensate the time delay for each channel for beamforming the compensation data PC_DATA to provide the time delay compensation data TDC_DATA.
  • FIG. 14 illustrates a beamformer device according to embodiments of the present invention.
  • the beamformer device 50 includes a plurality of channels CHANNEL.
  • Each of the plurality of channels CHANNEL includes a filter unit 100, a decimation unit 200, and a Fourier transform unit 300.
  • the filter unit 100 may filter the sample data S_DATA to provide filter data F_DATA.
  • the filter unit 100 may include a first band pass filter 110 and a second band pass filter 130.
  • the first band pass filter 110 Can be satisfied.
  • the second band pass filter 130 Can be satisfied.
  • the first band pass filter 110, Is the second band pass filter 130, n is the index of the sample data (S_DATA), Is the ultrasonic center frequency, It means the sampling frequency for the ultrasonic signal.)
  • the decimation unit 200 may provide decimation data D_DATA by decimating the filter data F_DATA.
  • the decimation unit 200 may include a first decimation unit 210 and a second decimation unit 230.
  • the first decimation unit 210 may decimate the first filter data F_DATA1 provided from the first band pass filter 110 at M sample intervals. Data decimated with the first filter data F_DATA1 at M sample intervals may be first decimation data D_DATA1.
  • the second decimation unit 230 may decimate the second filter data F_DATA2 provided from the second band pass filter 130 at M sample intervals.
  • the decimated second filter data F_DATA1 at M sample intervals may be second decimation data D_DATA2.
  • the Fourier transform unit 300 may provide the transform data T_DATA by performing fast Fourier transform (FFT) on the decimation data D_DATA.
  • the beamforming image may be provided by synthesizing a signal generated for each of the plurality of channels using the transform data T_DATA.
  • the amount of computation is performed in the beamforming process by performing a fast Fourier transform using decimation data D_DATA decimated filter data F_DATA provided from the filter unit 100 at M sample intervals. Can be reduced.
  • the filter unit 100 may filter the sample data S_DATA to provide filter data F_DATA (S100).
  • the decimation unit 200 may decimate the filter data F_DATA at M sample intervals to provide decimation data D_DATA (S110).
  • the Fourier transform unit 300 may provide transformed data by performing fast Fourier transform (FFT) on the decimation data D_DATA (S120).
  • the compensation unit 400 may compensate for the phase and time delay caused by the decimation (S130).
  • M may be a decimation rate (natural number).
  • M is Can be satisfied.
  • M is the decimation rate (natural number)
  • Sampling frequency for the ultrasonic signal May be a bandwidth of the ultrasonic reception signal.
  • 16 is a view illustrating a method of operating a beamformer device according to embodiments of the present invention.
  • an ultrasonic signal RS may be received from a plurality of channels CHANNEL (S200).
  • the sampler 80 included in each of the plurality of channels may sample the ultrasonic signal RS and provide sample data S_DATA (S210).
  • the filter unit 100 may filter the sample data S_DATA to provide filter data F_DATA (S220).
  • the decimation unit 200 may decimate the filter data F_DATA at M sample intervals to provide decimation data D_DATA (S230).
  • the Fourier transform unit 300 may provide the transformed data by performing fast Fourier transform (FFT) on the decimation data D_DATA (S240).
  • the compensation unit 400 may compensate for the phase and time delay caused by the decimation (S250).
  • the filter unit 100 may include a first band pass filter 110 and a second band pass filter 130.
  • the decimation unit 200 may include a first decimation unit 210 and a second decimation unit 230.
  • the first decimation unit 210 may decimate the first filter data F_DATA1 provided from the first band pass filter 110 at M sample intervals.
  • the second decimator 230 may decimate the second filter data F_DATA2 provided from the second band pass filter 130 at M sample intervals.
  • a fast Fourier transform is performed using decimation data D_DATA decimated filter data F_DATA provided from the filter unit 100 at M sample intervals.

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Abstract

본 발명에 따른 빔포머는 필터부, 데시메이션 부 및 푸리에 변환부를 포함한다. 필터부는 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 데시메이션 부는 필터 데이터를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부는 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 빔포머에서는 필터부로부터 제공되는 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼(FFT)을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.

Description

캐비테이션 모니터링 빔포머 및 빔포밍 방법
본 발명은 캐비테이션 모니터링 빔포머 및 빔포밍 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초음파 시스템에서 사용되는 샘플링 주파수는 트랜스듀서 (Transducer) 밴드위스(Bandwidth)의 중심주파수의 4배보다 큰 주파수가 사용될 수 있다. 예를들어, 중심주파수가 7.5MHz인 경우, 샘플링 주파수는 30MHz보다 클 수 있다. 일반적인 초음파 시스템은 40MHz의 샘플링 주파수를 사용할 수 있다.
캐비테이션을 모니터링 하기 위한 빔포밍 방법은 일반적으로 시간축(time domain)에서 시간지연을(Delay-and-sum) 통한 빔포밍 방법이 이용되지만, 일정 시간 T 만큼 빔포밍 결과를 합산(integration) 하여 캐비테이션의 강도를 영상화 하기 때문에 빔포밍 과정이 시간 T 만큼 반복되어야 하므로 높은 연산량이 요구된다. 이에 따라, 빔포밍 과정에서 수행되는 연산량을 감소시키기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
빔포밍 과정에서 고속 퓨리에 트랜스폼(Fast Fourier Trnasform, FFT)이 수행될 수 있다. 이 경우, 고속 퓨리에 트랜스폼이 샘플링 주파수로 샘플링된 전체 데이터 N 샘플에 대해서 수행되면, 빔포밍 과정에서 수행되는 연산량은 일반적으로 O(N log 2 N)이 될 수 있다. 그러나, 빔포밍에서는 모든 주파수의 신호를 이용하지 않기 때문에 불필요한 퓨리에 트랜스폼이 수행된다고 볼 수 있다.
(특허공개문헌) KR 제10-2013-0124209호 (공개일자, 2013.11.13)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 캐비테이션 모니터링 빔포머 및 빔포밍 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 불필요한 주파수영역에 대한 고속 퓨리에 트랜스폼을 수행하지 않음으로써 캐비테이션 모니터링 빔포머의 연산량을 낮추는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 빔포머는 에일리어싱(aliasing)을 방지하기 위하여 주파수 영역이 제한된 어날리틱(Analytic) 신호를 생성하는 필터부, 데시메이션부 및 푸리에 변환부를 포함한다. 필터부는 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 데시메이션 부는 필터 데이터를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부는 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터부는 어날리틱 신호를 생성할 수 있는 힐버트 변환(Hilbert transform) 필터를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함할 수 있다. 제1 밴드패스필터는 로우패스필터를 코사인파형으로 모듈레이션하여 얻어질 수 있다. 제2 밴드패스필터는 로우패스필터를 사인파형으로 모듈레이션 하여 얻어질 수 있다. ··
일 실시예에 있어서, 제1 밴드패스필터는,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000001
를 만족하고, 제2 밴드패스필터는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000002
를 만족할 수 있다. (여기서, LPF(n)은 로우패스 필터를 의미하며,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000003
는 제1 밴드패스필터,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000004
는 제2 밴드패스필터, n은 샘플 데이터의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000005
는 초음파 중심주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000006
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수를 의미한다.)
일 실시예에 있어서, 데시메이션 부는 제1 데시메이션부 및 제2 데시메이션부를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부는 제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제2 데시메이션부는 제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. (여기서, M은 자연수)
일 실시예에 있어서, M은 Nyquist rate을 만족하기 위하여
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000007
를 만족할 수 있다. (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000008
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000009
는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth))
일 실시예에 있어서, 빔포머는 상기 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상하는 보상부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 보상부는 시간지연 보상부 및 이산 주파수(discrete frequency) 대역 보상부를 포함할 수 있다. 시간지연 보상부는 빔포밍을 위한 시간지연
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000010
을 각 주파수에 대한 페이즈 보상을 수행함으로써 시간지연 보상 데이터를 제공할 수 있다. 이산 주파수 대역 보상은 데시메이션에 의해 변화된 주파수를 보상하기 위한 이산 주파수 대역 보상팩터
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000011
를 통해 수행될 수 있다.
결과적으로, 초음파 수신데이터에 대한 FFT 결과
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000012
에
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000013
을 곱하여 시간지연 및 이산 주파수 대역 보상을 수행할 수 있다. 여기서
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000014
는 시간지연을 샘플단위로 수행하기 위해 곱해진 결과이다.
일 실시예에 있어서, 페이즈를 보상하기 위해 사용되는 이산 주파수 대역 보상 팩터는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000015
를 만족할 수 있다. (여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000016
은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최소값,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000017
은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최대값,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000018
는 변환 데이터의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000019
은 데시메이션 레이트,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000020
은 푸리에 변환부에 입력되는 샘플 수를 의미한다.)
본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치는 복수의 채널들을 포함한다. 복수의 채널들의 각각은 필터부, 데시메이션 부 및 푸리에 변환부를 포함한다. 필터부는 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 데시메이션 부는 필터 데이터를 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부는 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함할 수 있다. 제1 밴드패스필터는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000021
를 만족할 수 있다. 제2 밴드패스필터는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000022
를 만족할 수 있다. (여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000023
는 제1 밴드패스필터,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000024
는 제2 밴드패스필터, n은 샘플 데이터의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000025
는 초음파 중심주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000026
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수를 의미한다.)
일 실시예에 있어서, 데시메이션 부는 제1 데시메이션부 및 제2 데시메이션부를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부는 제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제2 데시메이션부는 제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 방법에서는 필터부가 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 데시메이션 부가 필터 데이터를 M샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부가 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다. 보상부가 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상할 수 있다. (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수))
일 실시예에 있어서, M은
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000027
를 만족할 수 있다. (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000028
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000029
는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth))
본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치의 동작방법에서는 복수의 채널들로부터 초음파 신호를 수신할 수 있다. 복수의 채널들의 각각에 포함되는 샘플러가 초음파 신호를 샘플링하여 샘플 데이터를 제공할 수 있다. 필터부가 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 데시메이션 부가 필터 데이터를 M샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부가 상기 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다. 보상부가 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함할 수 있다. 데시메이션 부는 제1 데시메이션부 및 제2 데시메이션부를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부는 제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제2 데시메이션부는 제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 빔포머에서는 필터부로부터 제공되는 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 빔포밍 방법에서는 필터부로부터 제공되는 필터 데이터를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 빔포머에 포함되는 필터부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 4는 도 2의 필터부에 포함되는 제1 밴드패스필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 6은 도 2의 필터부에 포함되는 제2 밴드패스필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 9는 도 1의 필터부에서 출력되는 필터 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1의 데시메이션 부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 데시메이션 부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 1의 데시메이션 부의 데시메이션 레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치의 동작방법을 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성 요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하는 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 빔포머에 포함되는 필터부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 빔포머(10)는 필터부(100), 데시메이션부(200) 및 푸리에 변환부(300)를 포함한다. 필터부(100)는 샘플 데이터(S_DATA)를 필터링하여 필터 데이터(F_DATA)를 제공할 수 있다. 필터부(100)는 제1 밴드패스필터(110) 및 제2 밴드패스필터(130)를 포함할 수 있다. 제1 밴드패스필터(110)는 로우패스필터를 코사인파형으로 모듈레이션하여 얻어질 수 있고, 제2 밴드패스필터(130)는 로우패스필터를 사인파형으로 모듈레이션 하여 얻어질 수 있다.
예를 들어, 제1 밴드패스필터(110)는 아래 [수학식1]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000030
여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000031
는 제1 밴드패스필터(110), n은 샘플 데이터(S_DATA)의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000032
는 초음파 중심주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000033
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수일 수 있다.
또한, 예를 들어, 제2 밴드패스필터(130)는 아래 [수학식2]을 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000034
여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000035
는 제2 밴드패스필터(130), n은 샘플 데이터(S_DATA)의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000036
는 초음파 중심주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000037
초음파 수신신호(RS)에 대한 샘플링 주파수일 수 있다.
데시메이션부(200)는 필터 데이터(F_DATA)를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터(D_DATA)를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부(300)는 데시메이션 데이터(D_DATA)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터(T_DATA)를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 빔포머(10)에서는 필터부(100)로부터 제공되는 필터 데이터(F_DATA)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터(D_DATA)를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
도 3 및 4는 도 2의 필터부에 포함되는 제1 밴드패스필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 4를 참조하면, 제1 밴드패스필터(110)는 아래 [수학식1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000038
도3 은 밴드위스가 BW인 로우패스필터를 나타낼 수 있고, 제1 밴드패스필터(110)는 로우패스필터를 코사인파형으로 모듈레이션한 것일 수 있다. 로우패스필터를 코사인파형으로 모듈레이션하는 경우, 제1 방향(D1)으로 제1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동하고, 제2 방향(D2)으로 제1 주파수(F1) 만큼 이동한 제1 밴드패스필터(110)를 구현할 수 있다. 이 경우, 제1 밴드패스필터(110)는 실수축(RE) 방향으로 형성될 수 있다.
도 5 및 6은 도 2의 필터부에 포함되는 제2 밴드패스필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 제2 밴드패스필터(130)는 아래 [수학식2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000039
도3 은 밴드위스가 BW인 로우패스필터를 나타낼 수 있고, 제2 밴드패스필터(130)는 로우패스필터를 사인파형으로 모듈레이션한 것일 수 있다. 로우패스필터를 사인파형으로 모듈레이션하는 경우, 제1 방향(D1)으로 1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동하고, 제2 방향(D2)으로 제1 주파수(F1) 만큼 이동한 제2 밴드패스필터(130)를 구현할 수 있다. 이 경우, 제2 밴드패스필터(130)는 허수축(IM) 방향으로 형성될 수 있다. 제2 밴드패스필터(130) 중 제1 방향(D1)으로 제1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동한 부분은 허수축(IM)의 제3 방향(D3)으로 형성될 수 있고, 제2 밴드패스필터(130) 중 제2 방향(D2)으로 제1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동한 부분은 허수축(IM)의 제4 방향(D4)으로 형성될 수 있다.
도 5의 제2 밴드패스필터(130)에 j를 곱하여 90도 위상이동하면 도 6과 같이 나타낼 수 있다. 제2 밴드패스필터(130)에 j를 곱하여 90도 위상이동하는 경우, 제2 밴드패스필터(130) 중 제1 방향(D1)으로 제1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동한 부분은 실수축(RE)의 제5 방향(D5)으로 형성될 수 있고, 제2 밴드패스필터(130) 중 제2 방향(D2)으로 제1 주파수(F1)만큼 중심주파수가 이동한 부분은 실수축(RE)의 제6 방향(D6)으로 형성될 수 있다.
도 7 내지 9는 도 1의 필터부에서 출력되는 필터 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 9를 참조하면, 도 7의 신호는 초음파 장치에 포함되는 트랜스듀서의 채널별로 수신되는 신호가 제1 밴드패스필터(110)를 통해서 필터링된 신호일 수 있다. 도 8의 신호는 초음파 장치에 포함되는 트랜스듀서의 채널별로 수신되는 신호가 제2 밴드패스필터(130)를 통해서 필터링된 신호일 수 있다. 도 9의 신호는 도 7의 신호 및 도 8의 신호를 합한 합산신호일 수 있다. 합산신호는 아날리틱 신호(Analytic signal, AS)일 수 있다.
예를들어, 도 9의 신호는 아래와 같은 [수학식3]으로 나타낼 수 있다.
[수학식3]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000040
여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000041
는 아날리틱 신호(AS), i는 초음파 장치에 포함되는 채널의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000042
는 제1 필터 데이터(F_DATA1),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000043
는 제2 필터 데이터(F_DATA2)일 수 있다.
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000044
및
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000045
는 힐버트 페어(Hilbert pair) 관계일 수 있고,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000046
및
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000047
는 아래 [수학식4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식4]
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000048
여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000049
는 샘플 데이터(S_DATA),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000050
는 제1 밴드패스필터(110),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000051
는 제2 밴드패스필터(130)일 수 있다.
본 발명에 따른 빔포머(10)에서는 필터부(100)로부터 제공되는 필터 데이터(F_DATA)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터(D_DATA)를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
도 10은 도 1의 데시메이션 부의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 1의 데시메이션 부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10 및 11을 참조하면, 데시메이션 부(200)는 제1 데시메이션부(210) 및 제2 데시메이션부(230)를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부(210)는 제1 밴드패스필터(110)로부터 제공되는 제1 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제1 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데이터는 제1 데시메이션 데이터(D_DATA1)일 수 있다. 제2 데시메이션부(230)는 제2 밴드패스필터(130)로부터 제공되는 제2 필터 데이터(F_DATA2)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. (여기서, M은 자연수) 제2 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데이터는 제2 데시메이션 데이터(D_DATA2)일 수 있다.
샘플 신호는 제1 샘플 신호(S1), 제2 샘플 신호(S2)... 제14 샘플 신호(S14)를 포함할 수 있다. 데시메이션 레이트가 M인 경우, 샘플 신호를 M 샘플간격으로 선택한 신호일 수 있다. 예를 들어, 데시메이션 레이트가 M=4인 경우, 데시메이션 데이터(D_DATA)는 제1 데시메이션 신호(S1), 제5 데시메이션 신호(S5), 제9 데시메이션 신호(S9) 및 제13 데시메이션 신호(S13)를 포함할 수 있다.
도 12는 도 1의 데시메이션 부의 데시메이션 레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, M은
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000052
를 만족할 수 있다. 여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000053
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000054
는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth, BW)일 수 있다. 예를 들어, M은
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000055
를 만족하지 못하는 경우, 제1 주파수(F1)와 제2 주파수 사이의 간격이 밴드위스(BW)보다 작을 수 있다. 제1 주파수(F1)와 제2 주파수 사이의 간격이 밴드위스(BW)보다 작은 경우, 주파수 축상에서 신호들 사이에 에일리어싱 (Aliasing)이 발생할 수 있다. 주파수 축상에서 신호들 사이에 에일리어싱(Aliasing)이 발생하는 경우, 정확한 초음파 영상에 노이즈가 발생할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 빔포머(10)는 필터부(100), 데시메이션 부(200) 및 푸리에 변환부(300)를 포함한다. 필터부(100)는 샘플 데이터(S_DATA)를 필터링하여 필터 데이터(F_DATA)를 제공할 수 있다. 데시메이션 부(200)는 필터 데이터(F_DATA)를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터(D_DATA)를 제공할 수 있다. 푸리에 변환부(300)는 데시메이션 데이터(D_DATA)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터(T_DATA)를 제공할 수 있다. 빔포머(10)는 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상하는 보상부(400)를 더 포함할 수 있다. 보상부(400)는 이산 주파수 대역 보상부(410) 및 시간지연 보상부(430)를 포함할 수 있다.
이산 주파수 대역 보상부(410)는 변환데이터(T_DATA)에 이산 주파수 대역 보상하여 보상 데이터(PC_DATA)를 제공할 수 있다. 이산 주파수 대역을 보상하기 위해 사용되는 이산 주파수 대역 보상 팩터는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000056
를 만족할 수 있다. 여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000057
는 이산 주파수 대역 보상 팩터,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000058
은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최소값,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000059
은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최대값,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000060
는 변환 데이터의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000061
은 데시메이션 레이트,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000062
은 푸리에 변환부(300)에 입력되는 샘플 수를 나타낼 수 있다. 시간지연 보상부(430)는 보상 데이터(PC_DATA)에 빔포밍을 위한 채널 별 시간지연을 보상하여 시간지연 보상 데이터(TDC_DATA)를 제공할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 빔포머 장치(50)는 복수의 채널들(CHANNEL)을 포함한다. 복수의 채널들(CHANNEL)의 각각은 필터부(100), 데시메이션 부(200) 및 푸리에 변환부(300)를 포함한다. 필터부(100)는 샘플 데이터(S_DATA)를 필터링하여 필터 데이터(F_DATA)를 제공할 수 있다.
필터부(100)는 제1 밴드패스필터(110) 및 제2 밴드패스필터(130)를 포함할 수 있다. 제1 밴드패스필터(110)는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000063
를 만족할 수 있다. 제2 밴드패스필터(130)는
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000064
를 만족할 수 있다. (여기서,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000065
는 제1 밴드패스필터(110),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000066
는 제2 밴드패스필터(130), n은 샘플 데이터(S_DATA)의 인덱스,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000067
는 초음파 중심주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000068
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수를 의미한다.)
데시메이션 부(200)는 필터 데이터(F_DATA)를 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터(D_DATA)를 제공할 수 있다. 데시메이션 부(200)는 제1 데시메이션부(210) 및 제2 데시메이션부(230)를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부(210)는 제1 밴드패스필터(110)로부터 제공되는 제1 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제1 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데이터는 제1 데시메이션 데이터(D_DATA1)일 수 있다. 제2 데시메이션부(230)는 제2 밴드패스필터(130)로부터 제공되는 제2 필터 데이터(F_DATA2)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제2 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데이터는 제2 데시메이션 데이터(D_DATA2)일 수 있다.
푸리에 변환부(300)는 데시메이션 데이터(D_DATA)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터(T_DATA)를 제공할 수 있다. 변환 데이터(T_DATA)를 이용하여 복수의 채널들 별로 생성되는 신호를 합성함으로써 빔포밍 영상을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 빔포머 장치에서는 필터부(100)로부터 제공되는 필터 데이터(F_DATA)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터(D_DATA)를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 빔포밍 방법을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 빔포밍 방법에서는 필터부(100)가 샘플 데이터(S_DATA)를 필터링하여 필터 데이터(F_DATA)를 제공할 수 있다(S100). 데시메이션 부(200)가 필터 데이터(F_DATA)를 M샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터(D_DATA)를 제공할 수 있다(S110). 푸리에 변환부(300)가 데시메이션 데이터(D_DATA)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다(S120). 보상부(400)가 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상할 수 있다(S130). 여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, M은
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000069
를 만족할 수 있다. 여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000070
초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
Figure PCTKR2018010798-appb-img-000071
는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth)일 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치의 동작방법을 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 빔포머 장치의 동작방법에서는 복수의 채널들(CHANNEL)로부터 초음파 신호(RS)를 수신할 수 있다(S200). 복수의 채널들의 각각에 포함되는 샘플러(80)가 초음파 신호(RS)를 샘플링하여 샘플 데이터(S_DATA)를 제공할 수 있다(S210). 필터부(100)가 샘플 데이터(S_DATA)를 필터링하여 필터 데이터(F_DATA)를 제공할 수 있다(S220). 데시메이션 부(200)가 필터 데이터(F_DATA)를 M샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터(D_DATA)를 제공할 수 있다(S230). 푸리에 변환부(300)가 상기 데시메이션 데이터(D_DATA)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공할 수 있다(S240). 보상부(400)가 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상할 수 있다(S250).
예를들어, 필터부(100)는 제1 밴드패스필터(110) 및 제2 밴드패스필터(130)를 포함할 수 있다. 데시메이션 부(200)는 제1 데시메이션부(210) 및 제2 데시메이션부(230)를 포함할 수 있다. 제1 데시메이션부(210)는 제1 밴드패스필터(110)로부터 제공되는 제1 필터 데이터(F_DATA1)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다. 제2 데시메이션부(230)는 제2 밴드패스필터(130)로부터 제공되는 제2 필터 데이터(F_DATA2)를 M 샘플 간격으로 데시메이션할 수 있다.
본 발명에 따른 빔포머 장치의 동작방법에서는 필터부(100)로부터 제공되는 필터 데이터(F_DATA)를 M 샘플 간격으로 데시메이션한 데시메이션 데이터(D_DATA)를 이용하여 고속 푸리에 트랜스폼(FFT)을 수행함으로써 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 빔포밍 과정에서 연산량을 감소시킬 수 있으므로 산업상 이용가능성이 높을 것이다.

Claims (15)

  1. 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 필터부;
    상기 필터 데이터를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공하는 데시메이션 부; 및
    상기 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공하는 푸리에 변환부를 포함하는 빔포머.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는아날리틱 신호를 제공하는 힐버트 변환(Hilbert transform) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함하고,
    상기 제1 밴드패스필터는,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000072
    를 만족하고,
    상기 제2 밴드패스필터는,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000073
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
    (여기서,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000074
    는 제1 밴드패스필터,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000075
    는 제2 밴드패스필터, n은 샘플 데이터의 인덱스,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000076
    는 초음파 중심주파수,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000077
    초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수를 의미한다.)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 데시메이션 부는,
    제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제1 데시메이션부; 및
    제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제2 데시메이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
    (여기서, M은 자연수)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 M은,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000078
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
    (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000079
    초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000080
    는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth))
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔포머는 빔포밍을 위한 시간지연 및 상기 데시메이션에 의해 발생하는 이산 주파수 대역을 보상하는 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 변환데이터에 이산 주파수 대역을 보상하여 변환데이터의 주파수를 보상한 보상 데이터를 제공하는 이산 주파수 대역 보상부; 및
    상기 보상 데이터에 빔포밍을 위한 채널 별 시간지연을 보상하여 시간지연 보상 데이터를 제공하는 시간지연 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이산 주파수 대역을 보상하기 위해 사용되는 이산 주파수 대역 보상 팩터는,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000081
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 빔포머.
    (여기서,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000082
    는 이산 주파수 대역 보상 팩터,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000083
    은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최소값,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000084
    은 초음파 수신신호의 주파수 성분 중 최대값,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000085
    는 변환 데이터의 인덱스,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000086
    은 데시메이션 레이트,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000087
    은 푸리에 변환부에 입력되는 샘플 수를 의미한다.)
  9. 복수의 채널들;
    상기 복수의 채널들의 각각은;
    샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 필터부;
    상기 필터 데이터를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션 (Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공하는 데시메이션 부; 및
    상기 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공하는 푸리에 변환부를 포함하는 빔포머 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함하고,
    상기 제1 밴드패스필터는,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000088
    를 만족하고,
    상기 제2 밴드패스필터는,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000089
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 빔포머 장치.
    (여기서,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000090
    는 제1 밴드패스필터,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000091
    는 제2 밴드패스필터, n은 샘플 데이터의 인덱스,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000092
    는 초음파 중심주파수,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000093
    초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수를 의미한다.)
  11. 제9항에 있어서,
    상기 데시메이션 부는,
    제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제1 데시메이션부; 및
    제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제2 데시메이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머 장치.
  12. 필터부가 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 단계;
    데시메이션 부가 상기 필터 데이터를 M샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공하는 단계;
    푸리에 변환부가 상기 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공하는 단계; 및
    보상부가 상기 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상하는 단계를 포함하는 빔포밍 방법.
    (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수))
  13. 제12항에 있어서,
    상기 M은,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000094
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 빔포밍 방법.
    (여기서, M은 데시메이션 레이트(자연수),
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000095
    초음파 수신신호에 대한 샘플링 주파수,
    Figure PCTKR2018010798-appb-img-000096
    는 초음파 수신신호의 밴드위스(bandwidth))
  14. 복수의 채널들로부터 초음파 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 채널들의 각각에 포함되는 샘플러가 상기 초음파 신호를 샘플링하여 샘플 데이터를 제공하는 단계;
    필터부가 상기 샘플 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 단계;
    데시메이션 부가 상기 필터 데이터를 M (M은 자연수) 샘플 간격으로 데시메이션(Decimation)하여 데시메이션 데이터를 제공하는 단계;
    푸리에 변환부가 상기 데시메이션 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 변환 데이터를 제공하는 단계; 및
    보상부가 상기 데시메이션에 의해 발생하는 페이즈 및 시간지연을 보상하는 단계를 포함하는 빔포머 장치의 동작방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필터부는 제1 밴드패스필터 및 제2 밴드패스필터를 포함하고,
    상기 데시메이션 부는,
    제1 밴드패스필터로부터 제공되는 제1 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제1 데시메이션부; 및
    제2 밴드패스필터로부터 제공되는 제2 필터 데이터를 상기 M 샘플 간격으로 데시메이션하는 제2 데시메이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔포머 장치의 동작방법.
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