專利名稱：超聲系統(tǒng)中的波束形成后壓縮的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在超聲成像系統(tǒng)中由應(yīng)用在接收的超聲信號樣本的接收波束形成器 所產(chǎn)生的波束形成樣本的壓縮，特別是在用于圖像形成的處理之前獨(dú)立地壓縮每個(gè)波束的 波束形成樣本以及解壓縮。
背景技術(shù)：
醫(yī)療超聲系統(tǒng)通過從由臨床醫(yī)生放置在受試對象上的換能器發(fā)送超聲波束，掃描 受試對象的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)。超聲波在具有不同聲阻抗的內(nèi)部組織的界面上反射，產(chǎn)生回聲。 換能器接收回聲并將它們轉(zhuǎn)換為電超聲信號。超聲系統(tǒng)將一序列的處理步驟應(yīng)用到超聲信 號以產(chǎn)生在控制臺(tái)上顯示的圖像或一系列圖像，用以由臨床醫(yī)生分析?；诮邮盏幕芈暤?強(qiáng)度形成的圖像稱為B-模式圖像。此外，系統(tǒng)可以測量超聲信號的多普勒頻移(Doppler shifts)以產(chǎn)生指示比如血液之類的流體的流動(dòng)的彩色圖像，以及執(zhí)行對診斷有用的額外 的分析。常規(guī)的醫(yī)療超聲換能器包括在由電信號驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)送超聲波，接收返回的回聲并且 將接收的回聲轉(zhuǎn)換為多個(gè)模擬信號的壓電元件陣列。多個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog to digital converter，簡稱ADC)對模擬信號采樣，每個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器都產(chǎn)生數(shù)字信號樣 本流。信號樣本的典型的數(shù)字信號處理包括波束形成、下變頻轉(zhuǎn)換、B-模式(亮度)處理 和/或多普勒處理、掃描轉(zhuǎn)換以及用于顯示的圖像處理。波束形成器對信號樣本流應(yīng)用延 遲與累加操作以形成對應(yīng)于視場中的特定方向的波束形成樣本陣列。波束形成器通過對信 號樣本流應(yīng)用不同的延遲模式，能夠產(chǎn)生對應(yīng)于視場中的不同方向的數(shù)個(gè)波束形成樣本陣 列。取決于期望的診斷信息類型，隨后在波束形成樣本上執(zhí)行B-模式處理和/或多普勒處 理以形成B-模式檢測樣本和/或多普勒檢測樣本。檢測樣本的空間坐標(biāo)仍然對應(yīng)于波束 形成樣本的波束幾何形狀。掃描轉(zhuǎn)換器執(zhí)行檢測樣本的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有適合用于顯示 的光柵格式的數(shù)據(jù)幀。將額外的圖像處理應(yīng)用到樣本幀以允許它們作為二維(2-D)或三維 (3-D)圖像顯示。用以改進(jìn)醫(yī)療超聲系統(tǒng)的當(dāng)前努力針對于提高控制臺(tái)/車系統(tǒng)的診斷能力以及 開發(fā)具有提高的圖像質(zhì)量的較小的便攜式設(shè)備。對于高端控制臺(tái)或車系統(tǒng)，增加換能器元 件的數(shù)量以產(chǎn)生更高分辨率和/或3-D圖像以擴(kuò)展診斷能力是。增加換能器元件的數(shù)量會(huì) 增加從換能器頭傳達(dá)到控制臺(tái)處理器的數(shù)據(jù)量，其可能需要更高帶寬的通信信道以及更大 的電纜連接。換能器頭的數(shù)據(jù)采集能力由操縱需要和外形要素所限制。手提或手持式超聲 設(shè)備對于在小診所、移動(dòng)治療單元以及家庭中的使用是經(jīng)濟(jì)的和期望的。對于這些設(shè)備，電 池壽命也是一種限制。在超聲系統(tǒng)中更加高效的處理、傳輸和存儲(chǔ)超聲信號數(shù)據(jù)可以節(jié)省 功率、數(shù)據(jù)傳輸帶寬和存儲(chǔ)器容量。超聲信號數(shù)據(jù)的壓縮能夠?qū)刂婆_(tái)/車系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng)兩者提供益處。益處包 括降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶寬、存儲(chǔ)器容量和功率要求。對于便攜式或者手提式超聲系統(tǒng)，這 些益處會(huì)降低重量并且增加電池壽命。對于控制臺(tái)系統(tǒng)，壓縮會(huì)減輕增加由換能器頭獲取的數(shù)據(jù)量并傳送數(shù)據(jù)到超聲信號處理器的影響。在計(jì)算上高效的壓縮在對系統(tǒng)復(fù)雜度具有 較低影響或者沒有影響的情況下引入壓縮的益處。本描述使用術(shù)語“壓縮(compression) ”來指代超聲信號樣本的數(shù)據(jù)壓縮，其中代 表信號樣本的比特?cái)?shù)目被減少并且信號樣本隨后在用于顯示的處理之前解壓縮。超聲成 像系統(tǒng)的某些描述使用術(shù)語“壓縮”來表示“脈沖壓縮”而不是數(shù)據(jù)壓縮。脈沖壓縮是指 過濾和/或調(diào)制發(fā)送的超聲脈沖，以及逆向過濾和/或解調(diào)接收的超聲脈沖。(例如，見作 者為V. Behar與D. Adam,于2004年在Ultrasonics的卷號42，頁碼1101-1109中發(fā)表的 "Parameter optimization of pulsecompression in ultrasound imaging system with coded excitation")。超聲成像系統(tǒng)的某些描述使用術(shù)語“壓縮”來表示“對數(shù)壓縮”而不是 數(shù)據(jù)壓縮。在該上下文中，對數(shù)壓縮是指在顯示之前計(jì)算處理的超聲數(shù)據(jù)，典型地為檢測的 數(shù)據(jù)的幅度的對數(shù)。(例如，見作者為A. Murtaza等，于2008年11月在Texas Instruments SPRAB 12 的頁碼 1-26 中發(fā)表的 “Signal Processing Overview of Ultrasound”)。脈沖 壓縮和對數(shù)壓縮兩者都有意地改變發(fā)送的或接收的超聲信號在時(shí)域和頻域中的特征。在隨 后跟隨有解壓縮的接收的超聲信號樣本的數(shù)據(jù)壓縮是在時(shí)域和頻域中保存信號特征的處 理。本描述指的是超聲信號樣本的無損及有損壓縮。在無損壓縮中，解壓縮的樣本具有與 原始樣本相一致的值。在有損壓縮中，解壓縮的樣本類似，但不同于原始樣本。本描述使用 術(shù)語“幀”以指代最終將被處理以形成用于顯示的超聲圖像的原始的或處理的超聲數(shù)據(jù)陣 列。在本領(lǐng)域中超聲成像系統(tǒng)的某些描述還使用術(shù)語“屏”以指代超聲數(shù)據(jù)幀。在本描述 中，“實(shí)時(shí)”表示至少與數(shù)字信號的采樣速率一樣快的速率?？梢允褂眯g(shù)語“實(shí)時(shí)”來描述數(shù) 字信號的處理、傳輸以及存儲(chǔ)的速率。采樣速率是ADC在模擬信號的轉(zhuǎn)換期間形成數(shù)字信 號樣本的速率。在本領(lǐng)域中超聲成像系統(tǒng)的某些描述使用“實(shí)時(shí)”以指代顯示超聲圖像的 幀速率。本描述將實(shí)時(shí)與采樣速率，而不是幀速率解釋相關(guān)聯(lián)。超聲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)壓縮的從前的申請包括了在用于圖像形成的掃描轉(zhuǎn)換之前和 之后的數(shù)據(jù)壓縮的替代方式。在公告于2001年11月13日，名稱為“Ultrasonic Diagnostic Device”的美國專利6，315，722中，Yaegashi描述了用于存儲(chǔ)輸出自ADC單元的超聲信號樣 本的時(shí)間軸擴(kuò)展單元。時(shí)間軸擴(kuò)展單元以輸出自ADC單元的速率寫數(shù)據(jù)并以較低的速率讀 數(shù)據(jù)。時(shí)間軸擴(kuò)展單元存儲(chǔ)用于一屏或一幀的信號樣本，并且可以使用先入先出(first-in first-out，簡稱FIFO)存儲(chǔ)器實(shí)施。數(shù)據(jù)壓縮單元壓縮從時(shí)間軸擴(kuò)展單元讀取的信號樣 本。Yaegashi描述圖像壓縮技術(shù)的應(yīng)用，這樣的方法基于用于利用一個(gè)數(shù)據(jù)幀之內(nèi)的空 間相關(guān)性的離散余弦變換(discrete cosine transform，簡稱DCT)或者用于多數(shù)據(jù)幀的 MPEG壓縮方法。(MPEG是指由Moving Picture Experts Group開發(fā)的視頻數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn))。 壓縮的樣本存儲(chǔ)于大容量存儲(chǔ)設(shè)備，比如硬盤中。數(shù)據(jù)壓縮減少在大容量存儲(chǔ)設(shè)備中所需 的存儲(chǔ)容量。為了產(chǎn)生圖像，數(shù)據(jù)擴(kuò)展單元解壓縮取回自大容量存儲(chǔ)設(shè)備的壓縮的樣本。將 包括過濾、對數(shù)轉(zhuǎn)換、檢測以及數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換在內(nèi)的常規(guī)操作應(yīng)用到解壓縮的樣本，用于圖 像形成和顯示。Yaegashi沒有公開處理序列中的波束形成。在公開號為2008/0114246，名稱為“Transducer Array ImagingSystem”的美國專 利公開中，Randall等人描述了在波束形成之前和/或之后使用映射、重采樣和/或數(shù)據(jù)開 窗而壓縮超聲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。映射可以包括再量化或者裁剪信號樣本。例如，所需比特的數(shù)量 隨深度單調(diào)地減少從而基于深度更少的比特可以分配給每個(gè)樣本。在某些實(shí)施方式中，來自延伸出發(fā)送與接收孔徑的接收信道的信號樣本可以被截去。為了對感興趣區(qū)域(region of interest，簡稱ROI)成像，信號采集時(shí)間可以與深度范圍成正比，從而使在最小采樣時(shí) 間之前和/或最大采樣時(shí)間之后獲取的數(shù)據(jù)能夠被截去一如果它們不貢獻(xiàn)于圖像像素的 形成。在某些實(shí)施方式中，如果顯示分辨率低于全分辨率成像的需要，那么數(shù)據(jù)可以被重采 樣至更少的樣本，從而減少傳輸?shù)臉颖镜臄?shù)量。在公告于2000 年 3 月 28 日，名稱為 “Medical DiagnosticUltrasound System and Method for Transform Ultrasound Processing，，的美國專利 6，042，545 中，Hossack 等人描述了用于在波束形成之后的超聲數(shù)據(jù)的變換壓縮技術(shù)。波束形成的替代方式包括 ADC之前的模擬波束形成或者ADC之后的數(shù)字波束形成。波束形成器產(chǎn)生同相位和正交 的(in-phase和quadrature，簡稱I和Q)樣本，或者替代地，射頻(RF)樣本。對應(yīng)于二維 (2-D)幀的波束形成樣本被過濾并變換以產(chǎn)生變換域表示。變換域樣本被量化和/或編 碼用以壓縮。壓縮可以是無損的或有損的?？梢詰?yīng)用任何變換，比如DCT或離散小波變換 (Discrete Wavelet Transform，簡稱DWT)、量化功能，以及編碼功能，用以壓縮數(shù)據(jù)幀。例 如，JPEG壓縮包括將數(shù)據(jù)幀分割成2-D數(shù)據(jù)塊、在每個(gè)塊上使用2-D DCT進(jìn)行變換、量化變 換域樣本、差分編碼在塊之間DC(零頻率)變換樣本，以及熵編碼量化的變換域樣本的2-D 塊(例如，Huffman編碼)。JPEG壓縮算法可以配置為有損的或無損的。(JEPG壓縮是指由 Joint PhotographicExperts Group開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮方法)。在變換域中對于比如過 濾之類的各種圖像處理功能的額外的操作在變換域中比在空間域中在計(jì)算上更加高效。例 如，空間域中的2-D過濾使用2-D卷積運(yùn)算。在變換域中，2-D過濾通過變換域過濾系數(shù)使 用更加高效的乘法。壓縮的變換域數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)用于之后的圖像形成。為了解壓縮，在顯 示處理之前應(yīng)用逆向編碼與變換功能。在公告于 2005 年 2 月 15 日，名稱為 “Diagnostic InformationGeneration Apparatus and Ultrasonic Diagnostic System，，的美國專利 6，855，113 中，Amemiya 等人 描述了在從超聲波單元到信息單元的無線傳輸之前的超聲數(shù)據(jù)幀的壓縮。超聲波單元包括 換能器和處理器(用于隨后的波束形成、B-模式成像以及多普勒成像)。將通用數(shù)據(jù)壓縮 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到B-模式成像數(shù)據(jù)或多普勒成像數(shù)據(jù)，例如用于單幀的JPEG壓縮或者用于多幀 的MPEG壓縮。壓縮的數(shù)據(jù)使用標(biāo)準(zhǔn)無線通信方式發(fā)送到信息單元。信息單元包括根據(jù)壓 縮標(biāo)準(zhǔn)解壓縮接收的數(shù)據(jù)的中央處理單元(central processing unit，簡稱CPU)。CPU此 外處理解壓縮的B-模式成像數(shù)據(jù)和解壓縮的多普勒成像數(shù)據(jù)用于顯示。在公開于1997 年 3 月 20 日，名稱為 “Ultrasonic DiagnosticApparatus for Compressing and Storing Data in CINE Memory” 的 PCT 公開申請，國際公開號為 WO 97/09930中，Lee描述了在CINE存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)之前對超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并且對從CINE存 儲(chǔ)器中取回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮。CINE存儲(chǔ)器包括幾個(gè)由時(shí)間組織的庫。在此系統(tǒng)中，超聲 探測器在ADC之前執(zhí)行波束形成，因此ADC輸出數(shù)據(jù)代表波束形成樣本。對數(shù)據(jù)幀應(yīng)用壓 縮并且可以在掃描轉(zhuǎn)換之前或者之后應(yīng)用。應(yīng)用Lempel-Ziv-WeIch(LZW)算法用以壓縮和 解壓縮。LZW算法基于檢測數(shù)據(jù)中比特的重復(fù)模式并且為重復(fù)模式分配代碼。取回自CINE 存儲(chǔ)器的幀的壓縮的數(shù)據(jù)被解壓縮并且進(jìn)一步處理用于顯示。在公開于2005 年 3 月 31 日，名稱為 “Ultrasonograph andUltrasonic Data Compression Method”，公開號為2005-081082的日本專利申請中，Akihiro描述了三種用
9于在模擬波束形成之后壓縮超聲數(shù)據(jù)的實(shí)施方式。在第一實(shí)施方式中，ADC生成模擬波束形 成器輸出信號的I和Q樣本。壓縮器計(jì)算相鄰波束的I、Q樣本的差異并在隨后通過對差異 進(jìn)行游程長度編碼而形成壓縮的數(shù)據(jù)。壓縮的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。取回自存儲(chǔ)器的壓縮 的數(shù)據(jù)被解壓縮和處理用于圖像顯示。在第二實(shí)施方式中，ADC生成模擬波束形成器輸出 樣本的RF樣本。壓縮器計(jì)算相鄰波束的RF樣本之間的差異并在隨后進(jìn)行游程長度編碼。 壓縮的樣本被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中、取回、解壓縮并處理用于圖像顯示。在第三實(shí)施方式中，波 束形成器輸出被進(jìn)一步處理以在壓縮之前生成B-模式圖象幀和多普勒圖像幀。壓縮器計(jì) 算幀到幀的差異以產(chǎn)生壓縮的數(shù)據(jù)幀。壓縮的數(shù)據(jù)幀被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中、取回、解壓縮并進(jìn) 行進(jìn)一步處理用于顯示。在公告于1988 年 6 月 21 日，名稱為 “Ultrasonic BloodstreamDiagnostic Apparatus with Dual Displays of Velocity Profiles andAverage Flow Velocity，，的 美國專利4，751，929中，Hayakawa等人描述了對多普勒頻率檢測數(shù)據(jù)的壓縮。壓縮器在計(jì) 算頻譜樣本的實(shí)部和虛部的幅度平方的平方和加法電路的輸出上操作。壓縮器重新編碼輸 出自加法器的每個(gè)樣本的比特，以在表示中減少比特?cái)?shù)量。壓縮器在加法器的輸出樣本上 操作，以編碼尾數(shù)中的最重要比特的位置，保留固定數(shù)量的最重要比特并且清除剩余的最 不重要的比特。由此產(chǎn)生的每個(gè)樣本的壓縮的字都包括固定數(shù)量的最重要比特以及指示從 原始樣本中清除的最不重要比特的數(shù)量的編碼。將可變數(shù)量的最不重要比特從每個(gè)樣本中 去除，所以壓縮是有損的。在標(biāo)題為"A Novel B-Mode Ultrasound Image CompressionMethod Based on Beam Forming Data，，，1998Proc. Intl. Conf. IEEEEngineering in Medicine and Biology Society, Vol. 20 No. 3，pp. 1274-76中，Li等人描述了對用于在遠(yuǎn)程超聲系統(tǒng)中發(fā)送的波 束形成樣本的壓縮。DWT應(yīng)用在128x512的波束形成樣本幀之中。在豎直方向中的子圖像 系數(shù)使用算術(shù)編碼而被量化和編碼。在解壓縮之后，將掃描轉(zhuǎn)換應(yīng)用于128x512的解壓縮 的樣本幀以形成512x512的樣本幀用于顯示。數(shù)篇論文描述了用于在用以圖像形成的掃描轉(zhuǎn)換之后壓縮超聲圖像的不同 方法。一些示例包括以下。在標(biāo)題為"Comparative Surveyof Ultrasound Images compression Methods Dedicated to aTe1e-Echography Robotic System",2001Proc. 23rd AnnualIEEEEngineering in Medicine and Biology Society Intl. Conf.，pp. 2461-64 的論文中，Delgorge等人描述了對超聲圖像應(yīng)用不同的壓縮方法。方法包括傅立葉變換 (Fourier transform)、DCT、四叉樹分解、DWT、分形、直方圖閾值以及游程長度編碼。方 法在掃描轉(zhuǎn)換之后應(yīng)用在512x512的超聲圖像。在標(biāo)題為“Despeckling of Medical UltrasoundImages Using Data and Rate Adaptive Lossy Compression，，，IEEE Trans. Medical Imaging,vol. 24，No. 6,2005 年 6 月，pp. 743-54 的論文中，Gupta 等人描述了將壓 縮與算法相結(jié)合以從超聲圖像中去除斑點(diǎn)。在斑點(diǎn)去除算法、量化以及熵編碼后進(jìn)行DWT。 在標(biāo)題為"ATele-Operated Mobile Ultrasound Scanner Using a Light-ffeightRobot", IEEE Trans. Information Technology in Biomedicine, Vol. 9, No. 1,2005 年 3 月， PP. 50-58的論文中，Delgorge等人描述了對超聲圖像應(yīng)用多種無損和有損壓縮方法。無損 方法包括Huffman、算術(shù)編碼、Lempel-Ziv、游程長度編碼以及Fano編碼。有損方法包括各 種 JPEG 版本，包括 JPEG、JPEG-LS 以及 JPEG2000。在標(biāo)題為 “MaximumLikelihood MotionEstimation in Ultrasound Image Sequences，，，IEEESignal Processing Letters, Vol. 4, No. 6，1997年6月，pp. 156-7的論文中，Strintzis等人描述了對超聲圖像序列應(yīng)用MPEG 壓縮。方法包括檢測在圖像序列中連續(xù)幀之間的8x8的像素塊的運(yùn)動(dòng)矢量。運(yùn)動(dòng)矢量被編 碼用于幀到幀的MPEG壓縮。日其月力 2006 ^f-3 J3i 7 H , ^^^J "Adaptive Compression andDecompression of Bandlimited Signals”的共同擁有的美國專利7，009，533 ( ‘533專利)描述用于特定帶 限信號的壓縮與解壓縮的算法。提交于2000年6月2日的名稱為‘‘Ultrasound Signal Compression”的共同擁有和共同未決的美國專利申請序列號12/477062( ‘062申請)描述 了在波束形成操作之前對輸出自模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的超聲信號樣本的壓縮和解壓縮。本申 請針對于對產(chǎn)生自應(yīng)用到超聲信號樣本的波束形成操作的超聲波束形成樣本的壓縮。存在對超聲成像系統(tǒng)的部件之間的超聲波束形成樣本的高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。?在對超聲波束形成樣本在計(jì)算上高效的數(shù)據(jù)壓縮以在對系統(tǒng)復(fù)雜度產(chǎn)生最小影響的情況 下改進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式考慮到上述的傳統(tǒng)問題而做出。本發(fā)明提供了用于壓縮代表一 個(gè)或多個(gè)由超聲成像系統(tǒng)中的接收波束形成器所產(chǎn)生的波束形成樣本的裝置和方法。將接 收波束形成器應(yīng)用到多個(gè)在采樣窗口期間接收的超聲信號樣本序列以形成一個(gè)或多個(gè)波 束，每個(gè)波束由波束形成樣本陣列代表。超聲信號樣本序列通過由換能器元件在采樣窗口 期間輸出的模擬超聲信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生。本發(fā)明的方法和裝置提供波束的壓縮 以形成壓縮的波束，包括壓縮代表特定波束的陣列中的波束形成樣本以形成相應(yīng)的壓縮的 波束的壓縮的波束形成樣本。陣列中特定波束形成樣本的壓縮部分地取決于陣列中至少一 個(gè)其他波束形成樣本的特征。每個(gè)波束獨(dú)立于對應(yīng)于采樣窗口的另一波束而壓縮。壓縮的 波束跨越數(shù)字接口傳輸?shù)叫盘柼幚砥?。在信號處理器處，壓縮的波束在用于圖像形成的處 理之前被解壓縮。在本發(fā)明的裝置的實(shí)施方式中，壓縮器包括一個(gè)或多個(gè)壓縮單元。相應(yīng)的壓縮單 元獨(dú)立于對應(yīng)于采樣窗口的其他波束，對輸出自接收波束形成器的相應(yīng)的波束應(yīng)用壓縮操 作。相應(yīng)的壓縮單元配置以部分基于相應(yīng)的波束的至少一個(gè)其他波束形成樣本的特征來壓 縮特定的波束形成樣本。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，壓縮操作包括對特定波束的波束形成樣本組應(yīng)用塊浮點(diǎn) 編碼以形成壓縮的波束形成樣本組。組復(fù)用器將對應(yīng)于兩個(gè)或更多個(gè)壓縮的波束的組相交 錯(cuò)以形成復(fù)用的序列用以跨越數(shù)字接口傳輸。對接收到的復(fù)用的序列的壓縮組進(jìn)行解壓縮 以形成解壓縮的波束形成樣本組。組解復(fù)用器重新布置解壓縮的組以恢復(fù)相應(yīng)的解壓縮的 波束的原始組次序。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，壓縮操作包括計(jì)算相應(yīng)波束的波束形 成樣本之間的差分，并且跟隨以差分樣本的塊浮點(diǎn)編碼，以形成壓縮的波束。波束內(nèi)的波束形成樣本之間的相關(guān)性通過部分根據(jù)同一波束中的另一波束形成 樣本的特征來壓縮特定的波束形成樣本而利用。對于包括塊浮點(diǎn)編碼的實(shí)施方式，特征為 波束內(nèi)的波束形成樣本組中具有最大幅度的波束形成樣本的指數(shù)值。塊浮點(diǎn)編碼基于指數(shù) 值以及波束形成樣本本身的值來代表組中的每個(gè)波束形成樣本。對于包括計(jì)算波束中的波
11束形成樣本對之間的差分的實(shí)施方式，特征為該對中的每個(gè)波束形成樣本的值。獨(dú)立于采 樣窗口中的其他波束來壓縮每個(gè)波束允許對于產(chǎn)生壓縮的波束的高效計(jì)算和低延遲。壓縮超聲成像系統(tǒng)中波束形成樣本的優(yōu)點(diǎn)包括降低了用于在數(shù)字接口上向信號 處理器傳輸壓縮的波束形成樣本所需的帶寬。對于其中將接收波束形成器和壓縮器安置于 換能器頭之中的系統(tǒng)架構(gòu)，數(shù)字接口可以是有線或無線的通信鏈路。對于有線通信鏈路， 數(shù)字接口可以通過較低成本的電纜部件，比如PCIe (Peripheral ComponentInterconnect Express，外圍組件互連高速)電纜鏈路或者光纖鏈路而實(shí)施。對于無線通信鏈路，降低的 所需帶寬可以降低實(shí)施無線鏈路的發(fā)射器和接收器的成本和復(fù)雜度。對于其中數(shù)字接口的 帶寬固定的系統(tǒng)架構(gòu)，波束形成樣本的壓縮允許壓縮形式中的更多波束傳輸至信號處理器 用于圖像形成。信號處理器可以使用更多數(shù)量的波束形成樣本以產(chǎn)生具有提高的分辨率或 更大視場的超聲圖像。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括壓縮的波束形成樣本的高效存儲(chǔ)。對于其中波束形成樣 本存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器或其他存儲(chǔ)介質(zhì)中的系統(tǒng)架構(gòu)，用于存儲(chǔ)壓縮的波束形成樣本所需的存儲(chǔ) 容量相較于未壓縮的波束形成樣本是減少的。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括在計(jì)算上高效的壓縮和解壓縮。壓縮和解壓縮的實(shí)現(xiàn)較 不復(fù)雜，降低了系統(tǒng)資源上的負(fù)擔(dān)并且降低成本。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)可以通過參閱 以下附圖、詳細(xì)描述以及權(quán)利要求而看出。


圖1為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型醫(yī)療超聲系統(tǒng)的示例的框圖。圖2為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲信號處理器130的框圖。圖3為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在波束形成之前的超聲信號樣本的繪圖。圖4為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對應(yīng)于一個(gè)波束形成器輸出通道的波束形成超聲信號的 同相位樣本的繪圖。圖5為包括輸出自接收波束形成器的波束形成樣本的壓縮的超聲成像系統(tǒng)的框 圖。圖6為包括復(fù)用壓縮的波束形成樣本用以跨越較少數(shù)據(jù)端口傳輸?shù)某暢上裣?統(tǒng)的框圖。圖7為在其中N_GR0UP = 4的塊浮點(diǎn)編碼器的框圖。圖8示出了選擇用于編碼的樣本的η比特的示例。圖9示出了選擇用以代表減少的尾數(shù)的比特的示例。圖10為n_exp、n_LSB以及m_exp的示例值的表。圖11為使用減少的尾數(shù)的塊浮點(diǎn)編碼的框圖。圖12示出了復(fù)用壓縮的波束的集合的壓縮組的示例。圖13示出了對應(yīng)于圖12的復(fù)用示例的解復(fù)用示例。圖14示出了包括差分操作的壓縮單元的框圖。圖15為與關(guān)于圖14描述的壓縮操作相對應(yīng)的解壓縮操作的框圖。圖16為解復(fù)用解碼的差分樣本組的框圖。圖17給出了示出在用于壓縮具有不同的中心頻率的波束形成樣本的替代方式之
12下的原理的示例。圖18為基于波束形成樣本的中心頻率的壓縮算法的框圖。圖19示出了基于中心頻率產(chǎn)生修改的樣本832的操作。圖20給出圖17的示例的樣本x(i)與x(i-j)的和或者差。圖21為對于關(guān)于圖18描述的壓縮方法的由解壓縮器240所執(zhí)行的操作的框圖。圖22為解復(fù)用解碼的修改的樣本組的框圖。圖23為GPU中的解壓縮器以及其他用以產(chǎn)生超聲圖像的操作的實(shí)施的框圖。圖24為CPU/GPU設(shè)備中的解壓縮器以及其他用以產(chǎn)生超聲圖像的操作的實(shí)施的 框圖。
具體實(shí)施例方式圖1為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型醫(yī)療超聲系統(tǒng)的示例的框圖。發(fā)送波束形成器104為 現(xiàn)有技術(shù)中的已知構(gòu)造，比如數(shù)字或模擬波束形成器。發(fā)送波束形成器104響應(yīng)于系統(tǒng)控 制器102生成一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)信號。激勵(lì)信號具有相關(guān)聯(lián)的中心頻率，典型地在1-20MHZ 范圍。來自發(fā)送波束形成器104的激勵(lì)信號經(jīng)由發(fā)送/接收切換器112提供至超聲換能器 110。超聲換能器110包含換能器元件IlOi的陣列。超聲換能器110是允許將超聲波耦合 至被檢查的受試對象的現(xiàn)有技術(shù)中的已知構(gòu)造。換能器元件IlOi發(fā)射并且接收超聲波。 發(fā)送/接收切換器112包括用于發(fā)送和接收模式的交換電路。對于發(fā)送模式，發(fā)送/接收 切換器112將來自發(fā)送波束形成器104的激勵(lì)信號耦合至換能器110。對于接收模式，發(fā) 送/接收切換器112將接收的超聲信號從換能器110耦合至模擬前端(AFE) 114。為了傳 輸，換能器元件IlOi轉(zhuǎn)換激勵(lì)信號以產(chǎn)生超聲波聲波波形。特別是，換能器110響應(yīng)于發(fā) 送波束形成器104，將激勵(lì)信號轉(zhuǎn)換成在受試對象內(nèi)的方向上前行的超聲波波形。具有擁 有不同聲阻抗的界面的散射位置反射超聲波波形，產(chǎn)生會(huì)返回?fù)Q能器110的回聲。多個(gè)換 能器元件IlOi接收回聲并將它們轉(zhuǎn)換成多個(gè)模擬超聲信號。發(fā)送/接收切換器112在采 樣窗口期間將來自換能器110的多個(gè)模擬超聲信號耦合到AFE 114。采樣窗口對應(yīng)于時(shí)間 間隔，在其中接收的回聲代表來自在受試對象中期望的深度范圍內(nèi)的散射位置的反射?？?制器102依據(jù)用戶輸入或者掃描協(xié)議設(shè)置采樣窗口并將定時(shí)控制信息提供給發(fā)送/接收切 換器112。發(fā)送/接收切換器112在采樣窗口期間輸出并行的多個(gè)模擬超聲信號。AFE 114 將多個(gè)模擬超聲信號進(jìn)行放大并過濾以對模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行準(zhǔn)備。對于每個(gè)模擬信號通 道113i，AFEl 14可以包括低噪聲放大器(low noise amplifier，簡稱LNA)、可變增益放大 器(variable gain amplifier，簡稱VGA)以及低通濾波器。因?yàn)榻邮盏男盘枏?qiáng)度隨時(shí)間 減弱，所以VGA應(yīng)用作為時(shí)間的函數(shù)增加增益的增益分布。信號強(qiáng)度隨時(shí)間減弱是由超聲 波在穿過更多組織的較長路徑上的衰減造成的。ADC庫120包括多個(gè)ADC以將在采樣窗口 期間接收的多個(gè)模擬超聲信號轉(zhuǎn)換為多個(gè)并行的超聲信號樣本序列。將每個(gè)ADC輸入通道 115 處的模擬超聲信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的ADC輸出通道121i處的超聲信號樣本流。超聲信號 樣本具有非零中心頻率，通常對應(yīng)于與換能器的壓電材料的本質(zhì)、諧振頻率相關(guān)的接收的 超聲信號的射頻(RF)。超聲信號處理器130執(zhí)行從超聲信號樣本中提取診斷信息的操作，包括關(guān)于圖 2進(jìn)一步描述的波束形成、下變頻轉(zhuǎn)換、B-模式處理和/或多普勒處理。超聲信號處理器130可以實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)處理器，所述處理器比如數(shù)字信號處理器(digital signal processor,簡稱 DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(field-programmable gate array,簡稱 FPGA)、 微處理器或者計(jì)算機(jī)的CPU。掃描轉(zhuǎn)換器140執(zhí)行處理的樣本幀的坐標(biāo)變換以產(chǎn)生具有光 柵(正交直線)格式的超聲圖像樣本幀。圖像處理器150能夠?qū)Τ晥D像樣本應(yīng)用額外的 圖像增強(qiáng)操作。顯示器160提供二維或三維圖像供用戶分析。圖2為依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲信號處理器130的框圖。醫(yī)療超聲系統(tǒng)能夠在輸出 自ADC庫120的RF超聲信號樣本上執(zhí)行數(shù)字波束形成操作。接收波束形成器160對超聲 信號樣本應(yīng)用延遲、變跡(衰減)以及加法操作以形成對應(yīng)于視場中的特定方向或者角度 的波束形成樣本或者波束的I-D陣列。接收波束形成器160對超聲信號樣本應(yīng)用延遲模式 (取決于所計(jì)算的波束的方向)。接收波束形成器160產(chǎn)生對應(yīng)于視場中的多個(gè)方向的多 個(gè)波束形成樣本的I-D陣列。接收波束形成器160包括波束形成器(BF)存儲(chǔ)器162以存 儲(chǔ)用于波束形成(BF)計(jì)算器164的延遲和加法操作的超聲信號樣本。針對同一接收的脈 沖，BF計(jì)算器164能夠使用取回自BF存儲(chǔ)器162的超聲信號樣本形成多個(gè)波束。BF計(jì)算 器164還可以對超聲信號樣本應(yīng)用差值操作，以提高計(jì)算的波束的相位分辨率。接收波束 形成器160還可以在加法操作之前對信號樣本應(yīng)用加權(quán)函數(shù)，以實(shí)施空間窗口功能或者變 跡。將為每個(gè)角度計(jì)算的波束形成樣本提供給相應(yīng)的波束形成器輸出通道161i。接收波束 形成器160通常具有少于輸入通道的，包含ADC輸出通道121i的輸出通道161i。在這種 配置中，波束形成樣本具有RF中心頻率。數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換器(digitaldown converter，簡 稱DDC) 170將波束形成樣本解調(diào)至基帶，以生成每個(gè)波束的復(fù)基帶I和Q樣本。作為DDC 170的替代或補(bǔ)充，可以對在以期望的頻率為中心的頻帶處的波束形成樣本應(yīng)用帶通濾波 器，或者DDC 170可以將波束形成樣本解調(diào)為中間頻率(intermediatefrequency，簡稱IF) 而不是基帶。本領(lǐng)域中的替代架構(gòu)包括在波束形成之前的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換以及超聲信號樣 本的數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換之前的模擬波束形成。診斷信息處理器180為期望的類型的超聲圖像在I、Q樣本上執(zhí)行合適的操作。 B-模式處理生成代表回聲信號強(qiáng)度的信息。I、Q樣本的幅度可被計(jì)算以形成用于B-模式 成像的檢測樣本。多普勒處理從I、Q樣本中估算速度、速度變化以及能量以形成多普勒檢 測樣本。B-模式檢測樣本和多普勒檢測樣本的空間坐標(biāo)對應(yīng)于波束形成樣本的幾何形狀。 掃描轉(zhuǎn)換器140執(zhí)行檢測樣本的坐標(biāo)變換以產(chǎn)生具有適合于顯示的光柵格式的數(shù)據(jù)幀。圖 像處理器150在將樣本幀作為二維或三維圖象顯示之前執(zhí)行樣本幀的額外的圖像處理。圖3為在波束形成之前的超聲信號樣本的繪圖。繪圖顯示由ADC陣列中的一個(gè) ADC所采樣的四個(gè)脈沖回聲的同相位樣本。對于這個(gè)示例，數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換在波束形成之前 應(yīng)用到輸出自ADC的超聲信號樣本，以形成I、Q樣本。圖4為對應(yīng)于一個(gè)波束形成器輸出 通道的波束形成超聲信號的同相位樣本的繪圖。對于這個(gè)示例，波束形成器通過對I、Q樣 本執(zhí)行延遲與加權(quán)函數(shù)而結(jié)合輸出自多個(gè)ADC的多個(gè)I、Q樣本序列。圖5為依據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的包括壓縮由接收波束形成器160所產(chǎn)生的波束形成樣 本的超聲成像系統(tǒng)的框圖。壓縮器210包括多個(gè)壓縮單元210i，每個(gè)壓縮單元對相應(yīng)的波 束形成器輸出通道161i應(yīng)用壓縮操作。壓縮單元210i對代表特定波束的波束形成樣本的 I-D陣列應(yīng)用壓縮操作以在壓縮器輸出211i處產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮的波束形成樣本序列。特定 波束的波束形成樣本獨(dú)立于代表其他波束的波束形成樣本而壓縮。備選地，壓縮單元210i
14可以壓縮代表接收自多個(gè)波束形成器輸出通道161i的多個(gè)波束的波束形成樣本。在這種 備選方式中，壓縮單元210i獨(dú)立地對代表不同波束的波束形成樣本應(yīng)用壓縮操作。壓縮的 波束形成樣本跨越數(shù)字接口 220傳輸至診斷信息處理器180。解壓縮器240解壓縮接收的 壓縮的數(shù)據(jù)以重建波束形成樣本的I-D陣列用于由診斷信息處理器180進(jìn)行進(jìn)一步信號處 理操作。用于壓縮的波束形成樣本的傳輸所需的數(shù)字接口 220的數(shù)據(jù)傳輸帶寬相較于用于 未壓縮的波束形成樣本的傳輸所需的帶寬是減小的。在處理序列中的某個(gè)點(diǎn)處，將處理的超聲信號被下變頻轉(zhuǎn)換到IF或基帶。下變頻 轉(zhuǎn)換可以在波束形成之后和壓縮之前，或者在解壓縮之后，由ADC庫120的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換 之前或之后應(yīng)用。當(dāng)在壓縮之前應(yīng)用下變頻轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入至壓縮器210的波束形成樣本將 具有在中間頻率(IF)或在零頻率(基帶)處的中心頻率。當(dāng)在解壓縮之后應(yīng)用下變頻轉(zhuǎn)換 時(shí)，輸入至壓縮器210的波束形成樣本將具有RF中心頻率。當(dāng)前描述假設(shè)波束形成樣本為 實(shí)值樣本。備選地，如果ADC 120i執(zhí)行正交采樣或者如果在壓縮前應(yīng)用正交下變頻轉(zhuǎn)換， 那么波束形成樣本將具有I和Q分量。在這種情況中，壓縮器210將獨(dú)立地處理波束形成 樣本的I和Q分量。由于壓縮的波束形成樣本具有更少的每樣本比特，用于連接到數(shù)字接口 220的 數(shù)據(jù)端口可以具有過剩帶寬。可以復(fù)用壓縮的波束形成樣本以形成較少的用于通過數(shù) 字接口 220傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道。圖6為包括復(fù)用壓縮的波束形成樣本用以跨越較少數(shù)據(jù) 端口傳輸?shù)某曄到y(tǒng)的框圖。接收波束形成器160從相應(yīng)ADC輸出121i接收N個(gè)超聲 信號樣本流X1到XN，并且在波束形成器輸出通道161i處產(chǎn)生J個(gè)波束B1到Βτ。壓縮單 元210i產(chǎn)生J個(gè)相應(yīng)的壓縮的波束形成樣本流C1到。。具有降低的比特率的壓縮的 波束形成樣本提供給數(shù)據(jù)端口 270i。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)端口 270i提供低電壓差分信令(low voltagedifferential signaling，簡稱LVDS)數(shù)據(jù)傳輸。備選地，數(shù)據(jù)端口 270i可以使 用串行器-解串行器(serializer-deserializer，簡稱SerDes)接口用于數(shù)據(jù)傳輸。由 National Semiconductor ψ 2008 ^ 1 [ii IK W, fell ^J “ LVDS Owner's Manual Including High-Speed CML and SignalConditioning”的文件的第四版中描述了 LVDS設(shè)備與架構(gòu)。 LVDS數(shù)據(jù)傳輸具有期望的特性，包括3. 125Gbps的最高數(shù)據(jù)傳輸速率、低噪聲以及低功耗。 差分信令需要在每個(gè)通道輸出具有兩個(gè)1/0針腳，一個(gè)用于正差分輸出而另一個(gè)用于負(fù)差 分輸出，稱為LVDS對。當(dāng)在壓縮器輸出Ci處的壓縮的波束的比特率低于端口的最高數(shù)據(jù) 傳輸速率時(shí)，數(shù)據(jù)端口 270i具有過剩帶寬。過剩帶寬可以通過組合多個(gè)壓縮的波束用以通 過給定的數(shù)據(jù)端口 270i傳輸而利用。復(fù)用器250將J個(gè)壓縮的波束形成樣本序列相組合 以形成M個(gè)復(fù)用的序列Dj，其中M < J，用以在M個(gè)數(shù)據(jù)端口 270i上傳輸。可以結(jié)合的壓 縮的波束的數(shù)量受限于數(shù)據(jù)傳輸端口 270i的帶寬。串行器260將復(fù)用的比特序列提供給 相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口 270i。復(fù)用壓縮的波束形成樣本以使用M個(gè)數(shù)據(jù)端口的優(yōu)點(diǎn)包括使用較少的物理數(shù)據(jù) 端口，這繼而減少了數(shù)據(jù)端口的功耗和連接。在其中壓縮的波束形成樣本的比特率被固定 的應(yīng)用中，復(fù)用器250具有對于固定數(shù)量的物理數(shù)據(jù)端口 270i的固定數(shù)量的復(fù)用器輸出 251i。備選地，靈活架構(gòu)可以依據(jù)壓縮的波束形成樣本的比特率來支持固定數(shù)量的物理數(shù) 據(jù)端口 270i之中的可變數(shù)量的活動(dòng)數(shù)據(jù)端口。對于靈活架構(gòu)，壓縮器210依據(jù)用戶可選的 壓縮比參數(shù)，以不同的比特率提供壓縮的波束形成樣本。壓縮控制器(未在圖5中示出)
15為壓縮單元210i提供壓縮控制參數(shù)，以便操作產(chǎn)生具有對應(yīng)于期望的壓縮比的比特率的 壓縮的波束形成樣本。壓縮控制器為復(fù)用器250提供復(fù)用控制參數(shù)以指示需要產(chǎn)生的復(fù)用 的序列的數(shù)量M。壓縮控制器還可以響應(yīng)于用戶輸入而斷電不活動(dòng)數(shù)據(jù)端口，從而進(jìn)一步節(jié) 能?？杀唤Y(jié)合用于一個(gè)數(shù)據(jù)端口的壓縮的波束的數(shù)量由數(shù)據(jù)端口 270i的帶寬所限 制。例如，對于其中每個(gè)波束具有每波束形成樣本16比特以及每秒50兆樣本的采樣速率的 J = 8波束Bi,每個(gè)波束形成器輸出通道161i處的比特率為800Mbps。假設(shè)數(shù)據(jù)端口 270i 具有高達(dá)800Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率而壓縮器210產(chǎn)生2 1的壓縮比。壓縮器輸出211i 處的壓縮的波束Ci具有400Mbps的比特率。在這種情況中，一個(gè)數(shù)據(jù)端口 270i具有足夠的 帶寬以800Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸2個(gè)壓縮的波束Q。復(fù)用器250結(jié)合來自2個(gè)壓縮的 波束集合Ci和Ci+1的壓縮的波束形成樣本，以在一個(gè)復(fù)用器輸出251i形成相應(yīng)的復(fù)用的壓 縮的樣本序列Dp在這個(gè)示例中，提供給相應(yīng)的活動(dòng)數(shù)據(jù)端口的復(fù)用的序列數(shù)量為M = J/2 =4。串行器260向相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口 270i提供比特序列。在數(shù)字接口 220上傳輸之后，解 復(fù)用器可以接收M個(gè)復(fù)用的序列并將它們解復(fù)用以恢復(fù)提供給解壓縮器240的J個(gè)壓縮的 波束。備選地，復(fù)用器250可以交錯(cuò)具有固定每組樣本數(shù)量的壓縮的波束形成樣本組。對 于這種備選方式，如以下關(guān)于圖12和圖13所描述的，解壓縮器240可以在解復(fù)用之前解壓 縮壓縮的波束形成樣本組。由壓縮單元210i應(yīng)用的壓縮方法獨(dú)立于其他波束而對每個(gè)波束形成器輸出通道 161i的波束形成樣本進(jìn)行操作。應(yīng)用到波束形成樣本的壓縮方法取決于波束中其他樣本的 值。壓縮方法包括塊浮點(diǎn)編碼以及由塊浮點(diǎn)編碼所跟隨的計(jì)算波束形成樣本的一階或更高 階導(dǎo)數(shù)。Huffman或者其他編碼類型可以是塊浮點(diǎn)編碼的備選方式。壓縮單元210i的優(yōu)選實(shí)施方式對來自波束形成器輸出通道161i的連續(xù)的波束形 成樣本組應(yīng)用塊浮點(diǎn)編碼，其中每組具有N_GR0UP個(gè)樣本。對N_GR0UP個(gè)樣本的最高指數(shù) 進(jìn)行編碼，并且N_GR0UP個(gè)樣本依照以下步驟編碼。 對于第一組N_GR0UP個(gè)樣本1)比如通過計(jì)算每組N_GR0UP個(gè)樣本中的最高幅度的Iog2,確定具有最高幅度的 樣本的指數(shù)(以2為底)。這指示每個(gè)編碼的樣本中的比特?cái)?shù)量或者n_eXp(0)。2)使用S比特對第一組的指數(shù)n_eXp(0)進(jìn)行絕對編碼，其中S為每樣本比特的原
始數(shù)量。3)使用每樣本n_eXp (0)比特對N_GR0UP個(gè)樣本進(jìn)行編碼。對于第i組N_GR0UP個(gè)樣本(i > 0)4)確定具有最高幅度的樣本第i (以2為底)指數(shù)，其指示在第i組中的每個(gè)編碼 的樣本的比特?cái)?shù)量，或者n_eXp(i)；5)通過從n_eXp (i_l)中減去n_eXp⑴以確定第i差值來對第i指數(shù)進(jìn)行差分編 碼。使用相應(yīng)的令牌來編碼第i差值，其中較短的令牌代表較常見的差值而較長的令牌代 表較不常見的差值。6)使用每樣本n_exp (i)比特來編碼第i組N_GR0UP個(gè)樣本。對于第一組樣本，指數(shù)11^即(0)被直接編碼。例如，指數(shù)n_eXp(0)可以按如下編 碼，其中S為每樣本比特的原始數(shù)量
a. 0 :n_exp (0) = 0 (全部4個(gè)樣本值為零)b. 1 :n_exp (0) = 2 (每樣本 2 比特)c. 2 :n_exp (0) = 3 (每樣本 3 比特)d.其他直到S-I :n_exp (0) = S (每樣本S比特)對于第i組，指數(shù)11_^ (1)使用前綴碼差分編碼，其中沒有碼字為另一個(gè)碼字的 前綴。優(yōu)選的差分編碼如下1.計(jì)算差值e_diff = n_exp(i) -n_exp(i_l)2.編碼 e_diff 如下a. 0 e_diff = e(i)-e(i-l)b. 101 e_diff = +1c. 110:e_diff = -1d. 1001 e_diff = +2e. 1110 e_diff = -2f.其他.備選地，指數(shù)n_eXp (i)可以進(jìn)行Huffman編碼而不是差分編碼。圖7為其中N GROUP = 4的塊浮點(diǎn)編碼器的框圖。如在步驟1和步驟4中，指數(shù) 計(jì)算器402為N_GR0UP個(gè)樣本以比特、n_exp的形式確定最大指數(shù)。如在步驟2和步驟5 中，指數(shù)令牌生成器404編碼n_eXp值。如在步驟3和步驟6中，尾數(shù)打包器406編碼N_ GROUP個(gè)樣本尾數(shù)。圖8示出了選擇用于編碼的樣本的η比特的示例。輸入樣本420由K 比特代表。樣本420 &n_eXp較低比特被選擇用于編碼。樣本的符號比特被附加到選擇的 比特，而產(chǎn)生的比特序列代表尾數(shù)。返回圖7，復(fù)用器408打包由N_GR0UP個(gè)尾數(shù)所跟隨的 指數(shù)令牌411以形成代表N_GR0UP個(gè)壓縮的樣本的壓縮組410。對于這個(gè)示例，壓縮組410 包括由四個(gè)打包的尾數(shù)序列412-0、412-1、412-2和412-3所跟隨的指數(shù)令牌411。壓縮單 元210i連接連續(xù)的壓縮組以在壓縮器輸出211i處形成壓縮包的數(shù)據(jù)部分。N_GR0UP的優(yōu) 選的大小為每組三個(gè)或四個(gè)樣本。但是，也可以使用可變的組大小。分別編碼尾數(shù)和指數(shù)能夠提供額外的壓縮并且減輕壓縮誤差。對連續(xù)指數(shù)的差值 進(jìn)行計(jì)算并編碼。指數(shù)緩慢的變化，所以有一些由零值串所分離的非零值。可以通過僅代表 非零差值以及它們相應(yīng)的位置而高效地編碼指數(shù)差值。位置可以由相應(yīng)的索引值或者相對 于最后的非零差值的位置來代表。指數(shù)差值的編碼是無損的，其防止相對較大的誤差。為 了解碼指數(shù)，指數(shù)值通過積分指數(shù)差值并解碼相應(yīng)的位置而重建。為了解碼尾數(shù)，對每個(gè)重 建的尾數(shù)值進(jìn)行限制以使得它不改變解碼的樣本的相應(yīng)的指數(shù)的值。對于n_eXp的解碼的 指數(shù)，重建的尾數(shù)可以具有2n，p-l的最大值。這防止了尾數(shù)中的壓縮誤差改變指數(shù)值。備選的塊浮點(diǎn)編碼方法包括減少代表尾數(shù)的比特?cái)?shù)量以及如上所述的指數(shù)的差 分編碼。代表N_GR0UP個(gè)樣本的尾數(shù)的比特?cái)?shù)量通過從每個(gè)尾數(shù)選擇性地去除一定數(shù)量的 最不重要比特(LSB)(取決于組的n_eXp值)而減少。圖9示出了選擇代表減少的尾數(shù)的 比特的示例。n_eXp如同在以上步驟1和步驟4中那樣確定。比特的一定數(shù)量的n_LSB從 最不重要的比特開始去除，而不是對尾數(shù)的全部n_exp較低比特編碼。將剩余比 特(m_eXp = n_exp-n_LSB)選擇用以編碼。n_LSB的值依據(jù)公式或者表，取決于n_exp的 值。圖10為n_exp、n_LSB以及m_exp的示例值的表。對于較大的n_exp值，更多LSB通過
17截尾或者舍入而去除，以形成具有m_eXp比特的減少的尾數(shù)。例如，如果n_eXp為12，那么 去除3個(gè)LSB以便保留9個(gè)尾數(shù)比特用以打包N_GR0UP個(gè)減少的尾數(shù)。壓縮器210可以存 儲(chǔ)n_exp、n_LSB和m_exp的值的查詢表。備選地，壓縮器210可以將n_LSB和m_exp表示 的函數(shù)，并且在需要時(shí)計(jì)算它們的值。圖11為使用減少的尾數(shù)進(jìn)行塊浮點(diǎn)編碼的 框圖。對于每一組N_GR0UP個(gè)樣本，指數(shù)計(jì)算器402如以上所述確定最大指數(shù)n_eXp。尾數(shù) 比特計(jì)算器414使用查詢表或公式確定減少的尾數(shù)中的比特的數(shù)量?。。即。減少尾數(shù)打包 器416為N_GR0UP個(gè)樣本中的每一個(gè)選擇m_eXp比特。復(fù)用器408隨后打包由減少的尾數(shù) 419-0、419-1、419-2和419-3所跟隨的指數(shù)令牌以形成壓縮組418。對于某些條件，不從N_ GROUP個(gè)樣本的組中去除LSB。例如，當(dāng)N_GR0UP個(gè)樣本中的一個(gè)或多個(gè)樣本的幅度小于可 接受的最低值時(shí)，將打包包括原始LSB的N_GR0UP個(gè)尾數(shù)。壓縮的波束可以包括具有或不 具有減少的尾數(shù)的壓縮組。壓縮控制器為壓縮單元210i提供壓縮控制參數(shù)用于塊浮點(diǎn)編碼?？梢杂卸喾N用 于n_LSB、m_exp和n_exp的備選的查詢表或公式。壓縮控制參數(shù)包括N_GR0UP以及n_LSB、 m_exp和n_eXp的備選查詢表或公式的選擇參數(shù)。壓縮控制參數(shù)對于所有的壓縮單元210i 可以是一致的。備選地，壓縮控制參數(shù)對于不同的壓縮單元210i可以具有不同的值。壓縮 控制器能夠響應(yīng)于用戶輸入以選擇壓縮控制參數(shù)?？梢詫嚎s的波束形成樣本插入壓縮包的數(shù)據(jù)部分用以在數(shù)字接口 220上傳輸。 對應(yīng)于采樣窗口的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本可以布置在一個(gè)或多個(gè)壓縮包中。備 選地，如關(guān)于圖6所述，可以將對應(yīng)于多個(gè)壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本序列相結(jié)合 以形成壓縮包用以在給定的數(shù)據(jù)端口 270i上傳輸。壓縮包的報(bào)頭部分包含包的識別信息。 報(bào)頭還可以包含代表包中的壓縮的波束形成樣本的壓縮控制參數(shù)的控制數(shù)據(jù)。解壓縮器 240可以使用關(guān)于壓縮控制參數(shù)的信息以配置解壓縮操作。圖6的復(fù)用器250的優(yōu)選實(shí)施方式復(fù)用N_GR0UP個(gè)壓縮的波束形成樣本的組。復(fù) 用器250通過交錯(cuò)J個(gè)壓縮的波束的壓縮組而產(chǎn)生M個(gè)復(fù)用的序列。將J個(gè)壓縮的波束分 為壓縮的波束的M個(gè)集合。對于每個(gè)集合，復(fù)用器250交錯(cuò)集合中的壓縮的波束的壓縮組 以形成相應(yīng)的復(fù)用的序列Dm。復(fù)用的序列Dm是來自由復(fù)用器250布置在組次序中的相應(yīng) 集合的壓縮組序列。復(fù)用器250可以作為M個(gè)并行的復(fù)用器實(shí)施，每一個(gè)復(fù)用器接收相應(yīng) 集合的壓縮的波束。圖12示出了復(fù)用壓縮的波束C1和C2的集合的壓縮組的示例。組復(fù)用器252交錯(cuò) 來自壓縮的波束C1的壓縮組Gu和來自壓縮的波束C2的壓縮組、以形成復(fù)用的序列D115 在這個(gè)示例中，復(fù)用的序列D1的組的次序在壓縮的波束之間交替以形成序列、、、.』1 +1)、 G2(j+1)，等。壓縮的組Gij可以代表對應(yīng)于圖7的塊浮點(diǎn)壓縮組410、圖11的壓縮組418或者 由比如Huffman編碼的另一種編碼方法所產(chǎn)生的壓縮組的打包的比特。壓縮組具有每組相 同的壓縮的波束形成樣本數(shù)量，即，N_GR0UP個(gè)樣本。然而，由于每個(gè)壓縮的樣本的比特?cái)?shù) 量可能變動(dòng)，所以每個(gè)壓縮組的比特?cái)?shù)量也可能變動(dòng)。對于上述的塊浮點(diǎn)編碼方法，每個(gè)壓 縮組的比特?cái)?shù)量取決于n_eXp的值。為了解壓縮，解壓縮器240解碼并且解包對應(yīng)于每個(gè)壓縮的波束的壓縮組的壓縮 的波束形成樣本。對于每組N_GR0UP個(gè)壓縮的波束形成樣本，解壓縮器240解碼指數(shù)令牌 以確定n_exp的值。對差分編碼的指數(shù)進(jìn)行積分以確定n_eXp的值。N_GR0UP個(gè)尾數(shù)隨后
18通過將來自壓縮組410或418的每個(gè)尾數(shù)的比特解包以及將比特映射到相應(yīng)的解壓縮的波 束形成樣本以形成解壓縮組而重建。取決于下游處理要求，解壓縮的波束形成樣本可以由 每波束形成樣本的原始比特?cái)?shù)量或者每波束形成樣本的不同比特?cái)?shù)量代表。對于使用減少 的尾數(shù)的塊浮點(diǎn)編碼器，解壓縮器240還包括用于基于n_eXp的解碼值確定n_LSB的值的 查詢表或公式。減少的尾數(shù)的解包的比特通比特附加，其可為零或抖動(dòng)值，以接近 原始波束形成樣本值。根據(jù)特定的壓縮的波束計(jì)算的解壓縮組序列形成相應(yīng)的解壓縮的波 束ο為了復(fù)用的壓縮組序列的解壓縮，解壓縮器240可以在解復(fù)用之前應(yīng)用到復(fù)用的 序列。參考圖13，復(fù)用的序列D1的每個(gè)壓縮組Gu包括提供用以解壓縮那個(gè)組的N_GR0UP 個(gè)壓縮的波束形成樣本的必要信息的指數(shù)令牌。對于差分編碼的指數(shù)令牌，解壓縮器使用 復(fù)用的序列D1的組次序以選擇對應(yīng)于用于積分的相同的壓縮的波束的指數(shù)令牌以確定n_ exp的相應(yīng)的值。組次序可以是對于復(fù)用和解復(fù)用的固定參數(shù)，在這種情況下其由解壓縮器 240和組解復(fù)用器254所知。備選地，組次序可以是可調(diào)參數(shù)，在這種情況下它可以隨同其 他壓縮參數(shù)包括在壓縮包的報(bào)頭部分。如前所述，壓縮組可以具有不同的比特?cái)?shù)量。然而， 一旦組被解壓縮，每一組的N_GR0UP個(gè)解壓縮的波束形成樣本將具有相同的每樣本比特?cái)?shù) 量。解壓縮組的組次序與壓縮組的相同。組解復(fù)用器254將解壓縮組重新排序到它們的原 始次序以形成解壓縮的波束的集合，每個(gè)具有按照原始的連續(xù)次序的解壓縮的波束形成樣 本。圖13示出了對應(yīng)于圖12的復(fù)用示例的解復(fù)用示例。解壓縮器240對復(fù)用的序列 D1應(yīng)用塊浮點(diǎn)解碼以形成解壓縮組的序列241。每組Ru中的解壓縮的波束形成樣本具有 相同的每樣本比特?cái)?shù)量。組解復(fù)用器254恢復(fù)解壓縮的波束形成樣本的原始次序以形成解 壓縮的波束253和255的集合。組解復(fù)用器254使用組次序，即，Rlj、R2j R1(j+1)、R2(J+2)等， 以將解壓縮的波束形成樣本組分離到它們相應(yīng)的解壓縮的波束253和255。由于每組的樣 本數(shù)量為N_GR0UP，所以組解復(fù)用器254將每組Ru的N_GR0UP個(gè)解壓縮的波束形成樣本附 加到相應(yīng)的解壓縮的波束。用于波束形成樣本的壓縮和解壓縮的備選方法包括在產(chǎn)生具有較低幅度的修改 的樣本之前，對每個(gè)波束內(nèi)的波束形成樣本執(zhí)行計(jì)算，并因此需要較少的比特來代表它們。 ‘553專利描述了用于某些帶限信號的壓縮和解壓縮的算法。以下描述的某些備選的壓縮方 法為用于波束形成樣本的‘533專利的算法的修改。用于波束形成樣本的壓縮的備選方法包括跟隨以編碼而獨(dú)立于其他波束計(jì)算每 個(gè)波束中的波束形成樣本之間的差分。計(jì)算波束形成樣本的一階或更高階差分可產(chǎn)生具有 小于原始波束形成樣本的幅度的差分樣本。編碼差分樣本可產(chǎn)生比編碼波束形成樣本本身 更大的壓縮。圖14示出了包括差分操作的壓縮單元210i的框圖。壓縮單元210i接收來自波 束形成器輸出通道161i的波束形成樣本。壓縮控制器340為每個(gè)壓縮單元210i的差分 運(yùn)算器330i和編碼器332i提供壓縮控制參數(shù)。用于差分運(yùn)算器330i的壓縮控制參數(shù)可 以選擇一階、二階或者更高階差分。差分運(yùn)算器330i應(yīng)用選擇的差分階以產(chǎn)生差分樣本。 壓縮控制參數(shù)還可以選擇繞過差分操作以便編碼器332i編碼波束形成樣本而不是差分樣 本。如上所述，編碼器332i可以應(yīng)用差分樣本的塊浮點(diǎn)編碼。在這種情況下，將差分樣本
19提供給圖7或圖11的塊浮點(diǎn)編碼器的輸入401。備選地，編碼器332i可以對差分樣本應(yīng) 用Huffman編碼或者其他編碼。用于編碼器332i的壓縮控制參數(shù)可以如以上所述指示塊 浮點(diǎn)編碼器的參數(shù)，或者指示Huffman編碼器或者另一編碼器的參數(shù)。壓縮控制參數(shù)對于 不同的壓縮單元210i可以是相同的或者不同的。如以上關(guān)于圖6和圖12所述，對應(yīng)于不同的壓縮的波束的壓縮器輸出221i可以 在數(shù)字接口 220上傳輸之前復(fù)用至較少的輸出通道。編碼器332i可以對差分樣本應(yīng)用塊浮 點(diǎn)編碼以產(chǎn)生壓縮組Gu，其在圖12中代表包括壓縮的波束C1和C2的N_GR0UP個(gè)編碼的差 分樣本的組。備選地，編碼器332i可以對差分樣本應(yīng)用Huffman編碼從而使Gij代表具有 每個(gè)壓縮組N_GR0UP個(gè)壓縮的波束形成樣本的Huffman編碼的差分樣本組。組復(fù)用器252 結(jié)合壓縮的波束C1和C2的組以形成復(fù)用的序列Dp圖15為對應(yīng)于關(guān)于圖14所述的壓縮操作的解壓縮操作的框圖。解壓縮器240接 收來自數(shù)字接口 220的壓縮的波束。解碼器352逆轉(zhuǎn)編碼器332i的操作以形成解碼的差 分樣本。例如，解碼器352執(zhí)行塊浮點(diǎn)解碼、Huffman解碼或者其他解碼。積分運(yùn)算器354 添加解碼的差分樣本以逆轉(zhuǎn)由壓縮所執(zhí)行的一階或更高階差分，以形成提供給診斷信息處 理器180的解壓縮的波束。如果未執(zhí)行差分用于壓縮，積分運(yùn)算器354將被繞過。解壓縮 控制器350將控制參數(shù)提供給解碼器352和積分運(yùn)算器354。解壓縮控制器350可以從壓 縮的數(shù)據(jù)包的報(bào)頭提取控制數(shù)據(jù)用以為解壓縮操作確定控制參數(shù)。如關(guān)于圖13所述，圖15的解壓縮器240可以在解復(fù)用之前應(yīng)用到不同采用的壓 縮組的復(fù)用的序列。在這種情況中，解碼器352解碼復(fù)用的序列中的壓縮組Gu以形成在 組次序中的解碼的差分樣本組。對于塊浮點(diǎn)解碼，如果指數(shù)令牌進(jìn)行差分編碼，那么解碼器 352使用組次序以積分對應(yīng)于相同波束的指數(shù)令牌，以確定相應(yīng)組值。積分運(yùn)算器 354使用組次序和n_eXp來確定對應(yīng)于相同波束的解碼差分樣本組。積分運(yùn)算器354積分 相應(yīng)的組解碼差分樣本以形成241的序列的解壓縮的組Rijt5組解復(fù)用器254隨后將解壓 縮的組Rij分為相應(yīng)的解壓縮的波束253和255。備選地，如圖16中所示，解碼的差分樣本組可以在積分之前解復(fù)用。解碼器352 接收比如由圖12中的D1所代表的復(fù)用的序列。解碼器352逆轉(zhuǎn)編碼器332i的操作以解包 并且解碼壓縮組以形成在組次序中的解碼的差分樣本組。對于其中指數(shù)令牌被差分編碼的 塊浮點(diǎn)解碼，解碼器352使用組次序以積分對應(yīng)于相同波束的指數(shù)令牌。解碼的差分樣本 組具有相同的每樣本比特?cái)?shù)量并且在對應(yīng)于壓縮組的復(fù)用的序列的組次序中。組解復(fù)用器 254分離解碼的差分樣本組以形成對應(yīng)于每個(gè)波束的解碼的差分樣本的陣列。每個(gè)陣列中 的解碼的差分樣本的次序?qū)?yīng)于輸出自差分運(yùn)算器330i的差分樣本的次序。積分運(yùn)算器 354 和354j執(zhí)行解碼的差分樣本的相應(yīng)陣列的一階或更高階積分以形成第i和第j解壓 縮的波束。壓縮的另一備選方式基于中心頻率和采樣速率對波束形成樣本應(yīng)用算術(shù)操作用 以產(chǎn)生具有較低幅度的樣本。圖17給出了示出在用于壓縮具有不同的中心頻率的波束形 成樣本的備選方式之下的原理的示例。以對應(yīng)于圖17中的標(biāo)記為“帶1 (bandl) ”的行的基 帶信號的示例開始，中心頻率接近于DC(OHz)并且連續(xù)的樣本之間的相位增加小于10度。 第一相量圖710示出，因?yàn)檫B續(xù)的樣本之間的相位變化很小，所以連續(xù)的樣本的差分的幅 度相較于樣本本身的幅度相對較小。第一示例序列712對應(yīng)于帶1基帶信號的樣本。由于連續(xù)的樣本之間的差分相對于樣本幅度較小，所以計(jì)算一階或更高階差分，或者差分編碼 產(chǎn)生具有小于原始樣本的數(shù)據(jù)寬度的差分樣本。對于基帶(帶1)示例，使用關(guān)于圖14描 述的差分編碼壓縮是高效的。在超聲信號樣本或波束形成樣本下變頻轉(zhuǎn)換至基帶的超聲系 統(tǒng)中，壓縮單元210i可以應(yīng)用差分編碼。圖17還給出了中心頻率在DC之上，但是低于奈奎斯特(Nyquist)頻率fs/2的采 樣信號的示例。對于帶2，中心頻率接近fs/6而連續(xù)樣本之間的相位增加為大約60度。第二 相量圖720示出，由180度，或者三個(gè)采樣間隔所分隔的樣本對，如樣本對(720-0,720-3)、 (720-1,720-4)和(720-2，720-5)所示，具有相似的幅度以及相反的極性。反相對中的一個(gè) 樣本[或者乘以(-1)]提供對中的其他樣本的密切估計(jì)。第二示例序列722還示出由三個(gè) 采樣間隔所分隔的樣本具有相似的幅度以及相反的正負(fù)號。例如，樣本722-0的值為32767 而樣本722-3的值為-32756。對于帶2，對由三個(gè)采樣間隔所分隔的樣本的操作產(chǎn)生具有 較小數(shù)據(jù)寬度的修改的樣本。將對中的樣本相加在一起的操作產(chǎn)生可以進(jìn)行更高效編碼的 具有較小數(shù)據(jù)寬度的修改的樣本。對于圖17中的帶3的示例，中心頻率接近fs/4而連續(xù)樣本之間的相位增加為大 約90度。第三相量圖730示出，由180度，或者兩個(gè)采樣間隔所分隔的樣本，具有相似的幅 度和相反的極性。第三示例序列732還示出，每隔一個(gè)樣本具有相似的幅度和相反的極性。 對于帶3，將每隔一個(gè)樣本相加將會(huì)產(chǎn)生具有可以進(jìn)行比原始樣本更高效率編碼的具有較 小數(shù)據(jù)寬度的修改的樣本。對于圖17中的帶4的示例，中心頻率接近fs/3而連續(xù)樣本之間的相位增加為大 約120度。第四相量圖740示出，由360度，或者三個(gè)采樣間隔所分隔的樣本，將具有相似 的幅度。第四示例序列742示出，每三個(gè)樣本具有相似的幅度。在這種情況中，在由3個(gè)采 樣間隔所分隔的樣本之間形成差分將會(huì)給出可以進(jìn)行比原始樣本更高效率編碼的具有較 小數(shù)據(jù)寬度的修改的樣本。對于圖17中的帶5的示例，中心頻率接近fs/2而連續(xù)樣本之間的相位增加為大 約180度。第五相量圖750示出，由180度，或者一個(gè)采樣間隔所分隔的樣本，將具有相似 的幅度以及相反的極性。第五示例序列752示出連續(xù)樣本具有相似的幅度和相反的極性。 在這種情況中，將兩個(gè)連續(xù)樣本相加將形成可以進(jìn)行比原始樣本更高效率編碼的具有較小 數(shù)據(jù)寬度的變更的樣本。上述對于圖17描述的示例示出，根據(jù)采樣速率與中心頻率的比率，幅度降低能夠 通過在由1、2或3個(gè)采樣間隔所分隔的波束形成樣本上，執(zhí)行比如加(或者反相隨后減)或 減(或者反相隨后加)的操作而實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生的修改的樣本隨后被編碼以形成壓縮的樣本。 可以根據(jù)中心頻率與采樣速率的比率，將類似的操作應(yīng)用到由四個(gè)或更多個(gè)采樣間隔所分 隔的樣本，以產(chǎn)生具有比原始樣本更小的數(shù)據(jù)寬度的修改的樣本。圖18為基于波束形成樣本的中心頻率的壓縮算法的框圖。對應(yīng)于特定波束的波 束形成器輸出通道161i輸入到重新排序解復(fù)用器810。重新排序解復(fù)用器810選擇波束形 成樣本，從而使選擇的樣本依據(jù)壓縮控制參數(shù)852由合適數(shù)量的采樣間隔所分隔，以形成 解復(fù)用器輸出812。算術(shù)運(yùn)算器830依據(jù)壓縮控制參數(shù)856在解復(fù)用器輸出樣本對812上 執(zhí)行加或減運(yùn)算，以形成修改的樣本832。算術(shù)運(yùn)算器830還可以被配置以在解復(fù)用器輸 出樣本812上執(zhí)行更高階差分。編碼器840編碼修改的樣本832以形成壓縮的波束形成樣
21本。編碼器840應(yīng)用塊浮點(diǎn)編碼、Huffman編碼或者其他編碼以形成壓縮的樣本。針對關(guān) 于圖7和11描述的塊浮點(diǎn)編碼，將修改的樣本832提供給塊浮點(diǎn)編碼器的輸入401。壓縮控制器860基于采樣速率與波束形成樣本的中心頻率的比率，將控制參數(shù)提 供給壓縮器元件。重新排序解復(fù)用器810和算術(shù)運(yùn)算器830相應(yīng)地響應(yīng)于壓縮控制參數(shù) 852和856，以執(zhí)行合適的操作。圖19示出了基于中心頻率產(chǎn)生修改的樣本的操作。第一 列871給出了對于這個(gè)示例的可能的中心頻率。第二列872給出了每個(gè)中心頻率的相應(yīng)的 頻帶指示符。指示符可以作為壓縮控制參數(shù)852和856使用。第三列873給出了依據(jù)壓縮 控制參數(shù)852在重新排序解復(fù)用器輸出812處產(chǎn)生的樣本x(i)和x(j)的不同分隔。第四 列874示出了依據(jù)壓縮控制參數(shù)856選擇加或減的算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果。當(dāng)反相器在延遲的樣 本“上”時(shí)，x(i-j)被減去。第五列875示出了產(chǎn)生修改的樣本832或y(i)的算術(shù)運(yùn)算器 830的數(shù)學(xué)結(jié)果。壓縮控制器860還提供編碼器840的控制。壓縮控制參數(shù)858可以指示 塊浮點(diǎn)編碼、Huffman編碼或者其他編碼技術(shù)的參數(shù)。圖20給出了如關(guān)于圖18和19描述的對于不同中心頻率計(jì)算出的圖17的示例的 樣本x(i)與x(i-j)的和或者差。樣本的示例序列與圖17中的相同。示例序列912和942 中的DIFF行以及示例序列922、932和952中的SUM行中的樣本具有基本上低于相應(yīng)的樣 本或x(i)的幅度。DIFF樣本和SUM樣本為輸入至圖18中的編碼器840的修改的樣本932 的示例。如以上關(guān)于圖6和圖12所描述，在圖18中壓縮器輸出211i處由編碼器840產(chǎn)生 的壓縮的波束在數(shù)字接口 220上傳輸之前可以與其他壓縮的波束復(fù)用以形成較少的輸出 通道。編碼器840可以對修改的樣本應(yīng)用塊浮點(diǎn)編碼從而使圖12中的壓縮組Gij代表N_ GROUP個(gè)編碼的修改的樣本組以形成壓縮的波束C1和C2。備選地，編碼器840可以對修改 的樣本應(yīng)用Huffman編碼從而使Gij代表具有每組N_GR0UP個(gè)Huffman編碼的修改的樣本 的壓縮組。組復(fù)用器252結(jié)合壓縮的波束C1和C2的壓縮組以形成復(fù)用的序列Dp圖21為對于關(guān)于圖18描述的壓縮方法的由解壓縮器240所執(zhí)行的操作的框圖。 解碼器910對壓縮的數(shù)據(jù)解包并且執(zhí)行解碼(例如塊浮點(diǎn)解碼)操作，以形成解碼的修改 的樣本。逆算術(shù)運(yùn)算器920執(zhí)行對算術(shù)運(yùn)算器830的逆運(yùn)算以從解碼的修改的樣本重建波 束形成樣本。復(fù)用器930將原始樣本次序恢復(fù)到解壓縮的波束形成樣本以形成相應(yīng)的解壓 縮的波束。解壓縮控制器940將控制參數(shù)提供給解碼器910、逆運(yùn)算器920以及恢復(fù)次序復(fù) 用器930。解壓縮控制器940可以從壓縮的數(shù)據(jù)包的報(bào)頭中提取控制數(shù)據(jù)以確定用于解壓 縮操作的控制參數(shù)。圖21的解壓縮器240可于解復(fù)用組之前應(yīng)用到修改的樣本的壓縮組的復(fù)用的序 列。解碼器910逆轉(zhuǎn)編碼器840的操作以解碼壓縮組，按照組次序形成解碼的修改的樣本 組。對于其中指數(shù)令牌被差分編碼的塊浮點(diǎn)解碼，解碼器910使用組次序來積分指數(shù)令牌 以確定對應(yīng)于相同波束的壓縮組的n_exp值。逆運(yùn)算器920以及恢復(fù)次序復(fù)用器930也使 用組次序和n_exp來將它們的相應(yīng)操作應(yīng)用到對應(yīng)于相同波束的解碼的修改的樣本組?；?復(fù)次序復(fù)用器930將每組內(nèi)的解壓縮的波束形成樣本重新排序到原始樣本次序以形成解 壓縮組；然而，解壓縮組仍然按照組次序。參考圖13，恢復(fù)次序復(fù)用器930的輸出對應(yīng)于解 壓縮的序列241的解壓縮組Rijt5組解復(fù)用器254將解壓縮組Rij分為相應(yīng)的解壓縮的波束 253 和 255。
22
備選地，如圖22中所示，解碼的修改的樣本組可以在逆運(yùn)算器920之前解復(fù)用。解 碼器910逆轉(zhuǎn)編碼器840的操作來解包和解碼壓縮組以形成按照組次序的相應(yīng)的解碼的差 分樣本組。對于其中指數(shù)令牌被差分編碼的塊浮點(diǎn)解碼，解碼器910使用組次序來積分指 數(shù)令牌以確定對應(yīng)于相同波束的壓縮組的n_exp值。解碼的修改的樣本組具有相同的每個(gè) 修改的樣本的比特?cái)?shù)量。組解復(fù)用器254分離解碼的修改的樣本組以形成對應(yīng)于每個(gè)波束 的解碼的修改的樣本的陣列。逆運(yùn)算器920i與920j應(yīng)用到相應(yīng)的解碼的修改的樣本的陣 列并且恢復(fù)次序復(fù)用器930i與930j恢復(fù)相應(yīng)的原始樣本次序以分別形成第i與第j解壓 縮的波束。壓縮器210的實(shí)施方式對波束形成樣本應(yīng)用簡單操作。差分運(yùn)算器330i (圖14) 包括一個(gè)或多個(gè)減法器。塊浮點(diǎn)編碼(圖7和11)使用比較器、減法器以及查詢表。備選 地，Huffman編碼使用查詢表為值分配代碼。關(guān)于圖18描述的壓縮操作包括解復(fù)用、加以 及減。用于解壓縮器240的實(shí)施方式應(yīng)用簡單操作以對壓縮的樣本進(jìn)行解壓縮。解壓縮器 240包括用于塊浮點(diǎn)解碼的查詢表和加法器。積分運(yùn)算器354(圖15)包括一個(gè)或多個(gè)用于 積分解碼的樣本的加法器。圖21中的解壓縮器240的操作包括加、減和復(fù)用。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在超聲系統(tǒng)中將壓縮器210和接收波束形成器160集成 在具有耦合以接收來自ADC輸出通道121i的超聲信號樣本的輸入數(shù)據(jù)通道的單個(gè)專用集 成電路(application specificintegrated circuit，簡稱 ASIC)設(shè)備中。壓縮器 210 的 優(yōu)選實(shí)施包括多個(gè)并行的壓縮核，其中每個(gè)壓縮核耦合到波束形成器輸出通道161i中的 一個(gè)并且對相應(yīng)的波束實(shí)施一個(gè)壓縮單元210i的壓縮操作。備選地，一個(gè)壓縮核可以實(shí) 施多個(gè)壓縮單元210i以壓縮多個(gè)波束。對于這種備選方式，壓縮核包括緩沖器用以存儲(chǔ) 對應(yīng)于不同波束的波束形成樣本，直到它們被處理。波束形成與壓縮操作還可以在現(xiàn)場可 編程門陣列(field programmable gate array，簡稱FPGA)中實(shí)施。壓縮的波束形成樣本 可以在LVDS端口 270i上輸出至數(shù)字接口 220。用于LVDS接口的IP核可商業(yè)得到用于 ASIC和FPGA實(shí)施。備選架構(gòu)包括在與接收波束形成器160分離的設(shè)備中實(shí)施壓縮器210。 壓縮器210可以在ASIC、FPGA或者可編程處理器，比如數(shù)字信號處理器(digital signal processor，簡稱DSP)、微處理器、微控制器、多核CPU(比如IBM Cell)，或者圖形處理單元 (graphicsprocessing unit,簡禾爾 GPU ；比如 Nvidia GeForce)中實(shí)施。根據(jù)超聲系統(tǒng)架構(gòu)，可以將解壓縮器240并入診斷信息處理器180的同一設(shè)備或 者作為與其不同的設(shè)備。解壓縮操作可以在ASIC或者FPGA中實(shí)施。備選地，解壓縮操作 可以在可由比如DSP、微處理器、微控制器、CPU或者GPU等可編程處理器執(zhí)行的軟件或固件 程序中實(shí)施。解壓縮器240的優(yōu)選實(shí)施為具有用于可由GPU執(zhí)行的解壓縮操作的指令的軟 件程序。GPU也可以被編程以實(shí)施診斷信息處理器180和掃描轉(zhuǎn)換器140的至少一部分操 作。備選地，解壓縮的波束形成樣本可以傳輸?shù)搅硪豢删幊烫幚砥?，比如CPU，用于額外的信 號處理操作。圖23為GPU中的解壓縮器以及其他用以生成超聲圖像的操作的實(shí)施的框圖。當(dāng) 前的GPU架構(gòu)包括多個(gè)被優(yōu)化用于并行計(jì)算的處理核。例如，Nvidia GeForce GTS 150GPU 包括 128 個(gè)處理核。Nvidia 的 “CUDA”(Compute Unified Device Architecture，計(jì)算統(tǒng) 一設(shè)備架構(gòu))是包括用于在GPU的處理核上實(shí)施并行算法的C語言的擴(kuò)展的應(yīng)用編程接口 (application programming interface，簡禾爾 API)，其在標(biāo)題為"Getting Started withCUDA” 的文件(Ruetsch 和 Oster，Nvidia Corp.，2008)中描述。以下所述的比如 OpenCL 和Larrabee之類的備選的GPU和編程方法可以提供實(shí)施平臺(tái)。對于圖23中描繪的實(shí)施， GPU設(shè)備1000可被編程以執(zhí)行解壓縮器240、診斷信息處理器180 (B-模式處理以及多普 勒處理)、掃描轉(zhuǎn)換器140以及圖像處理器150的操作。GPU設(shè)備1000可以包括可由并行 處理單元訪問的動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(dynamic random access memory，簡稱DRAM) 1002。 DRAM 1002可以存儲(chǔ)由GPU的其他處理操作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和壓縮的和/或解壓縮的波束形 成樣本。系統(tǒng)控制器1010提供從接收的數(shù)據(jù)產(chǎn)生超聲圖像的任務(wù)的協(xié)調(diào)并響應(yīng)于用戶指 令。CPU1012可以實(shí)施支持解壓縮的操作，比如從壓縮包的報(bào)頭解碼壓縮控制參數(shù)并將它 們提供給GPU設(shè)備1000用于配置解壓縮操作。DRAM1016可以存儲(chǔ)接收自數(shù)字接口 220的 壓縮的波束形成樣本以及其他CPU操作所需的數(shù)據(jù)。通信控制器1014將接收自數(shù)字接口 220的壓縮包引導(dǎo)至DRAM 1002或DRAM 1016并且管理系統(tǒng)控制器1010和GPU設(shè)備1000 之間的數(shù)據(jù)交換。在優(yōu)選的系統(tǒng)架構(gòu)中，系統(tǒng)控制器1010可以在具有用于顯示的屏幕160的 計(jì)算機(jī)的主板中實(shí)施。GPU設(shè)備1000可以在包括DRAM1002，與系統(tǒng)控制器1010通過 PCIe (Peripheral ComponentInterconnect Express，外圍組件互連高速)背板鏈路而通信 的圖形卡中實(shí)施。備選地，GPU設(shè)備1000可以在安裝在主板上的IC中實(shí)施。在ADC庫120、 接收波束形成器160以及壓縮器210安裝在數(shù)據(jù)采集卡中的系統(tǒng)架構(gòu)中，數(shù)字接口 220可 以由PCIe背板鏈路來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該認(rèn)識到，依照摩爾定律(Moore's Law)，更高水平的集成將提供更加緊湊的設(shè) 備，從而使系統(tǒng)控制器1010和GPU設(shè)備可以在單個(gè)IC中實(shí)施。例如，Intel公司正在開發(fā) 包括以向量處理單元增強(qiáng)的X86CPU核的多個(gè)實(shí)例的多核IC架構(gòu)。此架構(gòu)稱為Larrabee， 在標(biāo)題為"Larrabee :A Many-Core x86CPU Architecture for VisualComputing，，的文件 (Seiler 等人，ACM Transactions on Graphics, Vol. 27, No. 3, Article 18，August 2008) 中描述。Larrabee架構(gòu)支持需要包括圖形處理的并行處理的應(yīng)用?！癓arrabee Native”編 程模型包括用于并行編程和向量化的C/C++和API。圖24為CPU/GPU設(shè)備中的解壓縮器240以及其他用以產(chǎn)生超聲圖像的操作的實(shí) 施的框圖。CPU/GPU設(shè)備1020可以實(shí)施解壓縮器240、診斷信息處理器130、掃描轉(zhuǎn)換器140 和圖像處理器150的操作。CPU/GPU控制器1022協(xié)調(diào)對接收自數(shù)字接口 220的壓縮的波束 形成樣本的處理操作并響應(yīng)于用戶輸入。CPU/GPU設(shè)備1020可以由Larrabee平臺(tái)或者其 他具有集成的CPU和GPU功能的可編程設(shè)備所實(shí)施。在ADC庫120、接收波束形成器160以及壓縮器210安置于換能器頭中的系統(tǒng)架構(gòu) 中，數(shù)字接口 220可以是有線或無線通信鏈路。對于有線通信鏈路，數(shù)字接口可以由PCIe電 纜鏈路或者光纖鏈路來實(shí)施。對于無線通信鏈路，數(shù)字接口可以提供數(shù)字調(diào)制以及經(jīng)由射 頻信道的壓縮包的傳輸以及接收的壓縮包的數(shù)字解調(diào)。無線鏈路可以遵守?zé)o線通信協(xié)議， 比如 WiFi (IEEE 802. 11)或者 UWB (ultra-wideband，超寬帶)格式。雖然示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該清楚，本發(fā)明不僅僅限定在 這些實(shí)施方式。眾多修改，變化，變體，替代和等同將會(huì)在不脫離權(quán)利要求中所描述的本發(fā) 明的精神和范圍的前提下對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。
2權(quán)利要求
在包括應(yīng)用到在采樣窗口期間接收的多個(gè)超聲信號樣本序列以形成一個(gè)或多個(gè)波束的接收波束形成器的超聲成像系統(tǒng)中，其中每個(gè)波束由波束形成樣本的陣列代表，其中在采樣窗口期間由多個(gè)超聲換能器元件所輸出的多個(gè)模擬超聲信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)生多個(gè)超聲信號樣本序列，一種方法包括壓縮通過對在所述采樣窗口期間接收到的超聲信號樣本應(yīng)用所述接收波束形成器而產(chǎn)生的波束以形成壓縮的波束，包括壓縮代表特定波束的陣列中的波束形成樣本以形成相應(yīng)的壓縮波束的壓縮的波束形成樣本，其中壓縮所述陣列中的特定波束形成樣本部分取決于所述陣列中的至少一個(gè)其他波束形成樣本的特征，其中每個(gè)波束獨(dú)立于對應(yīng)于所述采樣窗口的另一波束而進(jìn)行壓縮；以及跨越數(shù)字接口向信號處理器傳輸壓縮的波束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在壓縮步驟之前，將所述波束形成樣本的陣列下變頻 轉(zhuǎn)換到中間頻率或者基帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括解壓縮接收自所述數(shù)字接口的相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本的至少一部 分，以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成樣本，其中獨(dú)立于另一壓縮的波束將 解壓縮應(yīng)用到所述相應(yīng)的壓縮的波束，其中所述信號處理器進(jìn)一步處理所述解壓縮的波束 形成樣本。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中壓縮步驟對代表特定波束的波束形成樣本陣列應(yīng)用塊 浮點(diǎn)編碼，以形成所述相應(yīng)的壓縮的波束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括通過對所述相應(yīng)的壓縮的波束的相應(yīng)部分應(yīng)用塊浮點(diǎn)解碼來解壓縮接收自所述數(shù)字 接口的所述壓縮的波束形成樣本的至少一部分，以形成解壓縮的波束的解壓縮的波束形成 樣本，其中所述信號處理器進(jìn)一步處理所述解壓縮的波束形成樣本。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中壓縮步驟進(jìn)一步包括定義對應(yīng)于所述特定波束的波束形成樣本的陣列中連續(xù)的波束形成樣本組，每組具有 預(yù)設(shè)定數(shù)量的波束形成樣本；確定在組中具有最大幅度的波束形成樣本的指數(shù)值；對所述組的所述指數(shù)值進(jìn)行編碼以形成指數(shù)令牌；形成具有減少的比特?cái)?shù)量的尾數(shù)來代表所述組中的每個(gè)波束形成樣本，其中比特的減 少的數(shù)量基于所述指數(shù)值，以及使用所述指數(shù)令牌和預(yù)設(shè)定數(shù)量的尾數(shù)來代表所述組的壓縮的波束形成樣本，以形成 相應(yīng)的壓縮組，其中多個(gè)壓縮組形成所述相應(yīng)的壓縮的波束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中形成尾數(shù)的步驟進(jìn)一步包括通過截?cái)嗷蛏崛胨霾ㄊ纬蓸颖径鴱乃鼋M中的每個(gè)波束形成樣本中去除一定數(shù) 量的最不重要比特(LSB)，以形成減少的尾數(shù)，其中去除的LSB的數(shù)量基于所述指數(shù)值，其 中代表所述壓縮的波束形成樣本的步驟使用所述指數(shù)令牌和所述預(yù)設(shè)定數(shù)量的減少的尾 數(shù)來形成所述相應(yīng)的壓縮組。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述接收波束形成器產(chǎn)生J個(gè)波束，其中J至少是2， 其中相應(yīng)波束的波束形成樣本的組按照原始組次序，所述方法進(jìn)一步包括復(fù)用對應(yīng)于所述J個(gè)波束的壓縮組，以形成M個(gè)壓縮組的復(fù)用序列，其中M小于J，包括 交錯(cuò)對應(yīng)于至少兩個(gè)壓縮的波束的集合的壓縮組以形成相應(yīng)的復(fù)用的序列，其中所述相應(yīng) 的復(fù)用的序列中的壓縮組按照組次序布置，其中傳輸步驟傳輸所述M個(gè)復(fù)用的序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括解壓縮接收自所述數(shù)字接口的所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的壓縮組，以形成包含解壓縮的 波束形成樣本的解壓縮組，其中所述解壓縮組按照相應(yīng)的復(fù)用的序列的組次序；以及解復(fù)用相應(yīng)的復(fù)用的序列的解壓縮組，以形成對應(yīng)于所述壓縮的波束的集合的解壓縮 的波束的集合，包括根據(jù)所述組次序重新布置所述解壓縮組以將原始組次序恢復(fù)至所述解 壓縮的波束，其中將所述解壓縮的波束提供用于進(jìn)一步的信號處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括通過選擇用于解壓縮的相應(yīng)的壓縮組來解壓縮接收自所述數(shù)字接口的所述壓縮的波 束形成樣本的至少一部分，以形成提供用于進(jìn)一步信號處理的相應(yīng)的解壓縮的波束形成樣 本組。
11.在包括應(yīng)用到在采樣窗口期間接收到的多個(gè)超聲信號樣本序列以形成一個(gè)或多個(gè) 波束的接收波束形成器的超聲成像系統(tǒng)中，其中每個(gè)波束由波束形成樣本的陣列代表，其 中在所述采樣窗口期間由多個(gè)超聲換能器元件輸出的多個(gè)模擬超聲信號的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn) 換產(chǎn)生多個(gè)超聲信號樣本序列，一種方法包括壓縮通過對在采樣窗口期間接收到的超聲信號樣本應(yīng)用接收波束形成器而形成的波 束，以形成壓縮的波束，所述壓縮包括計(jì)算代表特定波束的陣列中的連續(xù)的波束形成樣本之間的差分，以形成相應(yīng)的差分樣 本序列，其中所述差分為一階或更高階差分；以及編碼相應(yīng)的差分樣本序列，以形成相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本；以及跨越數(shù)字接口向信號處理器傳輸所述壓縮的波束。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在壓縮步驟之前，將波束形成樣本的陣列下變頻轉(zhuǎn) 換至基帶或者中間頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中計(jì)算差分的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算在由預(yù)設(shè)定數(shù)量的采樣間隔所分隔的陣列中的波束形成樣本對中的波束形成樣 本之間的差分，以形成相應(yīng)的差分樣本序列；以及編碼所述相應(yīng)的差分樣本序列，以形成所述相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括在計(jì)算差分的步驟之前，依據(jù)逆轉(zhuǎn)控制參數(shù)，選擇性地逆轉(zhuǎn)由預(yù)設(shè)定數(shù)量的采樣間隔 所分隔的每一對波束形成樣本中的一個(gè)波束形成樣本。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括解壓縮接收自所述數(shù)字接口的所述壓縮的波 形形成樣本的至少一部分，所述解壓縮進(jìn)一步包括解碼所述相應(yīng)的壓縮波束的所述壓縮的波束形成樣本，以形成解碼的差分樣本；以及積分所述解碼的差分樣本，以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成樣本，其 中所述積分計(jì)算一階或更高階積分，以逆轉(zhuǎn)計(jì)算差分步驟的差分操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中編碼步驟對相應(yīng)的差分樣本序列應(yīng)用塊浮點(diǎn)編碼，以形成所述相應(yīng)的壓縮的波束。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括解壓縮接收自所述數(shù)字接口的所述壓縮的波 束形成樣本的至少一部分，所述解壓縮進(jìn)一步包括通過對所述相應(yīng)的壓縮的波束的所述壓縮的波束形成樣本應(yīng)用塊浮點(diǎn)解碼來解碼所 述壓縮的波束形成樣本，以形成解碼的差分樣本；以及積分所述解碼的差分樣本，以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成樣本，其 中所述積分計(jì)算一階或更高階積分，以逆轉(zhuǎn)計(jì)算差分步驟的差分操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中編碼步驟進(jìn)一步包括定義在所述相應(yīng)的差分樣本序列中連續(xù)的差分樣本組，每組具有預(yù)設(shè)定數(shù)量的差分樣本；確定所述組中具有最大幅度的差分樣本的指數(shù)值；編碼所述組的所述指數(shù)值，以形成指數(shù)令牌；形成具有減少的數(shù)量的比特的尾數(shù)來代表所述組中的每個(gè)差分樣本，其中比特的減少 的數(shù)量基于所述指數(shù)值；以及使用所述指數(shù)令牌和預(yù)設(shè)定數(shù)量的尾數(shù)來代表所述組中的所述差分樣本，以形成相應(yīng) 的壓縮組，其中多個(gè)壓縮組形成所述相應(yīng)的壓縮的波束。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中形成尾數(shù)的步驟進(jìn)一步包括通過截?cái)嗷蛏崛胨霾罘謽颖径鴱乃鼋M中的每個(gè)差分樣本中去除一定數(shù)量的最不 重要比特(LSB)，以形成減少的尾數(shù)，其中去除的LSB的數(shù)量基于所述指數(shù)值，其中代表所 述差分樣本的步驟使用所述指數(shù)令牌和預(yù)設(shè)定數(shù)量的減少的尾數(shù)來形成所述相應(yīng)的壓縮 組。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述接收波束形成器產(chǎn)生N個(gè)波束，其中N至少是 2，其中相應(yīng)波束的差分樣本組按照原始組次序，所述方法進(jìn)一步包括復(fù)用對應(yīng)于N個(gè)壓縮的波束的壓縮組來形成M個(gè)復(fù)用的壓縮組的序列，其中M小于N， 包括交錯(cuò)對應(yīng)于至少兩個(gè)壓縮的波束的集合的壓縮組以形成相應(yīng)的復(fù)用的序列，其中所述 相應(yīng)的復(fù)用的序列中的壓縮組按照組次序布置，其中傳輸步驟傳輸M個(gè)復(fù)用的序列。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括解碼接收自所述數(shù)字接口的所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的壓縮組，以形成解碼的差分樣本 的解碼組，其中所述解碼組按照組次序；根據(jù)所述組次序來積分對應(yīng)于相同壓縮的波束的所述解碼的差分樣本，以形成包含 解壓縮的波束形成樣本的解壓縮組，其中所述解壓縮組按照所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的組次 序；以及解復(fù)用所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的解壓縮組，以形成對應(yīng)于所述壓縮的波束的集合的解 壓縮的波束的集合，包括根據(jù)所述組次序重新布置解壓縮組以將原始組次序恢復(fù)到所述解 壓縮的波束，其中將所述解壓縮的波束提供用于進(jìn)一步信號處理。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括解碼接收自所述數(shù)字接口的所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的壓縮組，以形成包含解碼的差分 樣本的解碼組，其中所述解碼組按照所述相應(yīng)的復(fù)用的序列的組次序；解復(fù)用所述解碼組，以形成對應(yīng)于所述壓縮的波束的集合的解碼的差分樣本的集合，包括按照所述組次序重新布置所述解碼組以將原始組次序恢復(fù)到所述解碼的差分樣本序 列；以及積分每個(gè)所述解碼的差分樣本序列，以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成 樣本，其中所述積分計(jì)算一階或更高階積分以逆轉(zhuǎn)計(jì)算差分步驟的差分操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括通過選擇用于解壓縮的相應(yīng)的壓縮組而解壓縮接收自所述數(shù)字接口的所述壓縮的波 束形成樣本的至少一部分，以形成提供用于進(jìn)一步信號處理的解壓縮的波束形成樣本的相應(yīng)組。
24.在包括應(yīng)用到在采樣窗口期間接收到的多個(gè)超聲信號樣本序列以形成一個(gè)或多個(gè) 波束的接收波束形成器的超聲成像系統(tǒng)中，其中每個(gè)波束由波束形成樣本的陣列代表，其 中多個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器采樣在采樣窗口期間由多個(gè)超聲換能器元件輸出的多個(gè)模擬超 聲信號以產(chǎn)生提供給所述接收波束形成器的多個(gè)超聲信號樣本序列，一種裝置包括壓縮器，耦合至所述接收波束形成器，以接收通過對采樣窗口期間接收到的所述超聲 信號樣本應(yīng)用所述接收波束形成器而形成的一個(gè)或多個(gè)波束形成樣本陣列，所述壓縮器包 括一個(gè)或多個(gè)壓縮單元，其中相應(yīng)的壓縮單元獨(dú)立于對應(yīng)于所述采樣窗口的另一波束而壓 縮相應(yīng)波束的波束形成樣本，以形成相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本，其中所述 相應(yīng)的壓縮單元配置為部分地基于相應(yīng)波束的至少一個(gè)其他的波束形成樣本的特征來壓 縮特定的波束形成樣本，其中所述壓縮器將所述壓縮的波束提供給數(shù)字接口用以傳輸至信 號處理器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，進(jìn)一步包括耦合至所述接收波束形成器與所述壓縮器之間的一個(gè)或多個(gè)下變頻轉(zhuǎn)換器，每個(gè)下變 頻轉(zhuǎn)換器接收來自所述接收波束形成器的相應(yīng)波束并且將所述相應(yīng)波束的波束形成樣本 轉(zhuǎn)換至中間頻率或基帶，以形成提供給相應(yīng)的壓縮單元的下變頻轉(zhuǎn)換波束。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，進(jìn)一步包括解壓縮器，耦合以接收來自所述數(shù)字接口的壓縮的波束并且將解壓縮的波束提供給所 述信號處理器，其中所述解壓縮器獨(dú)立于對應(yīng)于采樣窗口的另一壓縮的波束而解壓縮特定 的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本，以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成樣 本。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述壓縮單元進(jìn)一步包括塊浮點(diǎn)編碼器，其應(yīng)用到波束形成樣本的陣列以產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮的波束。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，進(jìn)一步包括解壓縮器接收來自所述數(shù)字接口的壓縮的波束并且將解壓縮的波束提供給所述信號 處理器，所述解壓縮器包括應(yīng)用到相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本的至少一部分 以形成相應(yīng)的解壓縮的波束的解壓縮的波束形成樣本的塊浮點(diǎn)解碼器。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述壓縮單元進(jìn)一步包括差分運(yùn)算器，用以計(jì)算相應(yīng)的波束的連續(xù)的波束形成樣本之間的一階或更高階差分， 以產(chǎn)生差分樣本序列；以及編碼器，用以編碼所述差分樣本序列，以形成相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其中所述差分運(yùn)算器計(jì)算相應(yīng)的波束的波束形成樣本對 中的波束形成樣本之間的差分，其中每一對的波束形成樣本由預(yù)設(shè)定數(shù)量的采樣間隔所分 隔以形成所述差分樣本序列。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，進(jìn)一步包括解壓縮器，其接收來自所述數(shù)字接口的壓縮 的波束并且將解壓縮的波束提供給所述信號處理器，所述解壓縮器包括解碼器，其應(yīng)用到相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束形成樣本的至少一部分以產(chǎn)生解碼 的差分樣本序列；以及積分器，用于計(jì)算解碼的差分樣本序列的一階或更高階積分以形成相應(yīng)的解壓縮的波 束的解壓縮的波束形成樣本。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置，其中所述壓縮單元進(jìn)一步包括依據(jù)逆轉(zhuǎn)控制參數(shù)，選擇性地逆轉(zhuǎn)每一對由預(yù)設(shè)定數(shù)量的采樣間隔所分隔的波束形成 樣本中的一個(gè)波束形成樣本，以產(chǎn)生用于所述差分運(yùn)算器的波束形成樣本對。
33.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述接收波束形成器將J個(gè)波束提供給J個(gè)壓縮單 元以形成J個(gè)壓縮的波束，其中相應(yīng)的壓縮單元產(chǎn)生用于相應(yīng)的壓縮的波束的壓縮的波束 形成樣本的多個(gè)壓縮組，其中壓縮組按照原始組次序，每個(gè)壓縮組具有預(yù)設(shè)定數(shù)量的壓縮 的波束形成樣本，所述裝置進(jìn)一步包括組復(fù)用器，其接收J(rèn)個(gè)壓縮的波束并且將M個(gè)復(fù)用的壓縮組的序列提供給所述數(shù)字接 口，其中M小于J，所述組復(fù)用器交錯(cuò)對應(yīng)于至少兩個(gè)壓縮的波束的集合的壓縮的樣本組以 形成相應(yīng)的復(fù)用的序列，其中相應(yīng)的復(fù)用的序列中的壓縮組按照組次序布置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，進(jìn)一步包括解壓縮器，其接收來自所述數(shù)字接口的M個(gè)復(fù)用的序列并且形成M個(gè)解壓縮組序列，其 中所述解壓縮器解壓縮相應(yīng)的復(fù)用的序列的壓縮組以按照所述組次序形成解壓縮組；以及組解復(fù)用器，其耦合以接收所述M個(gè)解壓縮組序列并且將N個(gè)解壓縮的波束提供給所 述信號處理器，其中相應(yīng)的復(fù)用的序列的解壓縮組從組次序重新布置為原始次序，以形成 對應(yīng)于壓縮的波束的集合的解壓縮的波束的集合。
35.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中壓縮器實(shí)施于專用集成電路(ASIC)或者現(xiàn)場可編程 門陣列(FPGA)之中。
36.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中所述解壓縮器實(shí)施于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中。
37.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中所述信號處理器實(shí)施于FPGA中，所述FPGA進(jìn)一步包括實(shí)施所述解壓縮器的解壓縮核；數(shù)據(jù)通道，用于接收來自所述數(shù)字接口的壓縮的波束以將壓縮的波束形成樣本提供給 所述解壓縮核；以及數(shù)據(jù)通道，用于將解壓縮的波束提供給所述信號處理器。
38.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中所述解壓縮器至少部分地實(shí)施于圖形處理單元 (GPU)中。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中所述信號處理器至少部分地實(shí)施于GPU中。
全文摘要
在對接收到的超聲信號樣本應(yīng)用波束形成器以形成由波束形成樣本的陣列代表的一個(gè)或多個(gè)波束的超聲成像系統(tǒng)中，一種方法和裝置獨(dú)立于其他陣列而壓縮波束形成樣本的每個(gè)陣列以形成壓縮的波束。多個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器采樣由換能器陣列所產(chǎn)生的多個(gè)模擬超聲信號以將多個(gè)超聲信號樣本流提供給波束形成器。壓縮的波束經(jīng)由數(shù)字接口傳輸至信號處理器。在信號處理器處，對壓縮的波束進(jìn)行解壓縮以形成解壓縮的波束。信號處理器進(jìn)一步處理解壓縮的波束用于供診斷成像(比如B-模式和多普勒成像)以及掃描轉(zhuǎn)換，以準(zhǔn)備生成的用以顯示的超聲圖像。
文檔編號A61B8/00GK101933814SQ20101018545
公開日2011年1月5日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者阿爾伯特·W·魏格納 申請人:信飛系統(tǒng)公司