本發(fā)明涉及一種gpu實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)濾波處理的方法，屬于醫(yī)療圖像成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超聲信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及ad采集后,后續(xù)的濾波處理對(duì)于最后成像的質(zhì)量非常重要.通常采用高階帶通動(dòng)態(tài)濾波,對(duì)運(yùn)算量的要求很大,所以通常放在fpga上處理,以減輕cpu的負(fù)擔(dān).然而這會(huì)增加設(shè)備體積和成本,并且使算法的靈活性受到了限制.

把信號(hào)濾波處理放在主機(jī)上處理，不僅可以降低設(shè)備體積和成本，提高整體系統(tǒng)可靠性，而且可以提高算法的靈活性。在超聲設(shè)備的不同工作模式和工作頻率，對(duì)濾波器的要求是不一樣的，在fpga上實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)靈活的參數(shù)和算法調(diào)整較困難。然而在主機(jī)上運(yùn)行濾波算法，對(duì)cpu的要求又比較高。

目前，主機(jī)都帶有g(shù)pu，gpu通常只用來(lái)做圖像顯示。但是現(xiàn)代的gpu都已經(jīng)有強(qiáng)大的可編程能力，不管是通過(guò)directx，pengl，還是opencl，都可以實(shí)現(xiàn)gpu編程。gpu的運(yùn)算能力通常數(shù)十倍于cpu，并且在通常情況下，這種運(yùn)算能力是被閑置的。

gpu是有很多個(gè)并行運(yùn)行的內(nèi)核，對(duì)大量數(shù)據(jù)做并行運(yùn)算。表面上，濾波算法都是串行處理算法，gpu并不適合做這樣的任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法在fpga上進(jìn)行靈活、復(fù)雜的運(yùn)算，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種在gpu處理核心上高效的處理方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種gpu實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)濾波處理的方法，其特征在于，該方法包括：s1，在gpu處理核心開(kāi)辟源緩存空間、目標(biāo)緩存空間及臨時(shí)緩存空間，同時(shí)在gpu處理核心加載信號(hào)處理的運(yùn)算指令；s2，gpu處理核心獲取第i路超聲波信號(hào)，并根據(jù)運(yùn)算指令進(jìn)行計(jì)算得到信號(hào)臨時(shí)數(shù)據(jù)，并將信號(hào)臨時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至臨時(shí)緩存空間；s3，獲取基于步驟s2得到的第i路的臨時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合獲取的第i+1路的源超聲波信號(hào)，并根據(jù)運(yùn)算指令進(jìn)行運(yùn)算并得到信號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)而將信號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)緩存空間；s4，循環(huán)執(zhí)行步驟s2、s3，每次循環(huán)獲得步驟s3中的信號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù)為第i路的目標(biāo)信號(hào)，直至遍歷循環(huán)所有信號(hào)路數(shù)之后，將所有得到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像處理。

進(jìn)一步，所述步驟s1還包括：將超聲波信號(hào)進(jìn)行初步分解為長(zhǎng)度一致的多路超聲波信號(hào)，其中的超聲波信號(hào)總路數(shù)n在64與256之間，且其中i的值小于n-1。

進(jìn)一步，所述步驟s1還包括：根據(jù)不同的超聲波信號(hào)源創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指令，并且可以是不同運(yùn)算指令的結(jié)合。

進(jìn)一步，所述步驟s2和s3還包括：其中的輸出的目標(biāo)信號(hào)格式使用與輸入超聲波信號(hào)格式保持一致。

進(jìn)一步，所述步驟s2和s3還包括：gpu處理核心在獲取超聲波信號(hào)時(shí)，將從原緩存空間獲取的超聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)循環(huán)處理得到的目標(biāo)信號(hào)分配至目標(biāo)緩存空間的指定坐標(biāo)，且其中所獲取的超聲波信號(hào)坐標(biāo)可以自定義設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果為：能夠有效利用空閑gpu資源，避免計(jì)算機(jī)資源浪費(fèi)；巧妙的利用的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法利用gpu進(jìn)行處理的超聲波信號(hào)難題；高效處理超聲波信號(hào)速度。

附圖說(shuō)明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式gpu通常運(yùn)算圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)濾波處理圖；

圖3所示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成圖；

圖4a，4b所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的循環(huán)處理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的gpu實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)濾波處理的方法適用于醫(yī)學(xué)超聲信號(hào)處理。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式gpu通常運(yùn)算圖。指定1個(gè)或數(shù)個(gè)源數(shù)據(jù)buffer，1個(gè)或幾個(gè)目的數(shù)據(jù)buffer，將運(yùn)算指令加載到gpu后，gpu的內(nèi)核會(huì)根據(jù)被分配的坐標(biāo)，從源數(shù)據(jù)buffer讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后的把結(jié)果輸出到和坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的目的buffer的位置上。也就是說(shuō)，輸出數(shù)據(jù)位置是和坐標(biāo)綁定的，而輸入數(shù)據(jù)的位置是代碼可以選取的。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的信號(hào)濾波處理圖。數(shù)據(jù)是順序處理的，并且后面的數(shù)據(jù)處理需要用到前面的計(jì)算結(jié)果。即循環(huán)執(zhí)行步驟，每次循環(huán)獲得信號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù)為前一路的目標(biāo)信號(hào)，直至遍歷循環(huán)所有信號(hào)路數(shù)之后，將所有得到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像處理。

圖3所示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成圖。通常超聲信號(hào)是64路到256路。最終成像需要這么多路數(shù)據(jù)都處理完。所以我們把信號(hào)組織成圖3格式的輸入buffer，同時(shí)輸出buffer也使用相同的格式,同時(shí)準(zhǔn)備兩個(gè)相同格式的臨時(shí)buffer,但是臨時(shí)buffer的每個(gè)單元包含多個(gè)數(shù)據(jù)。

圖4a，4b所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的循環(huán)處理圖。對(duì)gpu按圖4a，圖4b兩個(gè)步驟交替執(zhí)行多次運(yùn)算，每次運(yùn)算處理如圖4a，圖4b所示。每次寫(xiě)入tempbuffer的數(shù)據(jù)包含濾波算法的臨時(shí)數(shù)據(jù)和當(dāng)前的結(jié)果數(shù)據(jù)（和輸出到destbuffer的數(shù)據(jù)相同）。在這種運(yùn)算架構(gòu)下，可以在gpu上使所有路的信號(hào)并行運(yùn)行任何組合的濾波算法，包括rc/lc/lr.這樣可以實(shí)現(xiàn)任意階的高通/低通/帶通巴特沃思/切比雪夫等等濾波器.gpu程序只要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的濾波器算法代碼即可。

以簡(jiǎn)單的1階高通lc濾波器為例，偽代碼如下：

//運(yùn)算

temp1=(srcinput-(tempinput.result–tempinput.temp1)+k*tempinput.temp2)/c；

tempresult=k*(temp1–tempinput.temp2)；

//輸出

dst=tempresult；

tempoutput.temp1=tempresult；

tempoutput.temp2=temp1；

在intel的賽揚(yáng)的集成圖形核心(gpu)上，這樣的代碼處理256路，40mhz采樣頻率，深度20cm的信號(hào)，可以獲得超過(guò)200fps的處理速度。在高性能gpu上，可以輕松超過(guò)10000fps。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)其技術(shù)方案和/或?qū)嵤┓绞娇梢杂懈鞣N不同的修改和變化。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種GPU實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)濾波處理的方法，該系統(tǒng)包括：S1，開(kāi)辟源緩存空間、目標(biāo)緩存空間及臨時(shí)緩存空間，加載信號(hào)處理的運(yùn)算指令；S2，獲取超聲波信號(hào)，計(jì)算得到信號(hào)臨時(shí)數(shù)據(jù)；S3，獲取步驟S2的臨時(shí)數(shù)據(jù)，得到信號(hào)結(jié)果數(shù)據(jù)；S4，循環(huán)執(zhí)行步驟S2、S3，遍歷循環(huán)所有信號(hào)路數(shù)將所有得到的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行成像處理。本發(fā)明的有益效果為：能夠有效利用空閑GPU資源，避免計(jì)算機(jī)資源浪費(fèi)；巧妙的利用的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法利用GPU進(jìn)行處理的超聲波信號(hào)難題；高效處理超聲波信號(hào)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：張國(guó)峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：珠海醫(yī)凱電子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.07.22
技術(shù)公布日：2017.10.24