基于 FPGA 的 B 超成像系统图像采集的原理和实现

引言

医学超声诊断成像技术大多数采用超声脉冲回波法，即利用探头产生超声波进入人体，

由人体组织反射产生的回波经换能器接收后转换为电信号，经过提取、放大、处理，再由

数字扫描变换器转换为标准视频信号，最后由显示器进行显示。在基于 FPGA+ARM 9 硬

件平台的全数字化 B 超诊断仪中，前端探头返回的回波电信号需由实时采集系统进行波

束合成、相关处理、采集并传输至 ARM 嵌入式处理系统，视频信号数据量大，实时性要求

高，因此选用 FPGA+SRAM 构成实时采集系统，在速度和容量上都能满足上述要求。主

要介绍 B 超成像系统中应用 FPGA 进行逻辑控制进行超声视频图像采集的原理和实现。

2、系统构成工作原理

如图 1 所示，采集系统首先由数字波束合成器对多通道超声回波信号进行波束合成，数

字波束合成器对不同通道信号进行延时，使同一点的信号同相相加，同时对多个通道的

回波信号进行空间域上的加窗，类似匹配滤波，可以提高信号的信噪比。然后对合成后的

超声视频信号做一个帧相关的预处理，即图像帧与帧之间对应象素灰度上的平滑处理。因

为叠加在图像上的噪声是非相关且具有零均值的随机噪声，如果在相同条件下取若干帧

的平均值来代替原图，则可减弱噪声强度。在帧相关过程中，FPGA 要控制数据的读取、

处理以及存储。在为了满足视频显示的实时性，该采集系统采用双帧存结构的乒乓机制，

由 FPGA 实现读写互锁控制。经帧相关处理完后的视频数据交替写入帧存 A 和帧存 B，帧

存读控制器根据后端处理速度读取帧存中的数据，送往 DMA 控制器，DMA 控制器开启

DMA 通道进行数据传输。FPGA 实现读写控制时，为了避免同时对一个帧存进行读写操

作，需要设置读写互斥锁进行存储器状态切换。