超声视频采集系统和装置 【技术领域】
本发明涉及一种超声诊断设备，尤其涉及超声诊断设备的视频采集系统和装置。
【背景技术】
超声诊断设备作为医院的四大影像设备之一应用十分广泛，很多情况下，超声图像不仅要显示在现场的超声诊断设备上，还需要从超声诊断设备传输到远程的超声工作站，超声工作站将采集到的超声图像数据进行显示、处理、存储等一系列操作。
目前，超声工作站是通过模拟接口来采集超声图像信号，超声诊断设备输出的也是模拟超声视频图像信号，模拟超声视频图像信号经过视频解码器，再变为数字信号，通过PCI或USB等接口传到超声工作站的上位机，上位机根据要求进行实时处理、显示和存储等。由于模拟超声视频图像信号是隔行扫描，以及经过DAC和ADC两次变换(即在超声诊断设备中经过DAC，在视频解码器中经过ADC)，以及一些图像变换处理，图像清晰度和图像分辨率都有一定的限制，尤其是图像清晰度有很大降低，使得用户对图像的定位和存档造成一定影响。图像显示尺寸大小也是用户关心一个方面，图像显示尺寸小，一些精细的信息会丢失掉。具体有以下缺点：
数据失真：视频解码器采集的图像数据是经过视频DA转换之后的模拟Video(CVBS)或者S-Video信号，因此无法完全恢复成原始数据并加以处理。
图像尺寸小：现有采集系统采集到原始图像的图像尺寸有限，只有720×576(PAL制)和720×480(NTSC制)两种格式。
实时性差，超声工作站采用软件进行图像处理，速度慢，尤其大的图像，与超声诊断设备上显示的超声图像区别较大，并且延时长。
【发明内容】
本发明的主要目的就是提供一种超声视频采集系统，提高超声图像的清晰度，减小失真。
为实现上述目的，本发明提供一种超声视频采集系统，包括用于对从超声诊断设备采集来的超声图像信号进行显示的上位机，和用于采集超声图像信号并对超声图像信号进行处理的可编程处理器，所述可编程处理器至少包含一个数字接口，所述可编程处理器的至少一个数字接口分别耦合到至少一个位于超声诊断设备上的数字图像输出口，所述可编程处理器的输出端耦合到上位机，所述可编程处理器包括顺序连接的视频输入识别和显示选择单元、存储控制器和数字信号处理单元，所述视频输入识别和显示选择单元连接在所述可编程处理器的数字接口和所述存储控制器之间，用于识别输入信号源的接口类型和信号特征，所述存储控制器控制由视频输入识别和显示选择单元输出的数字图像数据在存储器中先进行缓存，所述存储控制器将缓存的数字图像数据从所述存储器中读出后输出到所述数字信号处理单元，所述数字信号处理单元用于对数字图像数据进行处理，处理后的数字图像数据通过输入输出接口单元输出到所述上位机。
所述视频输入识别和显示选择单元还耦合到上位机，所述视频输入识别和显示选择单元将识别结果传输到上位机以供用户选择，所述上位机根据用户的选择控制视频输入识别和显示选择单元在至少一个数字接口中进行数据输入通道选择。
所述可编程处理器还包括连接在所述数字信号处理单元和所述输入输出接口单元之间的数据格式选择和控制单元，所述数据格式选择和控制单元接受所述上位机的控制命令，对上传的图像格式进行选择，并将选择后的图像数据上传到上位机。
本发明还提供一种超声视频采集装置，包括至少一个数字接口、视频输入识别和显示选择单元、存储控制器和数字信号处理单元，所述数字接口用于输入至少一种格式的数字图像数据，所述视频输入识别和显示选择单元连接在所述数字接口和所述存储控制器之间，所述视频输入识别和显示选择单元用于识别输入信号源的接口类型和信号特征以供用户选择，所述视频输入识别和显示选择单元还用于根据用户的选择在至少一个数字接口中进行数据输入通道选择，所述存储控制器控制输入的数字图像数据在存储器中先进行缓存，所述存储控制器从所述存储器中读出数字图像数据后输出到所述数字信号处理单元，所述数字信号处理单元用于对数字图像数据进行处理。
本发明的有益效果是：
本发明采用数字接口采集超声诊断设备输出的数字图像信号，采用硬件进行图像处理，通过PCI、USB或PCIe等高速接口传送到超声工作站的上位机，按照超声工作站的要求进行实时显示，图像大小可以和超声诊断系统一致；图像清晰度高、失真小。
图像大小可调、实时显示，可自动识别图像输入，用户可选择信号输入和输出格式。
【附图说明】
图1为本发明一种实施例的电路结构示意图；
图2为本发明一种实施例中FPGA的结构示意图；
图3为本发明一种实施例的流程图。
【具体实施方式】
本申请的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
请参考图1所示，在超声诊断设备端，其输出接口可以是数字图像输出口，输出数字式的超声图像数据。数字图像输出口可以是DVI(数字显示接口)、SDI(串行数字接口)或其他一些数字接口，可以有一个或多个数字图像输出口。
在超声工作站端，其超声视频采集系统包括上位机和与上位机相连接的采集卡1，采集卡1采用硬件实现，包括可编程处理器，可编程处理器可以是FPGA(现场可编程门阵列)。超声诊断设备的每个数字图像输出口都连接到可编程处理器的一数字接口，可编程处理器采集超声数字图像数据，经过处理后通过相应的输入输出接口单元(例如PCI、USB或PCIe)输出到上位机2，上位机2对超声图像数据进行图像显示处理、存储控制以及病人诊断相关信息等操作。
一些情况下，采集超声诊断设备除了具有数字图像输出口外，还具有模拟视频信号输出口，例如VGA接口、S-Video接口或CVBS(复合电视信号)接口，为实现能够更灵活的采集超声诊断设备各种接口输出的数据，采集卡1还包括模拟视频信号处理单元11，所述模拟视频信号处理单元11的输入端耦合到至少一个位于超声诊断设备上的模拟视频信号输出口，所述模拟视频信号处理单元11的输出端耦合到所述可编程处理器的数字接口。
对于VGA接口，所述模拟视频信号处理单元11包括模数转换器，所述VGA接口输出的模拟视频信号经过模数转换器进行模数转换后输出到所述可编程处理器地一数字接口。
对于S-Video接口和CVBS接口，所述模拟视频信号处理单元包括视频解码器，所述S-Video接口和/或CVBS接口输出的模拟视频信号经过视频解码器进行转换后输出到所述可编程处理器的一数字接口。
请参考图2所示，所述可编程处理器包括用于接收视频信号输入的数字接口、视频输入识别和显示选择单元、存储控制器和数字信号处理单元，所述视频输入识别和显示选择单元连接在所述可编程处理器的数字接口和所述存储控制器之间，所述视频输入识别和显示选择单元还通过输入输出接口单元耦合到上位机2，可与上位机2进行通讯，所述视频输入识别和显示选择单元用于自动识别输入信号源的接口类型和信号特征，并将识别出的结果传输到上位机，上位机将具有输入信号源的接口类型(例如：具有输入信号源的接口类型有VGA、S-Video、CVBS、DVI和SDI等)和信号特征(例如电视信号的制式、VGA和DVI信号的分辨率和刷新率等)显示给用户以供用户选择，所述上位机根据用户的选择控制视频输入识别和显示选择单元在至少一个数字接口中进行数据输入通道选择。所述存储控制器控制输入的数字图像数据在存储器中先进行缓存，所述存储控制器将缓存的数字图像数据从所述存储器中读出后输出到所述数字信号处理单元，所述数字信号处理单元包括连接在所述存储控制器和所述输入输出接口单元之间视频缩放单元，或者所述数字信号处理单元包括顺序连接在所述存储控制器和所述输入输出接口单元之间的视频缩放单元、色度空间变换单元、色度抽取单元和伽玛校正单元，所述视频缩放单元还耦合到上位机，所述上位机根据用户的选择控制所述视频缩放单元对图像进行缩放处理。所述数字信号处理单元对数字图像数据进行处理后将数字图像数据输出到所述上位机2，上位机2对超声图像数据进行存储、处理和显示等操作。
因可编程处理器采集的是数字视频信号，并且通过硬件对数字信号进行处理，所以传输到上位机的超声视频信号图像清晰度高、失真小、实时性强。
视频输入识别和显示选择单元可采用轮询的方式检测各个接口的输入信号，从而得知哪个接口有信号输入，自动检测顺序是，DVI、模拟VGA、SDI、S-Video和CVBS(顺序可以根据用户的设置进行改变)。当CVBS、SDI或S-Video接口有信号输入时，采用行场同步信号计数方式可以确定其视频输入制式，CVBS、SDI和S-Video可能是PAL制，也可能是NTSC制。当DVI或VGA接口有信号输入时，通过采样行场同步信号等可确定VGA和DVI输入的分辨率和刷新率。视频输入识别和显示选择单元检测到输入视频信号的接口类型和信号特征后，通过相应的输入输出接口单元(PCI、USB或PCIe等)传递给超声工作站上位机(例如计算机)，告知哪些通道有视频信号输入，计算机将输入信号源的接口类型显示给用户，以供用户选择。用户的选择命令通过输入输出接口单元传送到视频输入识别和显示选择单元，视频输入识别和显示选择单元根据命令选择某一通道的信号输入，而屏蔽其他通道的输入。
可选输入格式使得用户首先知道超声工作站接入有哪些视频输入信号，在知道超声诊断系统所有输出前提下，避免没有接入超声工作站而去检查接入连接情况(除连接故障之外)，其次根据用户不同需求，选择不同的输入图像，如需看到更精细的图像则可以选择数字输入显示。
在另一种实施例中，根据用户不同的需求和超声工作站的显示要求，可编程处理器根据上位机的控制命令可采用不同的数据格式上传数据。通过上位机的界面，用户可以选择由可编程处理器向上位机上传数据时采用RGB格式或YUV格式。超声工作站的显示是RGB方式的，采用RGB格式上传数据，则符合超声工作站的显示要求，图像效果较好。用户也可以根据需要选择由可编程处理器向上位机上传数据时采用逐行或隔行数据。
所述可编程处理器包括顺序连接的数字接口、视频输入识别和显示选择单元、存储控制器和数字信号处理单元，并且还进一步包括连接在所述数字信号处理单元13和输入输出接口单元之间的数据格式选择和控制单元。所述数字信号处理单元包括顺序连接在所述存储控制器和所述输入输出接口单元之间的视频缩放单元、色度空间变换单元、色度抽取单元、伽玛校正单元和隔行抽取单元，所述视频缩放单元还耦合到上位机，所述上位机根据用户的选择控制所述视频缩放单元对图像进行缩放处理，所述隔行抽取单元还耦合到所述存储控制器，用于将逐行信号隔行抽取后通过所述存储控制器缓存再读出。所述数据格式选择和控制单元的输入端分别耦合到存储控制器的输出端、视频缩放单元的输出端、伽玛校正单元的输出端、隔行抽取单元的输出端和视频输入识别和显示选择单元的输出端，所述数据格式选择和控制单元通过输入输出接口单元耦合到上位机2，实现与上位机2进行通讯，所述上位机根据用户的选择控制所述数据格式选择单元在各输出端之间进行选通，以对上传的图像格式进行选择。
首先需要了解，不同的信号源，可能有不同的图像输入格式，由DVI接口输入的超声图像数据为逐行信号，由VGA接口输入的超声图像数据经过模数转换后为逐行信号，由S-Video接口和CVBS接口输入的超声图像数据经视频解码器后成为CCIR656信号，SDI接口输入的超声图像数据经串并转换后也成为CCIR656信号，CCIR656信号是隔行信号。
所以这些接口输入的信号经所述视频输入识别和显示选择单元选择后，分为逐行和隔行两路信号，所述逐行信号输出到所述存储控制器，所述隔行信号直接输出到所述数据格式选择和控制单元。
可编程处理器根据用户对图像输入格式和上传格式的选择，对输入的图像数据进行不同的处理，所需要的数字信号处理单元13进行的处理也不同。
如果输入选择的是DVI接口或VGA接口，即输入的是逐行信号，而选择上传的数据格式是CCIR656的720×576隔行数据，则数据格式选择和控制单元选通隔行抽取单元的输出端，其数据处理过程是：首先将从存储器中读出的逐行图像数据经视频缩放单元，视频缩放单元按照上位机的控制命令对图像进行缩放处理，然后将图像数据依次经过色度空间变换单元、色度抽取单元、伽玛校正单元和隔行抽取单元，隔行抽取单元将逐行图像数据隔行抽取后成为隔行图像数据，再将隔行图像数据通过所述存储控制器缓存到所述存储器，然后再从所述存储器读出通过隔行抽取单元输出到所述数据格式选择和控制单元，最后隔行图像数据经过输入输出接口单元上传到上位机。
如果输入选择的是DVI接口或VGA接口，即输入的是逐行信号，而选择上传的数据格式是RGB格式的逐行信号，则数据格式选择和控制单元选通视频缩放单元的输出端，其数据处理过程是：首先将从存储器中读出的逐行图像数据经视频缩放单元，视频缩放单元按照上位机的控制命令对图像进行缩放处理(也包括截取处理等一些特殊处理方式)，然后将RGB格式的图像数据输出到所述数据格式选择和控制单元，最后将RGB格式的逐行图像数据经过输入输出接口单元上传到上位机。如果选择上传的数据格式是YUV格式的逐行信号，则数据格式选择和控制单元选通伽玛校正单元的输出端，其数据处理过程是：首先将从存储器中读出的逐行图像数据经视频缩放单元，视频缩放单元按照上位机的控制命令对图像进行缩放处理，然后将缩放后的图像数据经色度空间变换单元、色度抽取单元和伽玛校正单元的处理后输出到所述数据格式选择和控制单元，最后将YUV格式的逐行图像数据经过输入输出接口单元上传到上位机。
如果输入选择的是S-Video接口或CVBS接口或SDI接口，即输入的是CCIR656隔行信号，而选择上传的数据格式也是隔行信号，则数据格式选择和控制单元选通视频输入识别和显示选择单元的输出端，视频输入识别和显示选择单元直接将隔行信号输出到所述数据格式选择和控制单元进行图像数据上传。
如果输入选择的是S-Video接口或CVBS接口或SDI接口，即输入的是CCIR656隔行信号，而选择上传的数据格式是逐行信号，则数据格式选择和控制单元选通视频输入识别和显示选择单元的输出端，隔行信号输出到所述数据格式选择和控制单元后先经过缓存，然后将逐行图像数据上传给上位机。
数据格式选择和控制单元可以是一个多路开关，根据上位机的命令在存储控制器的输出端、视频缩放单元的输出端、伽玛校正单元的输出端、隔行抽取单元的输出端和视频输入识别和显示选择单元的输出端中选通某一路上传数据。
上述实施例中，上位机可以是计算机或服务器，可编程处理器可以是FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(特定用途集成电路)等，存储器可以设计在可编程处理器内部，也可以是设计在可编程处理器外部的独立的存储器，例如位于采集卡1上的DDR存储器。存储控制器从存储器中读取图像数据时，根据需要可以是逐帧(或行)读出，也可以是隔帧(或行)读出。
请参考图3所示，超声视频采集系统的实现过程如下：
(1)在上电复位后，系统进入加载可编程处理器(例如FPGA)的配置文件。
(2)加载完成后，可编程处理器采用轮询的方式检测各个接口的输入信号，确定具有信号源的接口类型。可编程处理器检测到输入视频信号的接口类型后，通过PCI、USB或PCIe等接口传递给超声工作站的计算机，告知是有哪些接口的视频信号输入，计算机将输入信号源的接口类型显示给用户，以供用户选择。
(3)根据用户要求，计算机下发命令给可编程处理器，可编程处理器的视频输入识别和显示选择单元按照命令选择某个数据输入通道输入图像数据。
(4)根据用户要求进行视频信号处理。不同的视频输入，格式不一样(逐行和隔行)，大小不一样，数据也不一样，可编程处理器的数字信号处理单元根据用户要求对读入的图像数据进行处理，如存储控制器控制图像数据先缓存到存储器中(如DDR、SDR等)，再逐帧或隔帧读出进行图像缩放、截取、色度空间变换等。
(5)按照一定格式传递图像到计算机。也可以根据用户要求选择相应视频输出格式，计算机向数据格式选择单元发出命令，数据格式选择单元根据命令将暂存到存储器中的图像读出，按照用户要求格式传递图像到计算机。
(6)超声工作站软件将采集到的图像数据进行显示、处理、存储等一系列操作。
本发明可以支持输入多种的视频接口图像，例如模拟VGA、DVI、SDI、RGB、YPbPr、Scart、S-Video、CVBS、ASI、HDTV、DisplayPort等，根据用户需要本发明可以支持市场所有的视频图像接口。数字采集接口图像清晰度比传统模拟接口采集图像高；DVI或VGA信号接收采集的图像尺寸比传统模拟视频(S-Video和CVBS)尺寸大，传输图像大小可以采用硬件进行缩放，保留更多精细的信息，实时性高。本发明可以自动识别信号输入，然后把信息传递给计算机，以供用户选择信号输入和输出格式。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。