JP2012151522A - データ処理装置およびデータ処理方法 - Google Patents
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Abstract
データの圧縮処理を効率的に実行し圧縮処理に要する時間を短くすることである。
【解決手段】
実施形態のデータ処理装置は、時系列データを入力するデータ入力手段と、当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第1の圧縮データを得る非可逆処理手段と、当該非可逆処理手段で得られた第1の圧縮データを保持するバッファと、当該バッファに保持された第1の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、当該範囲指定手段で指定された第1の圧縮データに可逆処理を適用して第2の圧縮データを得る可逆処理手段と、当該可逆処理手段で得られた第2の圧縮データを出力するデータ出力手段とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、実施形態にかかるデータ処理装置を示すブロック図である。本実施形態のデータ処理装置は、超音波診断装置の一部として実施することを想定しており、IQデータや中間データなどの反射波情報に圧縮処理(例えば、JPEG形式やMPEG−2形式、H.264形式)を施し圧縮後のデータを外部ストレージに出力する。ここで、圧縮処理は、非可逆処理と可逆処理の2段階で構成される。まず、データ処理装置は、反射波情報の非可逆処理をリアルタイムで実行し、非可逆処理を適用した第1の圧縮データをバッファに保持する。また、第1の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザにリアルタイムで提示する。この画像をみて保存したい画像であると判断した場合、ユーザはデータ処理装置に保存対象とする範囲(保存範囲)を指定する。データ処理装置は、保存範囲に指定された第1の圧縮データについて可逆処理を実行し、可逆処理後の第2の圧縮データを外部ストレージに出力する。
本実施形態のデータ処理装置は、2次元あるいは3次元の時系列データを入力するデータ入力部101と、データ入力部101に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第1の圧縮データを得る非可逆処理部102と、非可逆処理部102で得られた第1の圧縮データを保持するバッファ103と、バッファ103に保持された第1の圧縮データの一部あるいは全部を保存範囲として指定する範囲指定部104と、範囲指定部104で保存範囲に指定された第1の圧縮データに可逆処理を適用して第2の圧縮データを得る可逆処理部105と、可逆処理部で得られた第2の圧縮データを出力するデータ出力部106と、非可逆処理部102で処理された第1の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理部107と、復元処理部107で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換部108と、スキャン変換部108で得られたスキャン変換画像を表示する表示部109とを備える。
本実施形態のデータ処理装置は、図2に示すような通常のコンピュータを利用したハードウェアで構成されており、装置全体を制御するCPU(Central Processing Unit)等の第1演算部201と、第1演算部201から高速なアクセスが可能なRAM(Random Access Memory)等の第1メモリ202と、DSP(Digital Signal Processor)やGPU(Graphics Processing Unit)等の第2演算部203と、第2演算部203から高速なアクセスが可能なRAM等の第2メモリ204と、各種データや各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)等の記憶部205と、ユーザの指示入力を受け付けるキーボードやマウスなどの操作部206と、プローブなどの外部機器からの信号を入力する外部入力部207と、HDD(Hard Disk Drive)等の外部ストレージへデータを出力する外部出力部209と、映像を表示するディスプレイなどの映像表示部210と、これらを接続するバス211とを備えている。本実施形態の第2演算部203は、最大でM並列(Mは2以上の自然数)の並列演算が可能な並列演算機能を有する。
このようなハードウェア構成において、第1演算部201および第2演算部203がROM等の記憶部205に記憶された各種プログラムを実行することにより以下の機能が実現される。
データ入力部101は、超音波の反射波情報を時系列データとして入力する。反射波情報は、IQデータや、IQデータから算出された中間データ(例えば、Bモードデータ、カラードップラーデータ)であり、時系列に従うデータの1枚をフレームとして入力する。反射波情報は、プローブ(図示なし)に接続された外部入力部207から取得する。IQデータの次元は、超音波を例えば円の一部の点についてスキャンすれば2次元になり、球面上の点についてスキャンすれば3次元になる。中間データの次元は中間データの算出方法にもよるが、例えば、IQデータのすべての点におけるスキャン情報を利用してBモードデータやカラードップラーデータを算出すれば、それらのデータはIQデータと同じ次元になる。
非可逆処理部102は、データ入力部101に入力された反射波情報に圧縮処理の前段にあたる非可逆処理を適用して第1の圧縮データを得る。非可逆処理では、まず、既知の情報から入力信号を予測し(フレーム内予測およびフレーム間予測)、入力信号から予測可能な情報を除去する。次に、入力信号をブロック単位の直交変換(例えば、DCT:Discrete Cosine Transform)やウェーブレット変換を用いて、データの偏りが多い変換係数に変換する。そして、変換係数を量子化して情報を減らす。
バッファ103は、非可逆処理部102で得られた第1の圧縮データを保持する。具体的には、リングバッファを用いて非可逆処理部102から出力された第1の圧縮データをフレームごとに保持する。ここで、リングバッファは最新のKフレームを保持することができ、保持するフレーム数がKを超える場合は古いフレームから順に破棄する。リングバッファは、第1メモリ202あるいは第2メモリ204で実現する。
範囲指定部104は、バッファ103に保持された第1の圧縮データの保存範囲をフレーム単位で指定する。具体的には、操作部206を介してユーザからの保存範囲の指定を取得し、この保存範囲に該当するフレームをバッファ103から特定する。バッファ103は、範囲指定部104で保存範囲に指定されたフレームを可逆処理部105に出力する。なお、範囲指定部104は、バッファに保持された全フレームを保存範囲として指定することもできる。
可逆処理部105は、範囲指定部104で保存範囲に指定された第1の圧縮データに圧縮処理の後段にあたる可逆処理を適用して第2の圧縮データを得る。可逆処理では、非可逆処理部102で量子化された係数に対してエントロピー符号化(例えば、可変長符号化や算術符号化)を適する。具体的には、各ブロックについて、量子化されたDCT係数のうち直流(DC)係数を「出力ビット長」、および「出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。次に、DC以外の係数をジグザグスキャン順でスキャンしながらゼロとなる係数の数を数え、「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」、および「非ゼロの係数の出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。その際、DC係数の「出力ビット長」、および、DC以外の係数の「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」については、ハフマン符号を設計し、ハフマン符号化により出力する。それ以外のデータについては、指定されたビット長のデータをそのまま出力する。
データ出力部106は、可逆処理部で得られた第2の圧縮データを外部ストレージ208に出力し保存する。
復元処理部107は、非可逆処理部102で処理された第1の圧縮データに非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る。具体的には、量子化された各変換係数に対して量子化マトリックスの値を乗ずる逆量子化により変換係数を算出し、係数に逆変換を適用する。例えば、順変換にDCTを用いた場合、その逆変換は次のIDCT(Inverse DCT)になる。
スキャン変換部108は、復元処理部107で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得る。本実施形態では、IQデータあるいは中間データを画像データとして可視化する。IQデータであればまず表示用の中間データの生成を行う。中間データが3次元のデータであれば特定の断面を抽出した2次元化を行う。中間データが2次元のデータであれば、例えば、扇状のマッピング、あるいは、2次元の長方形にマッピングを行う。これら表示のための変換をまとめてスキャン変換と呼ぶ。
表示部109は、スキャン変換部108で得られたスキャン変換画像を表示する。具体的には、映像表示部210のディスプレイ(図示なし)を介してスキャン変換画像をリアルタイムで表示する。
このように構成された実施形態にかかるデータ処理装置の動作について説明する。本実施形態のデータ処理装置は、反射波情報に非可逆処理をリアルタイムで適用するとともに、第1の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザに提示する。そして、ユーザから保存範囲として指定された第1の圧縮データについて可逆処理を実行し、第2の圧縮データを外部ストレージに出力する。
このように、実施形態にかかるデータ処理装置では、反射波情報の圧縮に非可逆処理と可逆処理の2段階の処理を適用しており、後段の可逆処理をユーザから指定された保存範囲のデータについて適用している。これにより、データ処理装置は、可逆処理の対象となるデータの量を減らすことができ、圧縮処理に要する時間を短くすることができる。
図3の処理フローにおいて、ステップS34で保存範囲の指定があった場合、ステップS31〜S33およびステップS41〜S43を並列に動作させてもよいし、これらのステップを一時停止したうえで、ステップS35〜S37を実行してもよい。また、ステップS36では、例えば、第1の圧縮データのフレーム間の相関を利用した可逆処理を実行してもよい。その場合、フレームごとに逐次的に可逆処理を行いその結果を出力してもよいし、複数のフレームでの非可逆処理の結果に対してまとめて可逆処理を適用し、その結果を出力してもよい。また、ステップS31〜S33でフレーム間の相関を利用する(例えば、フレーム間の予測を利用する)場合には、例えば、バッファ103で各フレームについて予測を利用したか否かを表す情報(例えば1ビットのフラグ情報)を保存しておき、保存範囲を特定する際には、次の(A)(B)のいずれかの方法を利用して、フレーム間の相関を利用したフレームが正しく復元できるようにする。
102 非可逆処理部
103 バッファ
104 範囲指定部
105 可逆処理部
106 データ出力部
107 復元処理部
108 スキャン変換部
109 表示部
201 第1演算部
202 第1メモリ
203 第2演算部
204 第2メモリ
205 記憶部
206 操作部
207 外部入力部
209 外部出力部
210 映像表示部
211 バス
Claims (7)
- 時系列データを入力するデータ入力手段と、
当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第1の圧縮データを得る非可逆処理手段と、
当該非可逆処理手段で得られた第1の圧縮データを保持するバッファと、
当該バッファに保持された第1の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、
当該範囲指定手段で指定された第1の圧縮データに可逆処理を適用して第2の圧縮データを得る可逆処理手段と、
当該可逆処理手段で得られた第2の圧縮データを出力するデータ出力手段と、
を備えるデータ処理装置。 - 前記非可逆処理手段で得られた第1の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理手段と、
当該復元処理手段で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換手段と、
当該スキャン変換手段で得られたスキャン変換画像を表示する表示手段と、
を更に備える請求項1記載のデータ処理装置。 - 前記データ入力手段に入力される時系列データが超音波の反射波情報である請求項1乃至請求項2記載のデータ処理装置。
- 前記超音波の反射波情報が同一位相成分データ(Iデータ)、直交位相成分データ(Qデータ)、Bモードデータ、カラードップラーデータのいずれかである請求項3記載のデータ処理装置。
- 前記非可逆手段の非可逆処理が前記データ入力手段に入力された時系列データに対するブロックごとの直交変換および当該直交変換によって得られた係数の量子化を含み、
前記可逆処理手段の可逆処理が前記非可逆手段で量子化された係数の可変長符号化を含む請求項1乃至請求項2記載のデータ処理装置。 - 前記非可逆処理手段がM並列(Mは2以上の自然数)の並列演算が可能な演算装置を用いて非可逆処理を並列に実行する請求項1乃至請求項2記載のデータ処理装置。
- 時系列データを入力するデータ入力工程と、
当該データ入力工程で取得した時系列データに非可逆処理を適用して第1の圧縮データを得る非可逆処理工程と、
当該非可逆処理工程で得られた第1の圧縮データをバッファに保持する保持工程と、
当該保持工程で保持された第1の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定工程と、
当該範囲指定工程で指定された第1の圧縮データに圧縮のための可逆処理を適用して第2の圧縮データを得る可逆処理工程と、
当該可逆処理工程で得られた第2の圧縮データを出力するデータ出力工程と、
を備えるデータ処理方法。
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