JPS61123280A - 画像デ−タ圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は画像、特に医用画像をデータ圧縮する装置に
関する。

（従来技術とその問題点） 医療分野で用いられる画像にはＸ線や０７画像等多くの
種類があるが、それらは従来フィルムの形で蓄積されて
いた。ところが、病院等においては１日当たりの発生枚
数が多く、しかもそれを数年間にわたって保管する必要
があるので膨大な量となり、収納のためのスペース、検
索に要する人手、時間が大きな問題となっている。

近年になってディジタル画像処理技術、デバイス技術の
進展とともに医用画像をディジタル化して蓄積、検索を
行うことが可能となってきた。医用Ｘ線画像においては
、解像度、階調数ともに要求される精度が高く、最低で
も１０２４Ｘ１０２４Ｘ８　ｂｉｔであり、いくら記憶
素子が発達したとはいえデータ量の多さが問題となって
いる。蓄積データ量を消滅するためにデータ圧縮技術が
用いられることが多い。データ圧縮技術には大別して予
測符号化と変換符号化があるが、圧縮率として５程度以
上の高圧縮を行う場合には変換符号化が有利とされてい
る。

ところが、通常のテレビジョンや静止画伝送等において
は、伝送速度が一定もしくは伝送時間を一定にするとい
う制約にもとづいて所望の圧縮率を得るために、部分的
には復号画像の信号対雑音比が低下し細部がぼやけるこ
とがあった。

医用画像においては、画質劣化に対する要求基準が厳し
く、信号対雑音比があまり低くなると所見部等がぼけて
実用上問題が発生する。また、復号画像の信号対雑音比
とエントロピーの関係は常に直線的であるとは陰らず、
ある一定のエントロピー以下にしようとすると急激に信
号対雑音比が低下する。従って、この信号対雑音比が急
激に低下する部分では、信号対雑音比の低下という犠牲
をはらうわりにはエントロピーの低下が得られず、不当
な性能低下をひきおこしていた。

（発明の目的） 本発明の目的は、医用画像データを効果的に圧縮する直
交変換データ圧縮装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば原画像を記憶装置からブロックに分割し
て読出す手段と、該ブロックに対して直　　　。

交変換を施して変換係数を得る手段と、該変換係数のう
ち直流成分を表す変換係数はそのままの値を出力し、そ
れ以外の変換係数があらかじめ設定された閾値より小さ
な絶対値をとれば該変換係数を切り捨ててその値を零と
し、該閾値と同じもしくは大きな絶対値をとれば該閾値
を該変換係数の絶対値から差し引く変換係数切り捨て手
段と、該変換係数切り捨て手段の出力のうち直流成分を
表す変換係数はそのままの値を出力°し、そうでない変
換係数はあらかじめ設定された量子化ステップ巾で量子
化を行う手段と該量子化手段の出力の発生頻度分布にも
とづいて、あらかじめ設定された可変長符号を割当てる
符号化手段とを備え、復号画像の信号対雑音比とエント
ロピーの関係が直線的であり、かつ該信号対雑音比が医
用画像の品質として必要な値以上となる範囲に該閾値と
該量子化ステップ巾を設定したことを特徴とする医用画
像データ圧縮装置が得られる。

（発明の原理） 本発明にお゛いては、医用画像を主な対電とし、解像度
が高く階調数が多い、隣接画素間の相関係数が大きいと
いう特徴を利用してデータ圧縮を行う。まず小領域に分
割された原画像信号に直交変換を施し、復号画像の信号
対雑音比とエントロピーの関係が直線になり、しかも信
号対雑音比が医用画像の品質として必要以上となる範囲
に設定された閾値と得られた交換係数とを比較し直流成
分を表す係数には何ら処理を行わないが、交流成分につ
いては変換係数の絶対値が閾値よりも小さければ、その
変換係数の絶対値を零にし、大きければ閾値を差し引く
ことを行う。次に、切り捨て処理結果に対して、復号画
像の信号対雑音比とエントロピーの関係が直線になり、
信号対雑音比が医用−画像の品質として必要以上となる
範囲に設定されたステップ巾で量子化を行う。この時も
直流成分には量子化処理は行わない。そして、こあ量子
化の結果に対して、あらかじめテストチャート等“の処
理された変換係゛数の発生頻度分布に従って設計された
符号を割当てる。

以上のように医用画像の特徴にもとづ□いた変換係数の
切り捨て及び量子化により、視覚的にそれほど重要な意
味を待たないと考えられる成分を表す変換係数の発生状
態数を制限し、制限された変換係数の発生頻度分布に従
った符号を割当てることによりデータ圧縮が実現される
。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明の詳細な説明する。ここ
では主な対象としてＸ線ｉ像を考え、直交変換として２
次元ディスクリート・コサイン変換をとりあげる。

第１図は本発明の医用画像データ圧縮装置の一実施例を
示すブロック図である。画像メモリー１４に格納されて
いる画像データは、ブロックデータ読み出し器１５によ
って２次元ディスクリート・コサイン変換を行うブロッ
ク単位に読み出される。本実施例では１画素当たり８　
ｂｉｔの画像データを縦１６画素、横１６画素のブロッ
クに分割して読み出す。次に読み出されたブロックデー
タは２次元ディスクリート・コサイン変換器１６におい
て、２次元ディスクリート・コサイン変換行列とその転
置行列の乗算が行われ、変換係数行列が得られる。一般
に以上の演算は有限語長でおこなわれるため演算結果は
すでに丸めによる量子化が行われている。次に得られた
変換係数行列は係数切り捨て器１７において、端子１１
から供給される変換係数のダイナミックレンジの１／８
１６０〜８７８１６０の値に設定された閾値と比較され
る。比較の結果に従い閾値よりも絶対値の小さな変換係
数は零に丸められ、そうでない変換係数はその絶対値か
ら閾値を差し引く。ただし、直流成分に対しては上記処
理は行わず２次元ディスクリート・コサイン変換器１６
の出力がそのままの値で出力される。次に係数切り捨て
器１７の出力は端子１２から供給される変換係数のダイ
ナミックレンジの１／８１６０〜８／８１６０の値に設
定されたステップ巾で均一量子化が行われる。均一量子
化された変換係数は符号化器１９において変換係数発生
頻度分布に応じてあらかじめ設定された可変長符号が割
当てられ　　。

端子１３に出力される。

第２図にブロックデータ読み出し器のブロック図を示す
。端子２１に図には示していないクロック発生器からク
ロックが印加され、行アドレスカウンタ２６と列アドレ
スカウンタ２７を駆動する。それぞれのアドレスカウン
タの出力は端子２２と２３へ出力され、画像メモリー１
４から対応するアドレスの画像データを読み出し、端子
２４からブロックデータメモリー２８に画像データが書
き込まれる。書き込まれた画像データは端子２５を介し
て２次元ディスクリート・コサイン変換器へと出力され
る。

第３図に２次元ディスクリート・コサイン変換器のブロ
ック図を示す。画像信号を小領域に分割したものを行列
Ｐで表すと、変換行列をＡとしその転置行列をＡＴとし
て、２次元ディスクリート・コサイン変換係数Ｆは Ｆ　＝　ＡＰＡＴ で与えられる。１ブロック分メモリー２８からＰのｑ。

ｋ）成分を読み出し端子３２から入力し、読み出し専用
メモリー３４に格納されている変換行列Ａの（ｉ、ｊ）
成分を図示していないアドレス発生器９からのアドレス
を端子３１から入力して読み出し、両者の積を乗算器３
５Ａで求める。この結果を加算Ｂ５６Ａでレジスタ３７
Ａの出力を加算し再びレジスタ３７Ａに記憶する。以上
の操作をｉとｋを固定にしてｊを１からｎまで繰り返す
とＡとＰの積である行列の（ｉ、　ｋ）成分が求められ
るので、その値をブロックデータメモリー３８の（ｉ、
　ｋ）に対応するアドレスに格納する。ただし、ｎはブ
ロックの大きさであり、ｊが１からはじまる時にレジス
タ３７Ａの内容はクリアされる。以上の操作をｉ、にと
もに工からｎまで繰り返すことにより、ＡとＰの積の行
列がブロックデータメモリー３８に格納される。次に上
記をまったく同様にしてＡ−ＰとＡ−１の積を求める。

すなわち、ブロックデータメモリー３８に格納されてい
るＡ−Ｐの（ｉｔ　ｊ）成分と読み出し専用メモリー３
４から変換行列Ａの（ｋ、　ｊ）成分を図示していない
アドレス発生器からのアドレスを端子３１から入力して
読み出して積を求めることを１からｎまでのｊについて
行い、ＡＰＡＴの（ｉ、’　ｋ）成分を求め、それを繰
り返して変換係数行列を端子３３に出力する。ここでＡ
とＡＴは全く同じ読み出し専用メモ＋７−３４の読み出
しを変えることによって作り出している。また演算は有
限語長で行われるため出力はすでに量子化されている。

第４図に係数切り捨て器のブロック図を示す。端子４１
から入力された変換係数は端子４２を介して図に示さな
い閾値設定器から供給される閾値とともに　　□絶対値
回路４４Ａ、　　４４Ｂで絶対値をとり比較器４５テそ
の大きさが比較される。また同時に減算器４６で変換係
数の絶対値から閾値を差し引き、変換係数の符号を極性
判定器４８で判定し、乗１ｔ、Ｓ４７で両者の積をとり
変換係数の符号を再現する。そして比較器４９の結果に
より変換係数の絶対値が閾値より小さければＡＮＤゲー
ト４９を閉じ、零を端子４３に出力し、そうでなければ
先の乗算５４７の出力を端子４３に出力する。また変換
係数が直流成分に相当する時は、図に示していない閾値
設定器は閾値を零にして２次元ディスクリート・コサイ
ン変換器の出力がそのまま端子４３に出力される。以上
の操作を式で示すと以下のようになる。

但し、Ｘは変換係数、ｔは値、ｓｇｎ（・）は符号をと
り出す関数、ｉ＋Ｊは変換係数行列の行と列番号である
。

第５図に典型的なＸ線画像を例としてエントロピーを横
軸としＳ／Ｎを縦軸にとって、各種の閾値について固定
の量子化ステップ巾で両者の関係をプロットした図を示
す。ここでは固定の量子化ステップ巾について図示した
が、量子化ステップ巾も各種の値について検討し、閾値
として変換係数のダイナミックレンジの１／８１６０〜
８／８１６０の範囲ではＳ／Ｎとエントロピーは直線的
な関係を保っているが、それ以上の値となるとＳ／Ｎの
低下のわりにはエントロピーが低くならないこと、およ
び医用Ｘ線画像として４０ｄＢ程度以上のＳ／Ｎを確保
しなければ微妙な患部等がぼけてしまい実用上問題とな
ることが確認されている。したがって係数切り捨ての値
は変換係数のダイナミックレンジの１／８１６０〜８７
８１６０に設定するのが妥当である。

第６図に量子化器のブロック図を示す。端子６１から入
力される切り捨てを行った後の変換係数は、端子６２を
介して図に示さない量子化ステップ巾設定器より入力さ
れる量子化ステップ巾により割算器６４において切−量
子化が行われ端子６３に出力される。ただしここでも直
流成分の場合は、図に示していない量子化ステップ巾設
定器が量子化ステップ巾を１にし、実質的には何の処理
も加えないものが出力される。量子化ステップ巾を１，
２゜４・・・・・と２のべき乗の形にすると割算Ｇ６４
はシフトするだけの処理でよい。

第７図にエントロピーとＳ／Ｈの関係をステップ巾パラ
メータとして示す。ここでも切り捨て閾値は固定として
いるが、先に述べた様にＳ／Ｎを４０ｄＢ以上確保した
上でＳ／Ｎとエントロピーの関係が直線的である範囲を
保つように各種の閾値についても検討し、ステップ巾は
変換係数のダイナミックレンジの１／８１６０〜４／８
１６０に選ぶのが妥当であると確認されている。

次に、以上に述べた切り捨ておよび量子化を行った菱換
係数をその発生頻度に応じたエントロピー符号化を行う
。その時各成分の係数毎に可変長のハフマン管器を単に
割当てるだけでなく、ブロック内の高域周波数成分は零
になることが多いということを利用して、第８図に示す
様に各成分の符萼化の順序をジグザグにして後半に零が
連続するようにして、零の部分はランレングス符号化を
行ったり、また１ブロツク内で途中から最後までが全て
零であれば符号化をそこで打ち切り、ブロックの終了マ
ークを送り符号化能率を向上させることも可能である。

第９図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）に符号構成の一例を
示す。１枚の画像全体は第９図（ａ）に示した様にヘッ
ダーと各ブロックの符号からなる。ヘッダーは第９図（
ｂ）に示す構成で、データ圧縮に用いた閾値とステップ
巾が格納されている。各ブロック内は第９図（Ｃ）に゛
示す構成で、零でない係数にハフマン管器をわりあてた
ものが続き、零が続く場合はそのラン長が格納される。

途中からブロックの最後まで零が続く場合には、零のラ
ン長を送らずに係数列の直後にブロックの終了マークが
付加される。

本実施例においては医用Ｘ線画像を例にあげたが、ＣＴ
画像等他の画像にも本発明が適用できることは言うまで
もない。また、直交変換として２次元ディスクリート・
コサイン変換をとりあげたが、アダマール変換やフーリ
エ変換も同様に適用できる。

（発明の効果） 以上に述べた様に本発明の医用画像データ圧縮装置は、
医用画像の特徴である高解像度、高階調数、隣接画素間
の相関が高い、明確なエツジが少ないといったことを利
用して、直交変換係数の切り捨て閾値及び量子化ステッ
プ巾を設定したものである。従って画質に対する要求の
厳しい医用画像を効率的にデータ圧縮でき、ファイル容
量、伝送時間の節減等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
ブロックデータ読み出し器のブロック図、第３図は２次
元ディスクリート・コサイン変換器、第４図は係数切り
捨て器のブロック図、第５図はエントロピーとＳＩＮの
関係を係数切り捨て閾値をパラメータとして示した図、
第６図は係数量子化器のブロック図、第７図はエントロ
ピーとＳＩＮの関係を係数量子化ステップ巾をパラメー
タとして示した図、第８図はブロックでの符号化の順序
、第９図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は符号の構成を示
した図である。 図において １４・・・・・画像メモリー １５・・・・・ブロックデータ読み出し器１６・・・・
・２次元ディスクリート・コサイン変換器１７・・・・
・係数切り捨て器 １８・・・・・係数量子化器 １９・・・・・符号化器 ２６・・・・・行アドレスカウンタ ２７・・・・・列アドレスカウンタ ２８・・・・・ブロックデータメモリー３４・・・・・
読み出し専用メモリー ３５Ａ、３５Ｂ・・・・・乗算Ｓ　　　３６Ａ、３６Ｂ
・・・・・加算器鳴り ３８・・・・・ブロックデータメモリー４４Ａ、４４Ｂ
・・・・・絶対値回路　　　４５・・・・・比較器４６
・・・・・加算器　　　　　　　　４７・・・・・乗算
器４８・・・・・極性判定器　　　　　　４９・・・・
−ＡＮＤゲート６４・・・・・割算器 第１図 第２図 αＴｈ　　　　　　　　　　　　　　　　（’Ｉ’１山
　　　　　　−り　　　　− 第４図 第５図 エントロピー（ｂｉｔ／ｐｅｌ） 第６図 第７図 第８図 第９図 （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原画像を記憶装置からブロックに分割して読み出す手段
   と該ブロックに対して直交変換を施して交換係数を得る
   手段と、該変換係数のうち直流成分を表す変換係数はそ
   のままの値を出力し、それ以外の変換係数があらかじめ
   設定された閾値より小さな絶対値をとれば該変換係数を
   切り捨ててその値を零とし、該閾値と同じ若しくは大き
   な絶対値をとれば該閾値を該変換係数の絶対値から差し
   引く変換係数切り捨て手段と、該変換係数切り捨て手段
   の出力のうち直流成分を表す交換係数はそのままの値を
   出力し、そうでない変換係数はあらかじめ設定された量
   子化ステップ巾で量子化を行う手段と、該量子化手段の
   出力の発生頻度分布にもとづいて、あらかじめ設定され
   た可変長符号を割当てる符号化手段とを備え、復号画像
   の信号対雑音化とエントロピーの関係が直線的でありか
   つ該信号対雑音比が医用画像の品質として必要な値以上
   となる範囲に該閾値と該量子化ステップ巾を設定したこ
   とを特徴とする画像データ圧縮装置。