JPS61135283A - 医用画像デ−タ伸張装置 - 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） この発明はデータ圧縮された医用画像を伸張する装置に
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ＣＴＭ儂等多（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、収納のだめのスペース、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。

医用画像においては、解像度、階調数ともに要求される
程度が高く、最低でも１０２４　Ｘ　１０２４　Ｘ　８
ｂｉｔであり、いくら記憶素子が発達したとは云えデー
タ量の多さが問題となっている。

蓄積データ量を削減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。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、通常のテレビジ冒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
う制約に基づいて所望の圧ｍ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限らず、あ
る一定のエントロピー以下にしよ５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
らう割にはエントロピーの低下が得られず、不当な性能
低下をひき起こしていた。

（発明の目的） 本発明の目的は効果的にデータ圧縮された医用画像圧縮
データを伸張する直交変換データ伸張装置を提供するこ
とにある。

（発明の構成） 本発明によれば、復号画像の信号対雑音比と圧縮率の関
係が直線的であり、かつ該信号対雑音比が医用画像とし
ての品質をみたす範囲に設定された係数切捨て閾値と量
子化ステップ巾を用いて係数切捨ておよび量子化が行わ
れた直交変換係数に該直交変換係数の発生頻度分布に基
づいてあらかじめ設定された可変長符号を割り当てられ
た医用圧縮画像データを伸張する装置において、該可変
長符号を復号する手段と、該復号手段の出力のうち直流
成分を表わす変換係数はそのままの値を出力し、そうで
ない変換係数は該量子化ステップ巾で逆量子化を行う手
段と、該逆量子化手段の出力のうち直流成分と値が零で
ある変換係数はそのままの値を出力し、そうでなり変換
係数にはその絶対値に該閾値を加える逆切捨て手段と、
該逆切捨て手段の出力に該直交変換の逆変換を施して復
号画像を得る手段とを備えたことを特徴とする医用画像
データ伸張装置が得られる。

（発明の原理） 本発明においては、医用画像を主な対象とし、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
う特徴を利用して圧縮されたデータの伸張を行う。

まず、圧縮においては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
ーの関係が直線的になり、しかも信号対雑音比が医用画
像の品質として必要以上ののものが得られる範囲に設定
された閾値と得られた変換係数とを比較し、直流成分を
表わす係数には何等処理を行わないが、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
変換係数の対値増を零にし、大きければ変換係数の絶対
値から閾値をさしひくことを行う。次に切゛ものが得ら
れ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。そしてこの量
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
号を割り当てる。

以上の様に医用画像の特徴に基づいて変換係数の切捨て
および量子化により視覚的にそれほど重要な意味を持た
ないと考えられる成分を表わ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りた符
号を割り当てることによりデータ圧縮が実現される。

次に伸張においては、先に述べた圧縮方式と逆の処理を
行い′ｆＭ像を復号する。まず一連の符号より先の発生
頻度分布に従った符号テーブルを用いて切捨て、量子化
された変換係数を再現する。次に直流成分を除いてあら
かじめ設定されたステップ巾により逆量子化する。直流
成分はそのままの儂を出力する。そし【先の閾値を各変
換係数の絶対値に加える。ここでは直流成分および値が
零である変換係数はそのままの値を出力する。

以上で有限語長による演算誤差、切捨てによる誤差およ
び量子化による誤差を含んだ変換係数が再現されるので
、これを逆直交変換して復号画像が得られる。

（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線画像をとりあげ直交変換として２
次元ディスクリートコサイン変換をとりあげて説明する
が、ＣＴ両画像を対象としてもよいし、アダマール変換
等信の直交変換を用いてもよいことは明白である。

第１図（ａ）は医用画像データ圧縮装置の一例を示すブ
ロック図であり、第１図（ｂ）は本発明による伸張装置
の一例を示すブロック図である。

第１図（ａ）において画像メそ９−１−１４に格納され
ている画像データは、ブロックデータ読出し器１−１５
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
ック単位に読出される。本実施例では１画素当り８　ｂ
ｉｔの画像データを縦１６画素、横１６画素のブロック
に分割して読出す。

次に読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。

以上の演算は有限語長で行われるため、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捨て器１−１７に
おいて端子１−１１から供給される変換係数のダイナミ
ックレンジの８１６０〜百面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
絶対値から閾値をさし引く。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−トコナイン変
換器１−１６の出力がそのままの値で出力される。

次に、係数切捨て器１−１７の出力は端子１−１２から
供給される変換係数のダイナミックレンジの」−〜−り
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１−１９において
変換係数の発生頻度分布に応じてあらかじめ設定された
可変長符号が割り当てられ端子１−１３に出力され、蓄
積または伝送される。

蓄積または伝送された圧縮データは、第１図（ｂｌにお
いて端子２−１３より入力され復号器２−１４において
復号され変換係数が出力される。係数逆量子化器２−１
５は端子２−１１から入力される係数量子化器１−１８
で用いた量子化ステップ巾と同じステップ巾を各係数に
乗算する。ただし、直流成分にはこの処理は行わずにそ
のままの値を出力する。

次に、係数逆切捨て器において端子２−１２から入力さ
れる係数切捨て器１−１７で用いた閾値と同じ閾値を各
係数の絶対値に加えて変換係数が再現される。ここでも
直流成分および値が零である変換係数には上記処理を行
わすＫそのままの値を出力する。

以上の様にして再現された変換係数は２次元ディスクリ
ートコサイン逆変換器２−１７で逆変換され、端子２−
１８に復号された画像信号が出力される。

第２図にブロックデータ読出し器のブロック図を示す。

端子乙に、図ＶＣ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がと列アドレス
カウンタｎを駆動する。それぞれのアドレスカウンタの
出力は端子ｎと田へ出力され、画像メモリー１４から対
応するアドレスの画像データを読出し、端子スからブロ
ックデータメそり一公に画像データが書き込まれる。書
き込まれたデータは端子２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
で表わすと、変換行列をＡとしその転置行列なｉとして
２次元ディスクリートコサイン変換係数Ｆは Ｆ＝ｈｐｉ で与えられる。１ブロック分のメモリー３からＰの（ｊ
、＆）成分を読出し、端子諺から入力し、読出し専用メ
モリー３４に格納されている変換行列ＡのＣ４，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から入力して読出し、両者の積を乗算器３５Ａで
求める。この結果を加算器３６Ａでレジスタ３７Ａの出
力と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まで縁り返すとＡと
Ｐの積である行列の（（、り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あの（ｊ、＆）に対応す
るアドレスに格納する。ただし、外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。以上の操作なイ、にともに１から九ま
で繰り返すことにより人とＰの積の行列がブロックデー
タメモリー蕊に格納される。

次に上記と全く同様にして人―ＰとＡｌｏ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（ｉ、ｊ）成分と読出し専用メモリー具から
変換行列人の＜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、ＡＰ
Ａ”の（ＳＯり成分を求めそれを繰り返して変換係数行
列を端子おに出力する。ここでＡとｉは全く同じ読出し
専用メそリ−あの読出し方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弦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６で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砺で判定し
、乗算器４７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ＮΦゲート４９を閉じ、零を端子間
に出力し、そうでなければ先の乗算器４７の出力を端子
葛に出力する。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葛
に出力される０ 以上の操作を式で示すと以下のようになる。

但し、２は変換係数、ｔは閾値、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図に典を的な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８１６０〜ｍ笥
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の低下の割には
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を確保しなゆれば微妙な
患部等がぼげ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、係数切捨ての閾値は変換係数のダ
イナミックレンジの」−〜」−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かから
入力される切捨てを行った後の変換係数は端子のを介し
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
量子化ステップ幅により割算器−において均一量子化が
行われ端子臼に出力される。ただしここでも直流成分の
場ｈ４を図に示していない量子化ステップ幅設定器が量
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
き乗のかたちにすると割算器−はシフトをするだけの処
理でよい。

第７図にエンド鴛ピーとＳ／Ｎの関係をステップ巾をパ
ラメータとして示す。ここでも切捨て閾値は固定として
いるが、先にも述べた様にＳ／Ｎを４０ｄＢ以上確保し
た上でＳ／Ｎと工ントロピ−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」−〜」−に選ぶの
が妥当であると確認されている。

次に、以上に述べた切捨ておよび量子化を行った変換係
数をその発生頻度に応じたエントロピー符号化を符号化
器１−１９で行う。その時、各成分の係数毎に可変長の
ハフマン符号を単に割り当てるだけでなく、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号化の順序をジグ
ザグにして後半に零が連続するよ５に１．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図に符号構成の一例を示す。１枚の画像全体は第９
図（ａｌ　Ｋ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（ｂｌ　Ｋ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
にハフマン符号を割り当てたものが続き、零が続（場合
は七〇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逆られずに係数列の直
後にブロックの終了マークが付加される。

この様にして得られた圧縮データは伝送路への送出やフ
ァイル装置への蓄積が行われる。

次に伝送または蓄積された圧縮データは復号化器２−１
４において符号化器１−１９で用いられたエントロピー
符号化に対する復号化が行われる。この出力は変換係数
であるが量子化および切捨て処理が行われたものである
。この変換係数は係数量子化器１−１８において用いら
れた量子化ステップ巾と同じ値を端子２−１１から受け
て係数逆量子化が行われる。

第１０図に係数逆量子化器のブロック図を示す。

端子１０１から入力された変換係数は端子１０２を介し
て入力される量子化ステップ巾が乗算器１０４において
乗算され端子１０３に出力される。ここで直流成分の場
合は図に示していない逆量子化ステップ巾設定器がステ
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。

第１１図に係数逆切捨て器のブロック図を示す。

端子１１１から入力された変換係数は絶対値回路１１４
Ａでその絶対値がとられ、端子１１２から入力され絶対
値回路１１４Ｂでその絶対値がとられた閾値と加算器１
１６で加算され、極性判定回路１１８が変換係数の符号
を抽出し、乗算器１１７で符号を再現する。また零判定
回路１１５は変換係数が零をとるか否かを判定し、零で
あればにΦゲート１１９を閉じて端子１１３に零を出力
し、零でない場合には乗算器１１７の出力をそのまま端
子１１３に出力する。また端子１１１から入力される変
換係数が直流成分に対応するときは図に示していない閾
値設定器が閾値を零にして端子１１１から入力される変
換係数がそのまま端子１１３に出力される。

２次元ディスクリートコサイン逆変換器２−１７は第３
図に示した２次元ディスクリートコサイン変換器と同じ
構成で実現できる。

変換係数なＦ、変換行列をＡ、Ａの逆行列をｒとすると
、人は正則だから（Ａ”　＞−”−＜Ａ−”ｆであるの
で逆変換で得られる復号画像Ｐは ？−ｉ”−Ｆ・　（Ａ？デ１−ｉ゛・Ｆ・　（ｉｌ）？
で与えられる。従りて読出し専用メモリー具の内容を人
のかわりにｒに変更すれば第３図の構成をそのまま用い
て２次元ディスクリートコサイン逆変換を行５ことがで
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伸張装置は
、医用画像の特徴である高解偉度、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りたことを
利用して、復号画像の信号対雑音比が医用画像としての
品質をみたすように設定された直交変換係数の切捨て閾
値および量子化ステップ巾を用いて切捨ておよび量子化
された変換係数の発生頻度に基づいて可変長符号化され
た圧縮画像データを伸張する装置である。従りて画質に
対する要求の厳しい医用画像を効率的にデータ圧縮し、
伝送時間、ファイル容量の削減等の効果を有する圧縮デ
ータを伸張することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　、　（ｂｌ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の構
成を示す図、第４図は係数切捨て器のブロック図、第５
図は圧ｌａ率とＳ／Ｎの関係を係数切捨て閾値をパラメ
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図は圧縮率とＳ／Ｎ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図はブロック内
での符号化の順序を示す図、第９図（ａｌ　、　（ｂ）
　、　（Ｃ１は符号の構成を示した図、第１０図は係数
逆量子化器のブロック図、第１１図は係数逆切捨て器の
ブロック図である。図において、１−１４・・・画像メ
モリー、　１−１５・・・ブロックデータ読出し器、ｌ
−１６−２次元ディスクリートコサイン変換器、＋−１
７−係数切捨て器、１−１８・・・係数量子化器、ｌ−
１９−・・符号化器、カ・・・行アドレスカウンタ、ｎ
・・・列アドレスカクンタ、２Ｂ−・・ブロックデータ
メ絶対値回路、柘・・・比較器、柘・・・加算器、４７
・・・乗算器、招・・・極性判定器、４９・−Ａ　Ｎ　
Ｄゲート、舛・・・割算器、１０４・・・乗算器、１１
４Ａ、１１４Ｂ・・・絶対値回路１１５・・・零判定回
路、１１６・・・加算器、１１７・・・乗算器１１８・
・・極性判定回路、１１９−Ａ　Ｎ　Ｄゲートである。 Ｍ人弁理上　内　氷　　　貨Ｆ゛１゜ ＼ミ 第２図 第３図 第４図 第５図 エントロピー（ｂ１４℃１） 第６図 第７図 第８図 第９図 （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 復号画像の信号対雑音比と圧縮率の関係が直線的であり
   、かつ該信号対雑音比が医用画像としての品質をみたす
   範囲に設定された係数切捨て閾値と量子化ステップ巾を
   用いて係数切捨ておよび量子化が行われた直交変換係数
   に、該直交変換係数の発生頻度分布に基づいてあらかじ
   め設定された可変長符号を割り当てられた医用圧縮画像
   データを伸張する装置において、該可変長符号を復号す
   る手段と、該復号手段の出力のうち直流成分を表わす変
   換係数はそのままの値を出力し、そうでない変換係数は
   該量子化ステップ巾で逆量子化を行う手段と、該逆量子
   化手段の出力のうち直流成分と値が零である変換係数は
   そのままの値を出力しそうでない変換係数にはその絶対
   値に該閾値を加える逆切捨て手段と、該逆切捨て手段の
   出力に該直交変換の逆変換を施して復号画像を得る手段
   とを備えたことを特徴とする医用画像データ伸張装置。