JPS61135286A - 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） この発明は画品質を選択する事のできる画像データ圧縮
装置方式に関する。

（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ＣＴ両画像多くの
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日当りの発生枚数
が多く、シ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。

医用画像においては、解偉匿２階調数ともに要求される
精度が高く、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いえ。

データ量の多さが問題となっている。このため蓄積デー
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が有利とされている。

医用画像においては１画質劣化に対する要求基準が厳し
く、信号対雑音比（以後８７Ｎ比と呼ぶ）があまり低く
なると所見部分がぼけて、実用上問題が発生する。従来
の画像データ圧縮装置では圧縮方式が固定でありたため
すべての画像に対し実用上問題が発生しない程度のＳｌ
Ｎ比が得られる圧縮パラメータを設足しなければならず
、その結果として十分な圧縮率が得られなかった。しか
し医用画像にはその内容によって高い８７Ｎ比を要求す
るものとある程度の８／Ｎ比で満足しつるものがある０
例えばＸ線画像を例にとれば患部がどこなのかまだ判定
がでておらず詳細な検討を要する画像は細部まで十分に
再現するため、非常に高いＳ／Ｎ比が要求されるが、す
でに患部は、はっきりしており将来参考用として保存し
ておきたい画像や、Ｉｌ康な入のＸ線画像であり、将来
参照する事はまずないが、−芯数年間は保存しなければ
ならない画像等はそれほど高い８７Ｎ比は要求されない
かわりに高い圧縮率が求められる。

（発明の目的） 本発明の目的は利用者の要求に従って画品質を選択する
事のできる画品質可変データ圧縮伸張方式を提供するこ
とにある。

（発明の構成） 本発明の画像データ圧ｍ装置は、利用者が必要に応じて
画品質を設定することにより、該画品質に対応する係数
切捨て閾値および係数量子化ステップ巾を設定する手段
と、原画像を記憶装置からブロック単位で読出す手段と
、該ブロック単位に直交変換を施して変換係数を得る手
段と、該係数切捨て閾値よりも小さな絶対値をとる該変
換係数の僅を零にし、該係数切捨て閾値よりも小さくな
い絶対値をとる該変換係数の絶対値から該係数切捨て閾
値をさしひく係数切捨て手段と、該嘔数切捨て手段の出
力を該係数童子化ステップ巾で量子化する手段と、童子
化された変換係数にあらかじめ設定された符号を割当て
て符号化データを作成する手段と、該符号化データに該
係数切捨て閾値と、該係数量子化ステップ巾を付加して
伝送路または蓄積装置に出力する手段とから構成される
ことを特徴とする。

（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・スクリードコサイン変換を
とりあげて説明するが、ＣＴ両画像を対象としてもよい
し、アダマール変換等の直交変換を用いてもよいことは
明白である。

第１図は本発明の画品質可変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ＩＪ−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
１本実施例では１画素当り８ｂ１ｔの画像データを縦Ｌ
６画素、横Ｌ６画素のブロックに分割して読出す０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ｇｉｉＦｌ−１６ンこ右いて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との乗算が行な
われ、変換係数行列が得られる１以上の演算は有限語長
で行なわれるため、演算結果はすでに丸めによる量子化
が行なわれている０画質選択ｆｓ１−２２では要求され
る画品質に対応して利用者が選択した画品質切替信号に
従って、変換係数のダイナミックレンジの」−〜−に設
定された係数切捨て閾値（以後閾値と呼ぶ）と変換係数
のダイナミックレンジの８１６０　’＝　８１６０に設
定される係数量子化ステップ巾（以後ステップ巾と呼ぶ
）との組合わせを閾値ｔ−ｉｉ、ステップ巾１−１２と
して出力する。

２次元ディスクリートコサイン変換器１−１６で得られ
た変換係数行列は係数切捨て５１−１７において閾値１
−１１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ひく、ただし、直流分に
対しては上記処理は行なわず、２次元ディスクリートコ
サイン変換器１−［６の出力がそのままの値で出力され
る０次に係数切捨てａｔ−１７の出力は係数量子化器１
−１８において、ステップ巾１−１２で均一量子化され
る。

均一量子化された変換係数は符号器」−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
変長符号が割当てられる。符号器で作られた符号データ
１−２１は、パラメータ付加器１−２３で閾値１−１１
とステップ巾１−１２が付加され圧縮データ１−１３と
して伝送路または蓄積装置に出力される。

第２図にプロ、クデータ続出し器のブロック図を示す、
端子４に図には示していないクロ９り発生器からクロッ
クが印加され１行アドレスカウンタ２６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１画像メモリ−１４から対応
するアドレスの画像データを続出し、端子Ｕからブロッ
クデータメモＩＪ−２８に画像データが書込まれる。書
込まれた画像データは端子四を介して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、変換行列を人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＝人ＰＡ” で与えられる。１ブロック分のメモリー鴎からＰの（ｊ
、ｋ）成分を続出し端子３２から入力し、続出し専用メ
モＩＪ　−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でもとめる。この結果を加算器
３６人でレジスタ３７Ａの出力と加算し、再びレジスタ
３７人に記憶する０以上の操作をｉとｋを固定ｉこして
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アの（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ｒ人の内容
はクリアされる０以上の操作をｉ、にともに１からｎ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
タメモリーアに格納される。

次に上記と全く同様にして人・Ｐと入−１の積を求める
。すなわち、ブロックデータメモリーアに格納されてい
るＡ・Ｐの（ｉ、ｊ）成分と読出し専用メモＩＪ−３４
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１
人ＰＡ”の（ｉ、ｋ）成分を求め、それを繰り返して変
換係数行列を端子おに出力する。ここで、Ａと人　は全
く同じ読出し専用メモリーア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４２を介して画品質選択器
１−２２から供給されるｖＡＫとともに絶対値回路４４
Ａ　、　４４Ｂで絶対値をとり比較器４５でその大きさ
が比較される。また同時に減算１１４６で変換係数の絶
対値から閾値をさしひき、変換係数の符号を極性判定器
４で判定し１乗算ａ４７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１ｓ４９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、零を端子椙に出力し、そうでなければ先の乗算ａ
ｉＦ４７の出力を端子４に出力する。また、変換係数が
直流成分に相当する時は閾値の絶対値出力を零にして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
子招に出力される。

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は閾値ｅｓｇｎＣ・）は符号を
とり出す関数ｔｉｔＪは変換係数行列の行と列番号であ
る。

第６図に量子化器のブロック図を示す、端子６１から入
力される切捨てを行った侵の変換係数は端子６２を介し
て画品質選択器１−２２から入力される童子化ステップ
巾により割算器倶において均一量子化が行われ端子部に
出力される。ただし、ここでも直流成分の場合は童子化
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。

童子化ステップ巾を１，２．４．・・・と２のべき乗の
かたちにすると割算！６４はシフトをするだけの処理で
よい。

第５図に典製的なＸ線画像を例としてエントロピーを横
軸とし、Ｓ／Ｎ）ｆ、縦軸にとって各種の閾直について
両者の関係をプロットした図を示す。

（ステップ巾は固定）ステップ巾も各種の値について検
討した結果、＠値が変換係数のダイナミックレンジの１
／８□６゜〜８４□６゜の範囲では８／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事、および医用Ｘ線画像として４０
ｄＢｉｉ［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、笑用土問題となる墨が確認されている
。したがり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１４□６６〜−□６゜に設定するのが妥当で
ある。

第７図にエントロピーと８／Ｎの関係をステ。

プ巾をパラメータとして示す、ここでは閾値を固定とし
ているが、先にも述べたように３７Ｎを旬ｄ＼Ｂ以上に
確保した上で８７Ｎ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た結果
、ステップ巾は変換係数のダイナミックレンジの４□６
０　Ｎ／８□６゜に選ぶのが妥当であると確認されてい
る。

第１Ｏ図に閾値とステップ巾の３つの組合わせに対して
複数のＸ６画像に対する８７Ｎ比と圧縮率の平均値の一
例を示す、この表から画品質選択器の一例として画品質
切替信号によって（閾値、ステップ巾）の組合わせを喘
’　８１６Ｇ　）　（五Ｗ。

−）（−二Ｌ→　の３段階に切替える事も８１６０　　
　　８１６０　９　８１６Ｇできる。この場合には４９
ｄＢ程度の画品質が要求される場合には閾値１’−１１
，ステップ巾１−１２の組合わせとして’８１６０　＃
　８１６０　）を出力し、４４ｄＢ程度の画品質が要求
される場合には’　８１６０　？　８１６０　）を出力
し、もし４１ｄＢ程度の画品質でもかまわない場合には
（８１６０’π「）を出力させる。このように画品質選
択器において要求に応じて閾値。

ステップ巾を切替える事によって１％に高い画品質を要
求されない画像に対しては圧縮率を上げる事ができる。

次に１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
ｍ１−１９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。この符号１Ｓ１−１９で作られた符号
データにはパラメータ付加器で閾値、ステップ巾が付加
され圧縮データ１−１３が作られる。

第９図（ａ）　、　（ｂｌ　、　（Ｃ）に圧縮データ構
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（ｂｌに示す構成で画品質選択器で選ばれた閾
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
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。

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、以上の、実施例では圧
縮データのヘッダとして画品質選択器で選択された閾値
、ステ、プ巾の値をそのまま入れたが、いくつかの組合
わせに番号を付け１選択された組合わせに対応した番号
をヘッダとして付ける事もできる。この場合にはもちろ
ん伸張装置側に選択番号を実際に用いられた閾値。

ステップ巾に変換する変換回路が必要となる。

また前記実施例では符号として発生頻度に応じてあらか
じめ設定された可変長符号を用いたが。

もちろん等長符号を用いる事もできる。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明の画品質可変データ圧縮装置
は要求される画品質に対応する閾値、ステップ巾を選択
し、用いる事によって画像単位に要求される画品質に対
応した圧縮率でデータ圧縮および伸張を行なう事ができ
るようになる。

【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続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図は係数切捨て器のブロック図、第５図はエントロ
ピーと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
図はエントロピーとＳ／Ｎの関係を係数童子化ステップ
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。 第９図は符号の構成を示した図、第１０図は閾値。 ステ、プ巾の組とＳｌＮ比、圧ａ率の関係を示す図であ
る。 図において。 １−１４・・・画像メモＩＪ−，１−１５・・・ブロッ
ク読出し器、１−１６・・・２次元ディスクリートコサ
イン変換・器、１−１７・・・係数切捨て器、１−１８
・・・係数量子化器−１−１９・・・符号化器、１−２
２・・・画品質選択器。 １−２３・・・パラメータ付加器、２６・・・行アドレ
スカウンタ−，２７・・・列アドレスカウンター、２８
・・・ブロックデータメモリー、３４・・・続出し専用
メモリー。 あ人、３５Ｂ・・・乗算器、３６Ａ、３６Ｂ・・・加算
器、３７Ａ。 ３７Ｂ・・・レジスタ、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
器である。 第１図 第３図 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 設定された画品質に対応する係数切捨て閾値および係数
   量子化ステップ巾を設定する手段と、原画像を記憶装置
   からブロック単位で読出す手段と、該ブロック単位に直
   交変換を施して変換係数を得る手段と、該係数切捨て閾
   値よりも小さな絶対値をとる該変換係数の値を零にし、
   該係数切捨て閾値よりも小さくない絶対値をとる該変換
   係数の絶対値から該係数切捨て閾値をさしひく係数切捨
   て手段と、該係数切捨て手段の出力を該係数量子化ステ
   ップ巾で量子化する手段と、量子化された変換係数にあ
   らかじめ設定された符号を割当てて符号化データを作成
   する手段と、該符号化データに該係数切捨て閾値と、該
   係数量子化ステップ巾を付加して伝送路または蓄積装置
   に出力する手段を備えたことを特徴とする画像データ圧
   縮装置。