JP4079315B2

JP4079315B2 - ボリュームデータ符号化装置

Info

Publication number: JP4079315B2
Application number: JP2002280941A
Authority: JP
Inventors: 真幸橋本; 賢治松尾; 淳小池; 康之中島
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: US20040208378A1; JP2004118525A; US7254267B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル画像処理の分野におけるボリュームデータ符号化装置に関し、特に３次元の画素配置をもつ画像データ（以下、ボリュームデータと呼ぶ）を高能率に符号化するボリュームデータ符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
CT、MR等の技術革新により、放射線科において３次元医用画像データが大量に取得できるようになってきており、このような画像の圧縮に対するニーズが高まっている。
【０００３】
放射線科内における画像の蓄積・管理を目的としたシステムの規格であるDICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）では、このような画像の圧縮方式として２次元ベースの画像符号化方式であるJPEG（非可逆符号化）やJPEG-LS（可逆符号化）を認めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の２次元ベースの符号化を用いた符号化、特に可逆符号化ではデータの符号化効率に限界があり、圧縮しても符号化データを蓄積するための大幅なサーバ容量削減や伝送に要する時間の短縮につながっていない場合がある。なお、ボリュームデータの符号化には３次元ウェーブレットが多用されるが、これに関連する先行文献として、例えば特開２００２−２０４１６８号公報がある。
【０００５】
本発明は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高い符号化効率が得られるボリュームデータ符号化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、空間的に３次元の画素配置を持つ画像データ（以下、ボリュームデータと呼ぶ）を符号化するボリュームデータ符号化装置において、２次元の連続画像に対して２次元的な周波数分解を行う２次元変換部と、該２次元変換部より得られた変換係数に対してさらに１次元的な周波数分解およびその後の符号化処理を行う場合に、該分解および符号化処理をスキップできる部分を検出するスキップ検出手段と、該スキップ検出手段で検出されたスキップできる部分を除いて前記１次元的な周波数分解を行う１次元変換部と前記スキップできる部分を除いて符号化を行う符号化処理部とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
この特徴によれば、CTやMRI等の連続画像からなるボリュームデータはそれぞれの相関が高いため、前記スキップできる部分のデータ量は多くなり、符号化効率の改善を図ることができるようになる。
【０００８】
また、本発明は、前記１次元変換部から得られた、ボリュームデータを３次元的に周波数分解されたブロック（以下、サブバンドブロックと呼ぶ）の内部を、さらに３次元的に小さなブロック（以下、単位ブロックと呼ぶ）に分割する単位ブロック分割部と、該単位ブロックのそれぞれに対して、適した符号化パラメータで適応的符号化を行う適応的符号化手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【０００９】
この特徴によれば、前記単位ブロックのそれぞれに対して、適した符号化パラメータで適応的符号化を行えるので、符号化効率の改善を図ることができるようになる。
【００１０】
また、本発明は、前記ボリュームデータを構成する複数の２次元画像のそれぞれに画素情報以外の情報がヘッダ情報として付帯していた場合は、該ヘッダ情報を画素情報から分離する手段を具備し、該ヘッダ情報を前記画素情報とは別に処理し、複数の該ヘッダ情報の共通部分を利用して圧縮したものを符号化データに付与するようにした点に第３の特徴がある。
【００１１】
この特徴によれば、シリーズ画像におけるDICOMヘッダなどは、画像番号や断層面の位置情報を除いては同じ内容のものが多く含まれるため、大幅なDICOM情報などの圧縮を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１３】
まず、入力画像ａとして、ＣＴやＭＲＩ等から出力された複数の断層面の２次元画像（シリーズ画像）を仮定する。これらの画像の連続画像はそれぞれの相関が高いため、図２に示すように、これらの画像を３次元的に重ね、ボリュームデータとみなすことができる。
【００１４】
医用画像の伝送プロトコル画像フォーマットの規格としてDICOMが広まりつつある。DICOMは画素値データの他に患者情報や画像の表示に関する情報などさまざまな情報をヘッダとしてファイルに付帯している。本実施形態では、ヘッダ解析部１において全２次元画像に対するヘッダを解析・抽出する。抽出されたヘッダｂはヘッダ圧縮部１１へ送られ、圧縮される。シリーズ画像におけるDICOMヘッダｂは、画像番号や断層面の位置情報を除いては同じ内容のものが多く含まれるため、異なる部分の情報のみを保存することで大幅なDICOM情報の圧縮を実現することができる。
【００１５】
前記ヘッダ解析部１でヘッダを分離された画素データからなる２次元画像ｃは、２次元変換部２に送られる。２次元変換部２においては、図３に示すように、各画像に対して２次元の周波数分解であるサブバンド分解を行い２次元方向（ここではx，y方向）にのみ分解された「２次元分割ボリュームデータｄ」を得る。なお、２次元変換の一例としては、２次元ウェーブレット変換を用いることができる。
【００１６】
該２次元分割ボリュームデータｄは、１次元の周波数分解を行う１次元変換部３と、スキップ部分検出・テーブル生成部４に送られる。該スキップ部分検出・テーブル生成部４の処理の概念図を図４に示す。前記２次元分割ボリュームデータｄに対してx，y座標が (Xa，Ya)の係数をz方向に検索し、係数値がすべて同じ（図中の「A」）場合は、そのラインについては非符号化対象ラインとして符号化処理を行わないため、保存手段であるテーブル４ａにその係数値Aを保持しておく。同様に、z方向に全て同じ係数値「B」をテーブル４ａに保持しておく。このように作成されたテーブル４ａはテーブル圧縮部６において圧縮され、ファイル生成部１０にて最終的に生成されるファイルにヘッダ情報として付加される。
【００１７】
１次元変換部３では、前記テーブル生成部４で作成されたテーブルのうち、非符号化対象ラインではないラインをz方向にサブバンド分割する。その結果得られたボリュームデータｅの概念図を図５に示す。以降の処理では、随時、前記テーブルを参照しながら、非符号化対象ライン上の係数の処理はスキップする。
【００１８】
次に、該サブバンド分割処理で得られたサブバンドブロックｅ１，ｅ２，・・・を、それぞれ独立に、適応的エントロピー符号化を行う。まず、各サブバンドブロックｅ１，ｅ２，・・・を単位ブロック分割部５において、さらに小さいブロック（単位ブロック）に分割する。次に、統計値計算・クラス分け部７において、それぞれの単位ブロックに対して、統計値、例えば係数の平均値と分散値を算出し、その統計値をもとに単位ブロックをクラス分けする。
【００１９】
図６は該クラス分けの一手法を示し、横軸に前記係数の平均値、縦軸に分散値を取るグラフを用意する。そして、前記単位ブロック毎に求められた係数の平均値と分散値を該グラフ上にプロットし、該平均値と分散値の大きさに応じて、クラス分け（Ａ）〜（Ｉ）を行う。
【００２０】
エントロピー符号化部８においては、各クラスに含まれる全単位ブロック内の全係数の統計的性質によりエントロピー符号化のパラメータを決定する。ここでは、一例として、グロムライスGolomb-Rice（GR）符号を用いる。GR符号は１つのパラメータkを調整することにより、符号化対象係数の分散に適応したエントロピー符号化が簡易に行えることを特徴としている。一般に、符号化対象を複数のブロックに分割して符号化する際に、それぞれのブロックにおいて最適なパラメータkを用いてGR符号化することにより、より高い符号化効率を得ることができるが、それぞれのブロックにパラメータkの情報を付加する必要が生じ、データ量を増加させるという問題が生ずる。
【００２１】
しかし、本実施形態では、同じ統計的性質を持ったブロックに対して１つのパラメータkを割り当て、その対応テーブルのみを保持しておくことにより前述の問題を解決できる。該テーブルはサブバンドごとに生成される。このテーブルはテーブル圧縮部９で圧縮され、ファイル生成部１０で最終的に生成されるファイルにサブバンドブロックのヘッダ情報として付加される。また、前記エントロピー符号化部８で適応的に符号化された符号化データは、ファイル生成部１０に送られる。ファイル生成部１０では、該符号化データに前記ヘッダ情報が付加されて出力される。
【００２２】
また、本発明により生成された符号化データは、前記した特開２００２−２０４１６８号公報等の先行技術を適用して、階層的な読み出し、伝送、および
復号表示が可能である。本発明を、例えばDICOMファイルの符号化に用いると、該DICOMファイルをそのまま高圧縮できる。また、復号すると完全に元のファイルが得られるため医療系アーカイブシステムへの応用することができる。また、本発明により生成されるデータの階層性により階層的な読み出し伝送復号画像表示が行えるようになるため、より柔軟な医療データのネットワーク利用が可能になると期待できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、３次元サブバンド符号化による符号化効率の改善効果だけでなく、第３の方向（z方向）にすべて同じ値が入っているラインの符号化を行わないので、符号化効率の改善を図ることができる。
【００２４】
また、サブバンドをさらに小さいブロックに分割した単位ブロック毎に適応的なエントロピー符号化を行うことにより、符号化効率の改善を図ることができる。
【００２５】
また、本来ならば各単位ブロックごとに符号化パラメータを付加する必要があるが、本発明では類似した統計的性質をもった単位ブロックには同じパラメータを使い、そのパラメータをまとめて保持しておくため、そのオーバーヘッドが軽減されることも生成されるファイルサイズの低減につながる。
【００２６】
さらに、画素情報以外の付帯ヘッダ情報を、画素情報から分離して圧縮するようにしているので、本発明をDICOMファイル等の符号化に用いた場合には、付帯ヘッダ情報の大幅な圧縮効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】ボリュ−ムデータの説明図である。
【図３】２次元ボリュ−ムデータの説明図である。
【図４】スキップ部分検出・テーブル生成部の動作説明図である。
【図５】サブバンド分割処理で得られるサブバンドブロックの説明図である。
【図６】統計値による単位ブロックのクラス分けの説明図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッダ解析部、２・・・２次元変換部、３・・・１次元変換部、４・・・スキップ部分検出・テーブル作成部、５・・・単位ブロック分割部、６、９・・・テーブル圧縮部、７・・・統計値計算・クラス分け部、８・・・エントロピー符号化部、１０・・・ファイル生成部、１１・・・ヘッダ圧縮部。

Claims

空間的に３次元の画素配置を持つ画像データ（以下、ボリュームデータと呼ぶ）を符号化するボリュームデータ符号化装置において、
２次元の連続画像に対して２次元的な周波数分解を行う２次元変換部と、
該２次元変換部より得られた変換係数に対してさらに１次元的な周波数分解およびその後の符号化処理を行う場合に、該分解および符号化処理をスキップできる同一データ部分を検出するスキップ検出手段と、
該スキップ検出手段の検出結果を保存する保存手段と、
該スキップ検出手段で検出されたスキップできる部分を除いて前記１次元的な周波数分解を行う１次元変換部と、
前記１次元変換部から得られた、３次元的に周波数分解されたボリュームデータのブロック（以下、サブバンドブロックと呼ぶ）の内部を、さらに３次元的に小さなブロック（以下、単位ブロックと呼ぶ）に分割する単位ブロック分割部と、
該単位ブロックのそれぞれに対して、適した符号化パラメータで適応的符号化を前記保存手段に保存されているデータを参照しながら行う適応的符号化手段とを具備したことを特徴とするボリュームデータ符号化装置。
前記サブバンド内の全単位ブロックに関して単位ブロック毎に係数の統計値を算出する手段と、
該統計値により単位ブロックをクラス分けする手段と、
該クラス分け結果を保存する手段とをさらに具備し、
前記適応的符号化手段は、単位ブロックを符号化する際には該クラスごとに共通の符号化パラメータを使用することを特徴とする請求項１に記載のボリュームデータ符号化装置。
請求項１記載の検出結果の保存手段および請求項２記載のクラス分け結果の保存手段に保持された情報を圧縮する手段を具備し、
該圧縮された情報を符号化データに付与することを特徴とするボリュームデータ符号化装置。
前記ボリュームデータを構成する複数の２次元画像のそれぞれに画素情報以外の情報がヘッダ情報として付帯していた場合は、該ヘッダ情報を画素情報から分離する手段を具備し、
該ヘッダ情報を前記画素情報とは別に処理し、複数の該ヘッダ情報の共通部分を利用して圧縮したものを符号化データに付与することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボリュームデータ符号化装置。