JPS61135285A - 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） この発明は画品質を選択して圧縮した画像圧縮データを
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
が多り、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う、収納のためのスば一ス、検索
に要する人手、時間が大きな問題となっている。

近年罠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精度が高く、最低でも１
０２４Ｘ１０２４Ｘ８ｂｉｔ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か多い。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糧
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。

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（以後８／Ｎ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ったため
すべての画像に対し実用上問題が発生しない程度の８／
Ｎ比が得られる圧縮パラメータを設定しなければならず
、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８／Ｎ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。

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８／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、健康な人のＸ線画像であり将来参照す
る事はますないが、−芯数年間は保存しなければならな
１１ ３画像等はそれほど高い８／Ｎ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して
圧縮した画像圧縮データを伸張する画品質可変データ伸
張装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の画品質可変データ伸張装置は利用者が設定した
画品質に対応する係数切捨て閾値と係数量子化ステップ
巾を用いて画像の直交変換係数に係数切捨ておよび量子
化を行ない、あらかじめ設定された符号を割当て、この
符号データに該係数切捨て閾値と係数素子化ステップ巾
を付加して得られた圧縮データを伸張する装置で、該圧
縮データから該符号データと該係数切捨て閾値と係数量
子化ステップ巾を分離する手段と、分離された符号デー
タを復号して変換係数を再現する手段と、分離された該
係数量子化ステップ巾を再現された該変換係数に乗じる
手段と、該乗算手段の出力のうち零以外の出力に分離さ
れた該係数切捨て閾値を加算する手段と、該加算手段の
出力に逆直交変換を施して画像を復元する手段とから構
成される事を特徴とする。

（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、主な対象としてＸ線画像をとｔ）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、０１画像等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（ａ）は本発明に対応する画品質可変データ圧縮
装置の一例を示すブロック図であり、第１図（ｂ）は本
発明による画品質可変データ伸張装置の一例を示すブロ
ック図である。

第１図（、）において画１象メモ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。本実施例では１画素当Ｆ
）　８　ｂｉｔの画像データを縦１６画素１、横１６画
素のブロックに分割して読出す。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１−
１６において２次元ディスクリートコサイン変換行列と
その転置行列との乗算が行なわれ、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。画質選
択器１−２２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」−〜−８Ｋ設定された係数切捨閾値（以後
閾値と呼ぶ）と変換器や　　　１４ 数のダイナミックレンジの１１τ〜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１−１１、ステップ巾１−１２として出
力する。

２次元ディスクリ−トコサイ／変換器１−１６で得られ
た変換係数行列は係数切捨て器１−１７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１−１６の出力がそのｔｔの値で出力される
。

次に係数切捨て器１−１７の出力は係数量子化器１−１
８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１−１３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１図（ｂ）の本発明の伸張装置においては、伝送また
は蓄積された圧縮データ２−１３はノξラメータ分離器
２−１９で符号化データ２−２０とパラメータ（閾値２
−１２、ステップ巾２−１１　）と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２−１５ではステップ巾２−１１を復号
器２−１４で得られた変換係数に乗算する。

ただし直流成分にはこの処理は行なわずに、そのままの
値を出力する。次に係数逆切捨て器２−１６においては
閾値２−１２を係数逆量子化器の出力の絶対値に加えて
変換係数を再現する。ここでも値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。

以上の手順で再現された変換係数は２次元ディスクリー
ト逆変換器２−１７で逆変換され復号されたｌＩ！ｉｉ
儂信号２−１８が出力される。

第２図にブロックデータ続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１４から
対応するアドレスの画像データを読出し、端子２４から
ブロックデータメモリー２８に画像データが書込まれる
。書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−トコナ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＝ＡＰＡＴ で与えられる。１ブロック分のメモリー２８からＰの（
ｊ、ｋ）成分を読出し、端子３２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人の（ｉ、Ｄ
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３５人
でもとめる。この結果を加算器３６Ａでレジスタ３７人
の出力と加算し再びレジスタ３７Ａに記憶する。以上の
操作ｔ−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３７
人の内容はクリアされる。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３８に格納される。

次に上記と全く同様にしてＡ−Ｐと人−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（ｉ、ｊ）成分と読出し専用メモリー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ｔ−１からｎまでのｊについて行い
、人ＰＡτの（１゜ｋ）成分を求め、ナれを繰９返して
変換係数行列を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から供給される閾値とともに絶対値回路４４Ａ
、４４Ｂで絶対値をとり比較器４５でその大きさが比較
される。また同時に減算器４６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４８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器４７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は閾値、ｓｇｎ（・）は符号を
とり出す関数、ｌ＋Ｊ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後の変換係数は端子６２を介し
て画品質選択器１−２２から入力される量子化ステップ
巾により、割算器６４において均一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。

けの処理でよい。

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って検討
した結果、閾値が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とコント
ロビ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８／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　ｄＢ程度以上
の８／Ｎを確保しなければ微妙な患部等がぼけてしまい
、実用上問題となる事が確認されている。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１
／８１６０〜８／８１６０に設定するのが妥当である。

としているが、先にも述べたように８／Ｎを４０ｄＢ以
上に確保した上で８／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
た結果、ステップ巾は変換係数のダイナミックレンジの
１／８１６０〜４／８１６０に選ぶのが妥当であると確
認されている。

第１２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Ｘ線画像に対するＳ／Ｎ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、（８１６０’而）（可証、
百証）の３段階に切替える事もできる。この場合には４
８　ｄＢ程度の画品質が要求される場合には閾値１−１
１、ス８１６０　）を出力し、４４　ｄＢ程度の画品質
が要求される場合には（１■５０　’　８１６０　）を
出力し、もし４１　ｄＢ程度の画品質でもかまわない場
合には（８１６０’　８１６０　）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、特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、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当てるだけでなく、ブロック内の高
域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９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。この符号器１−１９で作られた符号デー
タにはノ々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）　、　（ｂ）　、　（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（ｂ）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、零でない係数にへ７マン符号
をわりあてたものが続き、零が続く場合はその２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。

次に本発明の伸張装置においては伝送または蓄積された
圧縮データはパラメータ分離器２−１９において符号デ
ータ２−２０．閾値２−１２、ステップ巾２−１１に分
離された後、符号データ２−２０は復号化器２−１４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。

この変換係数はパラメータ分離器２−１９で圧縮データ
から分離されたステップ巾２−１１を用いて係数逆量子
化器２−１５で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
された変換係数と端子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、変換係数が直流成分の場合はス
テップ巾を強制的に１にして実質的には何の処理も加え
ないものが出力される。係数逆量子化器の出力は係数逆
切捨て器２−１６において、パラメータ分離器で分離さ
れた閾値を用いて係数逆切捨てが行なわれる。

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
人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ＭΦ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ｔ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。

変換係数をＦ１変換行列をＡ１人の逆行列を入−１とす
ると、人は正則だから（人Ｔ　）−１＝＝　（Ａ−１）
　Ｔであるので逆変換で得られる復号画像↑は ２２人−１・Ｆ・（人Ｔ）−１：人−１・Ｆ・（人−ｔ
）Ｔで与えられる。従って読出し専用メモリ３４の内容
を人のかわりにＡ−１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−トコナイン逆変換を行う
ことができる。

以上の実施例では、圧縮データのヘッダとじて画品質選
択器で選択された閾値、ステッ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、選択された組
合わせく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伸張装置
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された画像を伸張することが
できる。

【図面の簡単な説明】

ｔａ１図（、）　、　（ｂ）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、
第４図は係数切捨て器のブロック図、Ｋ５図はエントロ
ピーと８７　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、第９図（ａ）　ｅ　（ｂ）　ｔ　（
ｃ）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、第１２図は閾値、ステップ巾の組と８／Ｎ比、圧縮
率の関係を示す図である。 図において、 １−１４・・・画像メモリー、１−１５・・・ブロック
読出し器、１−１６・−２次元ディスクリ−トコナイン
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、１−２２・・・
画品質選択器、１−２３・・・パラメータ付加器、２−
１４・−復号化器、２−１５−係数逆量子化器、２−１
６・・・係数逆切捨て器、２−１７・−２次元ディスク
リートコサイン逆変換器、２−１９−・・パラメータ分
離器、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・−読出し専用メモリー、３５人、３５Ｂ−・
・乗算器、３６人、３６Ｂ・・・加算器、３７人、３７
Ｂ−レジスター、３８・・・ブロックデータメモ’Ｊ−
、４４人、４４Ｂ・−絶対値回路、４５・−比較器、４
６・・・加算器、４７−・・乗算器、４８・−極性判定
器、４９・・・人ＮＤゲート、６４・・・割算器、１０
４−・・乗算器、１１４人、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−・・ＡＮ
Ｄゲート、である。 ・・ハ ｌｔ私弁温±内原　晋゛・、・−・ 第３因 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 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 利用者が設定した画品質に対応する係数切捨て閾値と係
   数量子化ステップ巾を用いて画像の直交変換係数に係数
   切捨ておよび量子化を行ない、あらかじめ設定された符
   号を割当て、この符号データに該係数切捨て閾値と係数
   量子化ステップ巾を付加して得られた圧縮データを伸張
   するデータ伸張装置であって該圧縮データから該符号デ
   ータと該係数切捨て閾値と係数量子化ステップ巾を分離
   する手段と、分離された符号データを復号して変換係数
   を再現する手段と、分離された該係数量子化ステップ巾
   を再現された該変換係数に乗じる手段と該乗算手段の出
   力のうち零以外の出力に分離された該係数切捨て閾値を
   加算する手段と、該加算手段の出力に逆直交変換を施し
   て画像を復元する手段を備えたことを特徴とするデータ
   伸張装置。