第3章——B超基本结构分析5

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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
上面说的只是静态图像，而视频图像压缩得更大，一秒钟 视频会切换几十张画面，而这些画面的绝大部分都是相同的， 采集是每幅都是独立采的，生成的avi格式的数据量是很大的， 不仅每幅画面本身可压缩，更重要的是幅与幅之间也可压缩， 就形成了数据量小得多的mpeg格式。也可以采用压缩率更高 的rm格式，rm格式的画质比mpeg差得不多，但数据量却小了 很多倍，更方便在网上传输。
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数字扫描变Fra Baidu bibliotek器DSC概述
数字扫描变换器
来自探头扫描器的位置信号和回波幅度信号分别送入象素 地址单元和A/D变换器。完成回波信号的数字化变换后的数据 进入输入通道。输入通道包括回波信号预处理器和输入数据缓 冲器。缓冲器把数字信号由串行变为并行，在存储器写时钟控 制下写入图像存储器。与此同时，图像存储器在视频时钟控制 下读出数据，送入输出数据缓冲器，经处理后，由D/A变换为 模拟电压信号，恢复为符合视频信号，就可以送入TV监视器或 照相显示器进行观察和照相记录。除此之外，还有协调整机工 作的主时钟和读/写地址发生器等单元。DSC为图像的数字处 理提供了条件，而数字图像处理则为得到高质量的图像提供了 可能。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
但恢复数据时，用前面一个值加上差值，就是当前的色彩 值，只要有第一位的基础值，后面的色彩值就可以滚雪球式的 一个个求出来。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
用差值来记录色彩，只是简单地进行了很多个减法运算， 在还原时再加回来，数据并没有一丁点的损失，因此称为无损 压缩；
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—量化处理
对样点灰度值的离散化过程称之为量化。就是对每一个 样点值数码化，使其只和有限个可能电平数中的一个对应。
采样后的f(i,j)还不是离散值(数字)，将空间上离散的函数 f(i,j)的数值由连续值经“数字量化过程”变为亮度离散值 fq(i,j)，就是所说的“量化”过程。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—采样处理
图像在空间上的离散化成为采样。是用空间上一些点的 灰度值来表示图像，这些点被称之为样点或像素。
即将静止图像f(x,y)在二维空间域中作空间采样，使连续 函数f(x,y)变为离散函数f(i,j)。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—采样处理
采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像，采样结果 质量的高低用图像分辨率来衡量。简单来讲，对二维空间上 连续图像在水平和垂直方向上等间距分割成矩形网状结构， 所形成的微小方格称为像素点。一幅图像就被采样成有限个 像素点构成的集合。例如：一幅分辨率为640*480的图像，表 示这幅图像是由640*480＝307200个像素点组成。
数字扫描变换器
①数字化—量化处理
如果图像是纯黑白两色的，那每块只用1或0表示即可。 若图像是16色的，每块用4位二进数表示，而2^4=16， 即4位二进制有16种组合，每种组合表示一种颜色。 真彩色位图的每个小块，都是由不同等级的红绿蓝三种 色彩组合的，如图所示，每种颜色有2^8个等级，所以共有 2^24种颜色， 因此每小块需要24位二进制数来表示。
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DSC的组成和基本工作原理
数字扫描变换器
数字扫描变换系统的组成，按不同要求有很大的不同， 处理的精度和速度相差很大。忽略此差异，一个DSC系统的 基本框图为：
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数字扫描变换器DSC概述
数字扫描变换器
DSC的核心部件是半导体图像存储器。数据经图像存储器 缓冲，一方面解决了较慢的超声回波信号提取与高速显示之间 的矛盾，另一方面依靠图像存储器写入地址与读出地址的变换 ，实现了扫描制式的变换。围绕图像存储器，还需要设置一些 外围部件。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化
假设有一幅黑白灰度的照片，因为它在水平于垂直方向上 的灰度变化都是连续的，都可认为有无数个像素，而且任一点 上灰度的取值都是从黑到白可以有无限个可能值。通过沿水平 和垂直方向的等间隔采样可将这幅模拟图像分解为近似的有限 个像素，每个像素的取值代表该像素的灰度（亮度）。对灰度 进行量化，使其取值变为有限个可能值。
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A/D转换
数字扫描变换器
用连续函数表示的图像无法用计算机进行处理，也无法在 各种数字系统中传输和存储，因此要想在计算机中处理图像， 必须先把真实的图像（照片、画报、图书、图纸等）通过数字 化转变成计算机能够接受的显示和存储格式，然后再用计算机 进行分析处理。
图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。
第三章 B超基本结构分析
01 超声成像的换能器技术 02 B超成像工作原理与整机结构分析 03 B超发射声束的形成与扫描电路 04 B超接收电路的基本结构与工作原理 05 超声回波信号显示前处理 06 数字扫描变换器 07 超声图像数字化 08 TV合成与D/A变换 09 系统控制概述 10 全数字B超
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
为了使图像压缩标准化，20世纪90年代后，国际电信联盟 (ITU)、国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC今年来已经 制定并继续制定一系列静止和活动图像编码的国际标准，现已 批准的标准主要有JPEG标准、MPEG标准等。此标准和建议 是在相应领域工作的各国专家合作研究的成果和经验的总结。 此国际标准的出现也使图像编码尤其使视频图像编码压缩技术 得到了飞速发展。目前，按照这些标准做的硬件、软件产品和 专用集成电路在市场上大量涌现（如图像扫描仪、数码相机、 数码摄录像机等），这对现代图像通信的迅速发展和开拓图像 编码新的应用领域发挥了重要作用。
图像存储器的读写方式决定图像的显示方式。而图像显示 方式又分为以下几种：
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数字扫描变换器DSC概述
数字扫描变换器
（1）图像实时显示：这是一种常规的显示方式。超声回波 数据实时写入存储器，再按照视频时钟读出，随写随读，得到 实时图像。
（2）图像冻结显示：停止向存储器写数据，存储器的图像 数据反复读出，显示一幅固定图像。只读不写得到冻结图像。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
滑雪图人体的色彩变化比较大，而天空和雪的色彩却非常 单调，可以想象，代表每个小格颜色的数值也应该非常接近。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
图右下原始数据是8个相邻格子的色彩数据，由于两个相邻 格子的数据差异很小，所以可以用第一个格式数据当作第二个 格子数据的预测值，经实际测量后，把真实值与预测值的差值 求出来，并用这个差值来表示第二个格子的色彩。那么，实际 记录下的就是第三行差值。
（3）图像极性反转：存储器内数据既可以按照原码输出， 也可以按照其反码输出，便得到两种极性图像。
（4）图像左右、上下翻转：改变存储器读出首地址及计数 方向便可完成。这种显示方式目的在于满足操作人员观察图像 时对方位的要求。
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数字扫描变换器DSC概述
数字扫描变换器
（5）变焦读出图像放大：一般情况下，存储器512×512 个点对应电视屏幕512×512个像素点。超声回波提取的空间 范围即为显示器显示的图像范围，即采用“一一对应”的读出 方式。一种最有用的读出方式是采用“一一对应”或者“一二 对应”等。以“一二对应”为例，选定存储器中某一区域 256×256单元，在显示器作两行扫描时，都对存储器同一行 单元读取数据。这样一行数据显示成两行。同时，显示器在作 一行扫描时，每两个像素都从存储器同一个单元中读取数据， 这样，一个单元显示成两个像素点。对于选定的256×256个 单元，可以显示成512×512个像素，结果，像素放大了4倍。
目录
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数字扫描变换器DSC概述
数字扫描变换器
应用于现代B型超声波诊断仪中的数字变换器，即DSC （digital scan converter），实质是个完整的数字图像处理系 统。该系统应用数字硬件设备和数字计算机，将代表图像的 连续（模拟）信号转变为离散（数字）信号并进行处理。
虽然数字扫描变换器实质上就是一个带有图像存储器的 数字计算机系统，以主存储器而不以CPU为中心来安排系统 的结构式其一大特点。
在进行采样时，采样点间隔大小的选取很重要，它决定了 采样后的图像能真实地反映原图像的程度。一般来说，原图像 中的画面越复杂，色彩越丰富，则采样间隔应越小。由于二维 图像的采样是一维的推广，根据信号的采样定理，要从取样样 本中精确地复原图像，可得到图像采样的奈奎斯特定理：图像 采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
一旦进行了有损压缩，数据缺失了，画质就很难复原了， 但这也并不是不可能，这里面有个关键的概念–先验信息。
例如这张民国美女黑白照片的嘴唇，要压缩成这个灰度， 彩色图例有五种可能，但通过先验信息知道，美女嘴唇不可能 是绿的、蓝的和紫的，只能是红色，把它还原成红色就对了。
目前已有许多成熟的编码算法应用于图像压缩。常见的 有图像的预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压 缩编码等。
当需要对所传输或存储的图像信息进行高比率压缩时， 必须采取复杂的图像编码技术。但是，如果没有一个共同的 标准做基础，不同系统间不能兼容，除非每一编码方法各个 细节完全相同，否则各系统间的连接十分困难。
经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布的 有限个像素，灰度值上表现为有限个离散的可能值的图像称为 数字图像。只要水平和垂直方向采样点数足够多，量化比特数 足够大，数字图像的质量就比原始模拟图像毫不逊色。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化
沿线段AB（左图）的连续图像灰度值的曲线（右图）， 取白色值最大，黑色值最小。
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数字扫描变换器
①数字化
先采样：沿线段AB等间隔进行采样，取样值在灰度值上 是连续分布的，如左图；
再量化：连续的灰度值再进行数字化（8个级别的灰度级 标尺），如右图。
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
数字化后得到的图像数据量十分巨大，必须采用编码技 术来压缩其信息量。在一定意义上讲，编码压缩技术是实现 图像传输与储存的关键。
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数字扫描变换器
一幅黑白静止平面图像中各点的灰度值，可以用一个二维
连续函数f(x,y)来表示。其中x、y为直角二维空间域中坐标系的 坐标轴，且满足：
0 x Lx，0 y Ly
Lx和Ly分别为二维静止图像的高和宽。 由于图像的灰度值总是非负的有界值，它必满足： 0 f(x, y) 某常数
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A/D转换
数字扫描变换器
①数字化—采样处理
左图是要采样的物体，右图是采样后的图像，把图片打 格子分成若干小块，每个小格即为一个像素点，用一个数字 来表示一种颜色。
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数字扫描变换器
①数字化—采样处理
采样频率是指一秒钟内采样的次数，它反映了采样点之间 的间隔大小。采样频率越高，得到的图像样本越逼真，图像的 质量越高，但要求的存储量也越大。
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数字扫描变换器
①数字化—量化处理
量化的实质就是要使用多大范围的数值来表示图像采样 之后的每一个点。量化的结果是图像能够容纳的颜色总数， 它反映了采样的质量。
例如：若以4位存储一个点，就表示图像只有16种颜色； 若采用16位存储一个点，则有216＝65536种颜色。量化位数 越来越大，表示图像可以拥有更多颜色，自然可以产生更为 细致的图像效果。但是，也会占用更大的存储空间。两者的 基本问题都是视觉效果和存储空间的取舍。
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数字扫描变换器
①数字化—量化处理
在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数。为表示 量化的色彩值（亮度值）所需的二进制位数称为量化字长， 一般可用8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的 颜色；量化字长越大，则越能真实地反映原有图像的颜色， 但得到的数字图像的容量也越大。
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A/D转换
如果把很少的差值彻底丢弃，在还原时把一个格子的色彩 信息代表了周围很多格子的色彩，则压缩率更高，但格子之间 的微小差别就丢失了，这种方法属于有损压缩。
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数字扫描变换器
①数字化—压缩编码
位图是每个格子都独立记录，因此数据量很大，就是bmp 格式，而经过上述的预测差值运算后，就变成有损压缩格式， jpg格式是其中之一。画质基本相同的两幅图，jpg格式的数据 量要比bmp小得多。jpg是有损压缩的，但画质的损失非常小。 Jpg格式是很智能的，例如对上面有大面积相似色彩的山水照 给予较大的压缩率，对非常热闹的人群照给予较小的压缩率。