医学图像的压缩

Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步 S1 0.4 0.4 0.4 S2 0.3 0.3 0.3 S3 0.1 0.1 0.2 S4 0.1 0.1 0.1 S5 0.06 0.1 S6 0.04
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 S3 0.1 0.1 0.2 0.3 S4 0.1 0.1 0.1 S5 0.06 0.1 S6 0.04
4 变换编码
基本原理：
• 将原来在空间域描述的图像信号，变换到另外一些正交 空间中，用变换系数来表示原始图像，对变换系数进行 编码。
• 在变换域中，图像信号的绝大部分能量集中在低频部分， 编码中如果略去那些能量很小的高频分量，或者给这些 高频分量分配合适的位数，减少图像传输或存储的数据 量。
变换编码
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S1=1
二、图像压缩编码的可能性
3）频域冗余 将空域的图像变换到频域中，使得大量的信息能用较少的数据
来表示，从而达到压缩的目的 4）编码冗余 对图像中像素灰度出现的不均匀性，即用同样长度比特表示每
一个灰度，则必然存在冗余。若将出现概率大的灰度级用长 度较短的码表示，将出现概率小的灰度级用长度较长的码表 示，有可能使编码总长度下降
8×8，16×16样本
变换
输入
块分割 正交变换 量化 编码
解码 反变换
第五节 图像的三维重建与可视化
研究：由各种医疗成像设备获取的二维图像序列构建组 织或器官的三维几何模型，并在计算机屏幕上“真实” 绘制与显示。 弥补影像设备在成像上的不足，为用户提供具有真实感 的三维医学图像， 便于医生从多角度、多层次进行观察和分析， 在辅助医生诊断、手术仿真、引导治疗等方面发挥重要 的作用。
一、图像压缩编码的必要性
视频大小：1280×720 帧率：29.915fps 持续时间：30.854s 总帧数：923f 原始码流：661672kbit/s 视频平均码流： 4644kbit/s 压缩比：142.5 AVI（Audio Video Interleave）
同样是以AVI为后缀的视频文件，其采用的压缩算法可能不同，需要相 应的解压软件才能识别和回放该AVI文件
(共12×8=96 bit)
具有相同灰度值的相邻像素组成的序列称为一个游程， 游程中像素的个数称为游程长度，简称游长。
2、霍夫曼编码
基本原理：将在图像中出现次数多的像素值给一个短的 编码，将出现次数少的像数值给一个长的编码。
举例说明： aaaa bbb cc d eeeee fffffff （共22×8=176 bit) 4 3 21 5 7 f=0 e=10 a=110 b=1111 c=11100 d=11101
AVI文件目前主要应用在多媒体光盘上，用来保存电影、电视等各种影 像信息，有时也出现在Internet上，供用户下载、欣赏新影片的精彩 片断。
一、图像压缩编码的必要性
总之，大数据量的图像信息会给存储器的存储容量、通信以 及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容 量，提高信道带宽以及计算机的处理速度等方法来解决这个 问题是不现实的，这时就要考虑压缩。因此，图像数据在传 输和存储中，数据的压缩都是必不可少的。
二、图像压缩编码的可能性
2．应用环境允许图像有一定程度失真 1）接收端图像设备分辨率较低，则可降低图像分辨率 2）用户所关心的图像区域有限，可对其余部分图像采 用空间和灰级上的粗化 3）根据人的视觉特性对不敏感区进行降分辨率编码 （视觉冗余）
（三）图像压缩编码的分类
根据解码结果对原图像的保真程度，图像压缩分为两大类。 无损压缩常用于图像存档，在压缩和解压过程中没有信息
有损压缩
36 35 34 34 34 34 34 32 34 34 33 37 30 34 34 34 34 34 34 34 34 35 34 34 31
34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34
第六节 医学图像的压缩
图像的特点 数据量大，为其存储、传输带来困难，需压缩
例：电话线传输速率一般为56kbit/s（波特率）
一幅彩色图像640×480×24bit = 7Mbit大小 1．传输一幅图像：时间约2分钟左右
如压缩20倍，传一幅图6s左右，可以接受，实用 2．实时传送：640×480×24bit×25帧/s=175Mbit/s，
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S5=01010
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S4=0100
时间为50min左右
一、 图像压缩编码的必要性
火星腐蚀.jpg 400×400，10.9KB， 原图像数据468KB
debbie. bmp
BMP是一种与设备无关的位图格式。
256×256，65KB 一般采用非压缩模 式
一、图像压缩编码的必要性
GIF是由为了方便网络传送 图像数据而制定的一种图像 文件格式，主要采用无损数 据压缩方法 214×155 12帧 43.1KB 原图像数据1166KB
2、产生与发展：
1. 伴随医学影像技术的发展，出现了各种医学成像方法 和设备;
2. 各类图像常常需要在科室内部、科室之间、医院之间甚至 地区之间进行传递，以满足临床医疗诊断、治疗、教学及 远程会诊的需要。
3.需要高速检索、及时调用及有效利用图像资源的问题。
Βιβλιοθήκη Baidu.与PACS相关的信息系统
医院信息系统(HIS) : 是一个计算机化的医院管理系统，其目标 是利用计算机和传输设备实现医院内病人护理和管理相关信息 的采集、存储、处理、检索和传输，能满足所有授权使用者的 需求。
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S6=01011
110,110,110,110,1111,1111,1111,11100,11100,1 1101, 10,10,10,10,10,00,00,00,00,00,00,00 (共 7×2+5×2+4×3+3×4+2×5+1×5=63 bit)
Huffman编码
输入 输入概率第一步 S1 0.4 0.4 S2 0.3 0.3 S3 0.1 0.1 S4 0.1 0.1 S5 0.06 0.1 S6 0.04
图像的三维重建
通过对一系列的二维图像进行边界识别等分割处理，重新 还原出被检物体的三维图像。
•目前三维重建的基本方法有两类： 面绘制（Surface Rendering）技术：提取感兴趣物体 的表面信息，再用绘制算法根据光照、明暗模型进行 消隐和渲染后得到显示图像。
•256×256×109 MRI图像
二、图像压缩编码的可能性
1. 数字图像本身的特征带来数据压缩的可能性
1）空域冗余
也称为空间冗余或几何冗余，是一种与像素间相关性直 接联系的数据冗余
2）时域冗余 又称时间冗余。视频序列每秒有25-30帧图像，连续播放，
相邻帧之间的时间间隔很小；同时实际生活中的运动物 体具有运动一致性，使得视频序列图像之间有很强的相 关性
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S2=00
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 S3 0.1 0.1 0.2 0.3 S4 0.1 0.1 0.1 S5 0.06 0.1 S6 0.04
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1
损失，目前所能提供的压缩率一般在2~10之间。 有损压缩通常能取得较高的压缩率，但图像经过压缩后不
能通过解压缩恢复原状。
无损压缩
RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB
16 RGB 从原来的16×3×8bit=284bit 压缩为：(1+3)×8bit=32bit
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 S1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S2 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S3 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S4 0.1 0.1 0 0.1 1 S5 0.06 0 0.1 1 S6 0.04 1 S3=011
三维重建的应用
•1．在医疗诊断中的应用 •2．在手术规划及放射治疗规划中的应用 •3．在整形与假肢外科中的应用 •4．在虚拟手术及解剖教育中的应用
三维重建的成果
第六节 图像存储与传输系统（PACS）
1、定义：图像存储与传输系统（picture archiving and
communications system简称PACS），是应用数字成像 技术、计算机技术和网络技术，对医学图像进行采集、存储 、传输、检索、显示、诊断、输出、管理、信息处理的综合 应用系统。
•重建的表皮
• 128×128×93 • CT图像 • 重建的颅骨
图像的三维重建
•体绘制由于直接研究光线通过体数据场与体素的相互关 系, 无需构造中间面, 体素的许节信息得以保留, 结果的保 真性大为提高。从结果图像的质量上讲, 体绘制要优于面 绘，但从交互性能和算法效率上讲,至少在目前的硬件平 台上, 面绘制还是要优于体绘制。
3、预测编码
基本原理： 根据数据在时间和空间上的相关性，利用已有样本对新样本 进行预测，将样本的实际值与其预测值相减得到误差值， 再对误差值进行编码。由于误差值比样本值小得多，可以 达到数据压缩的效果。
例：248， 2， 1， 0， 1， 3，表示6个相邻像素的灰度。 248，250，249，248，249，251。
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常用的压缩编码方法
1、 游程长度编码 2、 霍夫曼编码 3、预测编码 4、变换编码
1、游程长度编码
游程长度编码是将一行中灰度值相同的相邻像素用一个 计数值和该灰度值代替。
举
例
说
明
：
aaaa bbb cc d eeeee fffffff (共22×8=176 bit)
4a3b2c1d5e7f