医用内窥镜图像自适应量化压缩编化码方法研究

 　　本文提出了一种与JPEG标准完全兼容的医用内窥镜图像自适应量化压缩编码方法，该方法采用二次扫描的措施，根据原始图像的频谱分布特点，自适应地修正JPEG推荐的量化表。实验结果表明：该方法较之于标准JPEG图像压缩，峰值信噪比(PSNR)明显提高，可在相同压缩比下，保持更多的图像细节，特别适合于医学图像的压缩。

　　分类号： 　TN386.5; R318.19

RESEARCH ON MEDICAL ENDOSCOPE IMAGE CODING

　　USING IMGTE ADAPTIVE QUANTIZATION

Huang Zhanhua, Xie Hongbo, Yu Daoying

　　(Optoelectronic Information Science and Technology Lab,

　　College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin 300072)

　　Zhang Hanqi

　　(Research Institute of Haier Group, Qingdao, Shandong 266101)

ABSTRACT

　　An adaptive quantization coding method, completely compatible with the JPEG standard, was developed for compression of medical endoscope image. Double scanning were employed and quantization tables, recommended by JPEG, were modified according to frequency distribution characteristics of original image. The experimental results showed that by using this method, the PSNR (peak signal-noise ratio) values were apparently increased and under the same compression ratio, more image details were kept as compared with the standard JPEG method. This method was especially useful for the compression of medical color image.

　　Key words:　Medical endoscope image, Image encoding; Adaptive quantization

　　0　引 言

　　当代医学诊断和治疗技术的巨大发展在很大程度上归功于医学图像学的迅速发展和广泛应用，而医学图像学要解决的一个重要课题是实现医学图像的网络传输以实现专家会诊以及病灶图像的存储，狭窄的通讯信道和有限的存储空间限制了医学图像学在这方面的应用。当今网络和通信技术迅猛发展，图像压缩技术取得了革命性的突破，图像通信在金融、邮电、图书情报、广播电视等领域已达到实用化，但适合医学图像特点、高效的彩色医学图像压缩技术仍然没有突破性的进展。

　　原则上讲，对医学图像不可以进行有失真压缩［1］，但无失真压缩的效率太低以致于难以应用于实际的医学图像压缩中，是否可以这样考虑：只要能保证在不影响对医学图像造成错误判断的前提下，对医学图像的有失真压缩是允许的。

　　评价医学图像压缩方法的优劣，则主要应以在同样的压缩比下，保留图像细节的多少为标准；同时，还应考虑该方法与现行的图像压缩标准的兼容性如何。医学图像的混合变换压缩方法［2］尽管有很好的压缩效果，但与静止图像压缩标准(JPEG)［3］不能兼容；空间矩阵变换压缩方法［4］充分利用了彩色图像的色空间相关性，有一定的优越性，但在JPEG标准中也难以实现。

　　本文在深入研究JPEG图像压缩机理的基础上，提出了一种能根据原始图像的频谱成分调整量化间隔的自适应量化算法，该方法在不改变JPEG图像压缩、解压缩结构的前提下，具有比标准JPEG方法更高的压缩效率。

　　1　标准JPEG图像压缩机理分析

　　在静止图像(灰度图像或彩色图像)领域，国际标准化组织ISO和CCITT经过对多种候选算法进行综合考察，于1991年制订了联合图像专家组(JPEG)静止图像压缩标准，该标准以其优越的压缩性能获得了越来越广泛的应用。JPEG标准既对图像压缩的结构有严格的限制，但同时又允许对其中的具体算法进行一定程度的修改，具有一定的扩充性。

　　如图1所示，JPEG标准严格规定了编码、解码结构(解码结构与图1所示的编码结构相反)。原始图像首先被分成8×8的块，然后对其进行DCT(离散余弦变换)变换，接下来对64个DCT系数进行标量量化，经过对64个DCT系数按Zig-Zag方式进行重新排序后，运用Huffman熵编码将频域中的DCT系数变成可变长度的码流，送入JPEG文件中。标准的JPEG解码过程是编码过程的逆过程。