視頻圖像壓縮技術在遠程醫療會診系統中的研究

關鍵詞 小波變換 圖像壓縮 運動補償doi：10.3969/j.issn.1007-614x.2012.30.316

隨著計算機技術的發展和圖像壓縮技術的應用，醫學圖像除了可以大量存儲同時用于遠程圖像傳輸，在傳輸過程中為保證診斷的正確性，必須得到高質量的圖像和完整、全面的相關醫學信息[1]；針對這個問題的解決采用基于小波變換的視頻圖像壓縮技術，利用小波變換對視頻圖像序列進行壓縮編碼，較好地改善了當圖像場景中的物體進行快速運動時，使得時間域的小波系數突然變大而使得壓縮率變低的不足，在遠程醫療系統中可以快速、高效地壓縮圖像。

遠程醫療利用現代通信網絡，結合計算機多媒體技術，傳輸多媒體醫療信息來實現遠距離的醫療活動；主要著重于多媒體交互式服務。利用遠程醫療可以減少邊遠地區患者求醫的費用和求醫診治花費時間，節省醫生往返各地的費用和時間，也可以提供分散醫院之間的遠程交流和協作。小波變換的視頻編碼的實現能夠在壓縮性能、診斷性能、傳輸性能上適應于遠程醫療系統的壓縮；本文利用小波變換結合運動補償量化編碼算法，能較好地對醫學圖像進行壓縮及處理。

小波變換用于圖像壓縮的基本思想

所謂圖像壓縮就是去掉各種冗余，保留重要的信息。圖像壓縮的過程常稱為編碼，而圖像的恢復則成為解碼。雖然圖像的數據是非常巨大，但是可以采用適當的坐標變換祛除相關，從而達到壓縮數據的目的。小波變換通過多分辨分析過程將一幅圖像分成近似和細節兩部分，細節對應的是小尺度的瞬變，它在本尺度內很穩定。因此將細節存儲起來，對近似部分在下一個尺度上進行分解，重復該過程即可，近似與細節在正交鏡像濾波器算法中分別對應于高通和低通濾波，這種變換通過尺度去掉相關性，在視頻壓縮中被證明是有效的[2]。

運動補償

運動補償是通過先前的局部圖像來預測、補償當前的局部圖像，它是減少幀序列冗余信息的有效方法。遠程醫療系統不僅僅是信息資源共享，提供實時可見的視頻圖像資料以供醫學專家參考。所以，大量、高質量的視頻圖像數據的處理、傳輸就成為遠程會診系統的關鍵環節，另外醫生在查看圖像時只對圖像中很小一部分感興趣，這部分區域有可能是病灶區域分，除病灶區外對于其他圖像如背景部分等一些局部圖像成為醫生乎略的內容，所以，可以充分利用醫學圖像的這一重要特征在進行設計圖像壓縮編碼算法時對乎略的內容進行高比例壓縮。

圖像壓縮技術在遠程醫療系統中的研究方案

視頻圖像的壓縮編碼實際上是在靜態圖像編碼的基礎上，增加幀間圖像的內插和運動補償技術，由此來消除圖像之間的時間相關性，從而實現高倍率的壓縮目的。再對已消除時間相關性之后的每幀圖像進行靜態圖像的壓縮編碼。

首先將要編碼的圖像分成16×16的宏塊，對于每一個宏塊，依照某指定的準則，在其參考圖像中搜索與其最匹配（最相近）的塊。如果搜索到的塊滿足條件，則作為當前編碼宏塊的運動補償塊。將它們相減，得到的結果稱為幀間編碼塊，并將其放在殘差圖像的相應位置。如最終沒有找到相近的塊，則認為當前塊屬于幀內編碼塊，將其直接放置在殘差圖像的相應位置。然后對殘差圖像進行小波變換及壓縮編碼。顯然，解碼時，將解碼的殘差圖像加上其對應的運動補償圖像，即可得到復原的圖像。

對于小尺寸圖像塊宜用DCT方法進行編碼，先對殘差圖像中的幀內編碼宏塊用DCT方法進行變換、量化、編碼，其結果作為總數據的一部分輸出到比特流中。對編碼后的圖像塊進行恢復得到其重構塊，再用原快減去重構塊得到殘差塊，即幀間編碼塊。由殘差塊代替殘差圖像中相應的幀內編碼塊。如此一來，殘差圖像就全部由幀間編碼塊組成了，從而在整體上趨近于零。以上分塊的不足之處存在于，運動補償的塊越小，得到的殘差圖像的能量越小。然而，分塊越小，塊越多，算法復雜度越高，矢量數目越多。傳輸矢量所需要的數量可能大于圖像殘差能量減小所節省的數據量，這樣一來就會造成得不償失的情況。比較好的解決方法就是使用自適應的分塊大小，對細節較少的部分采用大的分塊，對細節較多的地方采用較小的分塊。另外，也可以采用像素插值的方法，利用插值后的像素位置進行預測將提高運動補償的精度，但事實上，隨著插值變得精細，其對于運動補償的改善作用也在逐漸下降。

小波和運動補償相結合能更好地進行圖像壓縮，基于小波變換的靜止圖像壓縮算法EZW、SPIHT和一種改進的EZW算法，這些算法是視頻壓縮編碼算法中的關鍵部分。這有待于在軟件平臺上進行算法驗證、分析和對比，實踐證明應用改進的EZW算法對圖象進行壓縮，重構圖像的PSNR值較高。

視頻圖像不僅在其每一幀內存在空間相關性，而且在幀間即時間方向也存在著很強的相關性，通過有效的方法消除這些冗余信息可以大大地提高視頻的壓縮比。

本文分析了對圖像的背景及非病灶區域進行傳輸編碼技術，并把它有褪用到遠程醫療系統會診子系統的視頻流處理模塊，取得了較好的效果。此方案可以減少傳輸時間，解決其數據量大、耗時長的瓶頸問題，并增加了通信雙方的交互性。遠程醫療在我國還是一個方興未艾的新鮮事物，一個新的課題。現有遠程醫療對我國醫學來講不是一個完美的系統，其中要解決的技術問題還有很多有待于我們不斷的更新和完善。

參考文獻

1 李詠沙.遠程醫療系統中的圖像壓縮算法研究[D].山東大學，2005.

2 www.luotuo.net.cn駱駝論文圖像壓縮傅里葉變換小波變換MATLAB.