摘 要

随着信息技术的发展，信息技术在各行各业中的应用也逐渐普及。但是在信息量迅猛增长的同时也给有限的网络带宽和有限的存储容量带来了巨大的挑战。其中一种主要的信息表现形式是用图像的形式表现。因此，为了解决信息量与带宽、存储容量之间的矛盾，图像压缩技术的研究就变得十分必要。图像压缩是指通过减少图像中的冗余信息，用尽可能少的数据量表示图像。小波变换与傅里叶变换相比更好地保留了时域信息以及频域信息。

本文的目的是应用基于小波变换的图像无损压缩方法对医学图像进行视觉无损压缩。本文的主要工作如下：

1. 研究了图像压缩的基本原理以及压缩后图像质量的评判标准以及DICOM格式图像。包括简要介绍了图像无损压缩的原理，包括医学图像压缩的必要性和可能性、常用的压缩方法、图像压缩效果的评价标准。
2. 重点探讨了小波变换以及基于小波变换的图像压缩编码的思想以及影响小波图像编码的关键因素。并通过实验数据分析了图像经过小波变换后能量的分布特点以及小波系数幅度值的分布规律。
3. 深入研究了嵌入式零树小波编码算法以及实现过程，应用嵌入式零树小波编码对小波分解之后的DICOM医学图像进行视觉无损压缩，从而既能获得一个较大的压缩比，又能保证不影响医疗诊断。
4. 通过应用图像压缩效果的评价标准对实现的算法结果进行检验。

关键词：DICOM 医学图像视觉无损压缩 小波变换 嵌入式零树小波编码

Abstract

With the development of information technology, the application of information technology in all walks of life is gradually popular. However, it has brought the huge challenge to the limited network bandwidth and limited storage capacity in the rapid growth of information. One of the main forms of information is in the form of image. Therefore, in order to solve the conflicts between bandwidth and storage capacity and information, the research of image compression technology is very necessary. Image compression is to point to reduce the redundant information in the image and display the image using as little data as possible. Compared to Fourier transform, Wavelet transforms analysis has better performance in retaining the time domain and frequency domain information.

The purpose of this article is the application of image lossless compression method based on wavelet transform for visual lossless medical image. In this paper, the main work is as follows:

• 1. After having studied the basic principle of image compression and compression of image quality evaluation standard and the DICOM format image. Including the principle of lossless image compression are briefly introduced, including the necessity and the possibility of medical image compression, compression methods, evaluation standard of image compression effect.
  2. Discussed the wavelet transform and wavelet transform based image compression coding of the thought and the key factors influencing the wavelet image coding. And through the analysis of experimental data the image after the wavelet transform energy distribution and the distribution regularity of wavelet coefficient of amplitude values.
  3. Further study of the embedded zerotree wavelet coding algorithm and implementation process, the application of the embedded zerotree wavelet coding of DICOM medical images after wavelet decomposition for visual lossless compression, which can not only obtain a larger compression ratio, and can guarantee does not affect the medical diagnosis.
  4. Through the application effect evaluation standard of image compression algorithm is realized to test results.

Keywords: DICOM Medical image visual lossless compression

Wavelet Transform Embedded Zerotree Wavelet

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景以及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 DICOM图像 4

1.4 主要研究内容及章节安排 4

第2章 本文图像压缩算法的基础 5

2.1 图像压缩及常用的图像压缩方法 5

2.1.1图像压缩的分类 5

2.1.2常用的图像压缩方法 6

2.2图像压缩效果的评价标准 7

2.2.1 图像无损压缩效果的评价准则 7

2.2.2 图像有损压缩效果的评价准则 8

2.3 本章小结 8

第3章 压缩算法介绍与算法实现 9

3.1 基于小波变换的图像压缩流程 9

3.2 小波变换 10

3.2.1 小波变换的定义及公式 10

3.2.2 Mallat算法及实验 11

3.2.3 小波分解子带特点 13

3.2.4 小波基的选择 14

3.2.5小波的分解级数 16

3.3 简单小波压缩算法 16

3.4 嵌入式零树小波图像压缩算法 19

3.4.1 零树编码思想 19

3.4.2 嵌入式小波零树编码算法中的重要定义 19

3.4.3 嵌入式零树小波编码流程 20

3.4.4 算法结果与分析 21

3.5 本章小结 23

第4章 总结与展望 24

4.1 本文工作总结 24

4.2 本文工作展望 24

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

本章首先介绍了基于小波变换的图像压缩技术在医学图像方向的研究背景以及意义，其次简述了图像无损压缩的国内外研究现状，然后对DICOM格式进行研究，论文的最后部分阐述了本课题所涉及到的关于小波变换和图像压缩的主要研究方向与内容，对论文布局作了详细的介绍，方便整理归纳。

1.1 研究背景以及意义

随着现代数字化医疗的不断发展，医疗行业中越来越多地需要用到各式各样的信息技术来对医疗设备产生的信息进行整合、处理、分析以及存储。特别是在医疗成像方面，随着经济实力的增强以及医学科技的发展，越来越多的医疗成像设备投入了临床应用，这也意味着我们需要考虑数字医疗图像的存储以及传输问题。就目前为止，我们对于常用图像信息的存储并不需要太多的数据存储空间，但是医学数据图像的信息量会随着医疗设备的使用急剧增加，因此图像压缩技术也就显示了它的重要性。

现代医学的发展离不开医学图像所提供的信息，而这些信息需要得到妥善的存储与交流才能真正促进医学的发展，这就对图像的存储与传输提出了更高的要求。例如^[1]，这里有一组相关的数据，一个中等规模医院，它只有600张床位，但是每年产生的静态图像却达到了巨大的100万幅，折算成数据量更加惊人有2×10¹²bites，也就是2TB。根据2015年底卫计委统计的数据，我国仅医院就有2.6万，算上医疗卫生机构的话，总数达到了98.7万个。可想而知，我国的医疗图像数据的增长速度有多快，存储这些医疗数据的需求量之大不言而喻。胶片、录像这些传统的用来存储数据的方式已经不能满足如此之大的需求了，逐渐被医学应用所淘汰，登上舞台的是一种全数字的存储方式，PACS（英文名称Picture Archiving and Communication Systems），我们可以将其理解为影像存储和通信系统，它已成为影像存储的主流，PACS系统的开发得益于图像处理领域的先进技术，而这其中图像压缩技术起着及其重要的作用，这种技术也消除了在医学图像信息共享中的技术限制以及将医疗信息的保存技术改进的更高效、实用。对于图像压缩技术，我们可以理解为它是指在满足使用者对图像质量要求的前提下，对图像做压缩处理，来达到用尽可能少的比特来表示图像的技术。不仅在图像存储上会用到，在远程医疗这样的应用环境中，由于需要在更窄的带宽的通信条件下实现高质量的医学图像传输，因此也对图像的压缩技术也提出了要求。