二数字图象处理教学课件.ppt

二、数 字 图 象 处 理,三、医 学 图 象 发 展 趋 向,四、医 学 图 象 的 采 集,五、非医学诊断图象的获取方法,六、多媒体体数据压缩与解缩,一、模 拟 图 象 与 数 字 图 象,第四章数应字用图技像术处基理础与,医学图像可粗分为模拟图像和数字图像两类。常规X射线成像技术以“荧光屏胶片”组合来采集、储存图像，属模拟图像。以计算机断层扫描技术为基础发展起来的X-CT、MRI、PET和SPECT等是对X射线或其它激发源激发出来带有体内信息的信号（投影）进行数字化图像信息采集和处理，用投影-卷积-反投影方法根据投影数据单准则或多准则来重构的图像。由于这类断层扫描成像系统的主机存储容量有限，最终仍然要以胶片等硬拷贝来载带并储存重构的模拟图像。因此这类医学图像成像技术一般称之为本质上的数字图像技术。,一、模 拟 图 象 与 数 字 图 象,二、数字图象处理,计算机在图象是以数字的方式存储与工作的，它把图像按行与列分割成mn个网格，然后每个网格的图像表示为该网格的颜色平均值的一个像素，亦即用一个mn的像素矩阵来表达一幅图像，m与n称为图像的分辨率。显然分辨率越高，图像失真越小。也是因为计算机中只能用有限长度的二进制位来表示颜色的缘故，每个像素点的颜色只能是所有可表达的颜色中的一种，这个过程称为图像颜色的离散化。颜色数越多，用以表示颜色的位数越长，图像颜色就越逼真。,二、数字图象处理,本节内容:1、图像媒体2、图像数字化3、数字图像处理的优点4、数字图像的表示方式5、数字图像处理6、医学数字图像处理的应用,图像媒体,分辨率表示图像垂直与水平方向的像素的点数。若假定图像的尺寸大小是固定的，而点的大小是可变的，则分辨率表示了图像致密的程度，通常用每英寸的点数dpi（dot per inch）来衡量。数字化图像中，分辨率的大小直接影响图像的品质，分辨率越高，图像越清晰，所产生的文件也就越大，在工作中所需的内存和CPU处理时间也就越高，所以在制作图像时，不同品质的图像就需设定适当的分辨率，才能最经济有效地制作出作品。另外，图像的尺寸大小、图像的分辨率和图像文件大小三者之间有着很密切的关系，一个分辨率相同的图像，如果尺寸不同，它的文件大小也不同，尺寸越大所保存的文件也就越大。因此修改了前二者的参数就直接决定了第三者的参数。,用像素点阵表示图像是最自然的方式，因为图像最终需要在屏幕上显示，而屏幕也是由离散的点阵组成的。常用“分辨率”和“颜色数”两参数描述图像的特性。,颜色数是指一幅图像最多能表达的不同的颜色数目，它取决于描述每个像素点所用的二进制位数，见表2-1。,每个像素点所用的二进制位数又称为图像的位数。通常把24位及更高位的图像称为真彩色的，因为其颜色之多已可以表达所有细微的颜色差别了。,常用的表示颜色的方法是：将该颜色分解成三基色红、绿、蓝（R，G，B）用不同亮度的这三种基色组合在一起，可以生成所有的颜色。若用24个二进制位来表示一个颜色，则可将颜色表示为各占8位的红、绿、蓝亮度数据，每种基色的变化范围为0255。0表示最暗，255表示最亮。由于将每个分量都看作是亮度信号，故0255个变化称为256个灰度等级。,图像数字化,在屏幕上以一定的宽度（即抽样间距）分别在水平和垂直方向上将图像分割成，称为象素点的细小区域。分割的越细，象素点越多，图像就越清晰。抽样的结果将使图像变成每行有M个象素点，每列有N 个象素。整幅图像将产生M*N个象素组成的离散的象素点集。,光学图像、照片以及人的眼睛看到的一切景物，都是模拟图像，这类图像无法直接用计算机处理。为了使图像能在电子计算机中作处理运算，必须将模拟图像转化为离散数字所表示的图像，即所谓的数字图像。将模拟图像转化为数字图像的过程称为图像数字化。这一过程是图像处理技术的基础，一般图像数字化包括下列两个步骤：,图象数字化过程,1.抽样,将二维空间图像上的连续亮度住处（即灰度）转化成离散的抽样点（即象素点）具体做法如图1所示：,图象数字化,2.量 化,量化就是把抽样后每一个象素点的亮度值离散化使其成为有限个整数值（一般为0-256个灰度值）。把一个象素点，由黑色渐变为灰色渐变为白色的连续变化的亮度值量化为0256 个灰度值，（每个象素用一个字节来储存量化后的信息，即8Bit）,量化后的灰度值即反映了对应象素点的亮度明暗值。经过抽样、量化后，一幅黑白模拟图像就会离散化成为M*N个字节的数字图像，即变成适用于电子计算机处理的数字图像。在图像数字化过程中把原来连续变化的亮度信息变成离散的数字信息，二者间是有差别的，即在数字化过程中会带来一定的误差。,但是由于人的眼睛对空间分辨率都是有限的，因此只要恰当地选取抽样间隔与量化的灰度级数，上述误差是可以忽略不计的。数字图像在处理上有许多明显的优点。见对照表1：表1 图像处理方式比较 图像方式 处理速度 灵活性能 精度 再现性 光学 快 中 中 中 照片 快 差 差 差 录像 快 中 差 中 数字 慢 好 高 好,（1）再现性好，数字图像不会因存储、传输方式、复制而产生图像质量的退化，从而能准确地再现出来；（2）精度高，目前可以将一幅模拟图像数字化为（8/mm个象素点）任意在的二维数组，每个象素的亮度值可以量化为12Bit（2048灰度级），即图像数字化精度可以足够高；（3）灵活性大，任意一种模拟图像的处理方法，一般都只能对图象做有限的若干种处理，如光学处理，而数字图像处理不仅能完成线性运算，也可完成非线性运算，及一切可以用数字公式或逻辑表达式来表达的图像做数字处理运算。,数字图像处理的优点,数字图像的表示方式,数字化后的一幅黑白图像，可以用MN个字节来表示。对电子计算机来说，可以用数学公式f（Xi，Yj）来表示。数组f（Xi，Yj）中i=1，2，3m，j=1，2，3，n。式中f（Xi，Yj）值代表图像中（Xi，Yj）点处象素的灰度值。在现实生活中有多种多样的图像，根据各类图像灰度层次的多少、光谱轴及时间轴上的组合方式的不同，其数字化后的描述形式如表2-4所示。,表示方法,由上表可见，尽管图像类别不同，视觉不同，对应的实际物理背景也不同，但在电子计算机内部都是二维数组的集合。因此研究数字图像处理，最基本的就是研究一个二维数组在计算机内部的表示方法。根据不同种类数字图像的数组集合特点的不同，数字图像在计算机内部的表示方法主要有下列几种：,(1)单波段数字图像,黑白图像属于单波段图像，一个二维 数组是描述这类图像的基本方法。计算机内储存二维数组的基本方法是以一维数组的形式来储存二维数组的。,一、单波段数字图像,(2)多波段数字图像,由红、绿、蓝三基色表示的彩色图像及遥感图像均属多波段图像。这类图像由多个二维数组来描述，在计算机内用一维数组储存信息时，常用下列三种方式：图2-3A、图2-3、图2-3C）,图2-3B 按各波段依次存储,图2-3A按各波段的同一扫描行依次存储A 按每个波段依次储存图像数据，每一种颜色为一个波段（颜色通道），一般用于彩色图像的数字化信息存储，在扫描图像时 常采用三次扫描方式。如图2-3A。B 按各波段的同一扫描行依次存储图像数据。如图2-3B。,图2-3A 按每个波段依次储存,C 按各波段的同一象素点依次存储图像数据，在扫描图像时采用的一次扫描技术，就是按象素点采样存储。如图2-3C。,图2-3C 按各波段的同一扫 描行依次存储,(3)二值图像,二值图像是黑白图像的一种特殊情况。每个象素只有二个灰度值，即每个象素只用一位二进制表示（1或0）。一切文字和工程图均可经数字化后用二值图的形式来表示。为节省储存空间，常用如下方式储存：,合并储存 一般储存单元是字节，而二值图像仅用一位二进制码来表示即可。采用的方法是将相邻的8个象素点值合并储存在一个字节中，以每个象素占用该字节一个位的方式来表示。优点是节省储存空间，缺点是显示或处理时，必须先把每个字节展开成8个象素，增加了处理的计算量。,线图像压缩储存,线图像是一种特殊的二值图，这类图像由于线条只占全图少量象素，因此可以采用更紧凑的数据压缩结构来储存。经常选用下面三种结构来储存：座标序列结构：即由图中线段某一端头（非封闭线）或任意象素点（封闭线）的坐标开始，连续记录与之连通的象素点坐标，这种方法实际上仅记录了图像上有黑色（值为1）的象素点X，Y坐标值，而隐含着其它坐标点的值均为0。,用这种储存方式时，存储的每个象素点坐标（X，Y）所需的位数与图像大小有关。例如，某一幅图像为512512象素，为表示该图上的任意坐标值，则需29=18位二进制码。若象素序列全长为n，则共需2n9位即可储存二值图像。如图2-4所示。,图2-4座标序列结构,座标序列结构：,坐标序列增量结构：,线图像的坐标序列储存结构中，相邻两个象素坐标（x1，y1）与（x2，y2）之间的变化增量只能是（x1x2=0或1），（y1y2=0或1），用该序列中前一坐标的增量来表示时，则X或Y分别可以用两位二进制码表示，即每个增量仅用4位二进制码描述。以图2-4为例，用坐标增量表示时，可以用（3，6）（1，1）（1，0）（1，1）（1，1）（1，0）（1，0）（1，1）（0，1）（1，1）序列表示。若仍设全图像为象素点，则个象素序列增量所占存储空间由坐标序列的位，降到（）位。对图2-4中，10的情况下，由2910=180位降到 4（101）54位；,链码结构：,链码是对坐标序列增量结构的进一步改进与紧缩。对一个连通的象素序列来说，与某一象素连通的后续象素只可能07中的一个。因此任一后续象素均可用07，8个值中的一个来表示，即用三位二进制码表示（如图2-5所示）。与坐标序列增量结构相比，每一后续链码值由来4位码降到3位码即用八进制数就可表示，以图表2-4为例，可用（3，6），7，0，1，1，0，0，1，2，3的链码表示。用了29+（n1）3=45个字节就 可以储存，进一步减少了存储量，提 高了数据处理的效率。,图2-5链码结构,（1）图像质量改善：力图把图像上的畸变及噪声信息去掉，便图像更清晰，以便准确目视判读和解释。具体技术措施大致包括4类：锐化技术：是突出图像上的灰度突变的各类边缘处增大对比度，便图像轮廓更清晰；平滑技术：是一种抑制噪声而达到改善图像质量的措施；复原技术：是根据引起图像质量下降的原因而采取的一种恢复图像本来面目的处理措施；校正技术；采取几何校正措施，去掉图像上的几何失真。上述各类改善图像质量的具体原理、方法、算法及程序已经比较规范化，是各类图像处理的基本内容。,数字图像处理,（2）图像分析：,人类研究图像的目的是为提取图像中的有用信息。图像分析一般包括：边缘与线条的检测、图像区域分割、形状特征测量、图像纹理分析、图像匹配等技术内容。这些方法一般已被各类图像处理软件包所采用。,（4）图像数据压缩：,由于图像经数字化后，所产生的数据信息量非常大，尤其是彩色动态图像的数据量更是大的惊人。如何保存及处理这些数据，甚至成为数字图像处理技术的瓶颈，也是技术上的难题。90年代，CCITT（国际电报与电话咨询委员会）与ISO（国际标准化组织）先后推出了静态图像压缩标准JPEG和视频图像压缩标准MPEG。给出了反映目前科技水平的图像压缩方法，在多媒体电脑中已有广泛应用，如CD、VCD、DVD。但目前的技术还不能令人满意。,医学数字影像处理的应用,医学图像处理的主要技术方法与作用大致有以下几个方面；（1）黑白图像的灰阶处理：医学图像中有很多是属于单色灰阶图像，如X线片、同位素图像、电镜图像、超声波图像等均属于黑白（正负片）图像。对此类图像处理的主要方法是提高图像的灰度层次，使弱灰阶信号增强，图像就会更加清晰，有利于人工的准确目视判读，从而提高了图像的使用价值及诊断正确率。现在此类图像处理技术已相当成熟，尤其是在新的医学影像诊断设备中大都采用了完善的图像处理技术。,（2）彩色图像的频谱处理：,彩色能真切地表现物体的质感与性状，颜色是光谱在人眼中的一种客观反映。所以说彩色图像处理的关键就是对全光谱的处理，旨在真实地再现和还原物体的本来颜色的微小变化对于正确诊断具有举足轻重的意义。可见颜色在医学图像中的重要性。彩色图像处理的主要技术方法是RGB（红绿蓝）三基色的分路全频谱处理，彩色图像处理技术相对要复杂的多，通常采用的处理方法有：锐化、钝化、过滤、直方图分析、各个颜色通道的灰度与色饱和度处理等等。目前临床医学影像设备有彩色超声多谱勒和病理图像计算机真彩色处理系统等，都采用了先进的计算机彩色图像处理技术，以其丰富的功能，准确的分析计算和更加清晰的细节成像，受到青睐。,（3）图像信息资料的储存：,数字图像处理的最终目的，是提取及利用有价值的图像。因为医学图像，尤其是彩色图像经数字化后得到的数据量是十分庞大的，如何把这些图像信息储存起来就成为重要的技术处理问题。主要技术包括：快速压缩储存图像数据、快速还原图像数据（解压缩）、各种数字图像的制式转换。目前计算机用于此类处理的软件很多，如ARJ、WINZIP等，处理效果都非常好。由于以图像处理为主的多媒体技术的发展，光盘CD-ROM的出现为海量数据储存提供了可能。,（4）实时图像信息的传输：,由于计算机网络的发展，信息高速公路的逐步实现及电话通讯的普及，医学图像信息的远距离传送，为诊断疑难病症，抢救危重病人，可及时得到异地专家的指导，实现医学影像异地会诊或监控成为可能。主要技术问题在于临床医学图像的实时采集与计算机网络的建立和使用。随着Internet网络的发展和普及，网上医学影像信息服务网站也越来越多，为实现远程医疗诊治和会诊提供了良好的技术条件和宽松的上网环境，甚至可以和全球的同行们就某一感兴趣的问题进行网上的交流和探讨。,（5）Internet与医学图像信息的传输：,（6）图像自动识别：,医学图像自动识别具有广泛的发展前景和重大意义，尤其在图像诊断检测过程中已有许多应用了计算机智能图像识别处理系统，如血球自动分类计数、癌细胞自动识别系统等。图像识别技术是图像处理中的高难技术，是一门集医学、电子、物理、计算机软硬件等多学科多门类的综合科学技术。图像自动识别处理，因其具有较高的人工智能（专家知识）成分及计算机特有的优势，可以快速、准确的捕获目标，自动分析处理，并得到有用的图像信息，因此实用价值非常高。,（7）远程医学（Telemedicine）：,就是使用远程通讯和计算机多媒体技术提供医学信息和医疗服务。远程医学（telemedicine）就其功能而言大致可分成三种类型远程医学教育（teleeducation）、远程会诊（teleconsultation）、远程诊断（telediagnosis）。所谓远程医学教育就是通过计算机网络或电信网络进行医学教学。与其他远程教学稍有不同的是这种系统要有能力提供清晰的、无失真的各种医学影像学资料。它既可以是网上一对一授课，也可以作为一个医学教育服务器或一个Medweb服务器，以一点对多点的通信方式传播医学知识。,远程会诊是远程医学的重点，它是一种两地或多地医生交互式共享病人诊断信息，特别是放射学图像、超声图像、病理检查、心电图、血压等多种报告的分析诊断通过远程传输信息，最终诊断报告由本地医生提出。异地专家只是提供参考意见，以协助本地医生做出正确诊断。远程诊断是远程医学的最高类型。它在分享医学影像及其他各种诊断信息的同时，最终诊断报告要由远在异地的专家签署，责任重大。因此，在涉及到图像质量的数据采集、压缩、传送、解压缩、处理和显示的各个技术环节都不可有差错，以免造成图像质量的明显损失，从而作出错误诊断。在当前技术水平下，要想使数字化的医学影像数据在各个环节都毫无损失是做不到的，因此，世界各国对远程诊断都十分慎重。,三、医学影像发展趋向,近30年来医学影像学发展迅速，自放射学发展成为诊治兼备的现代医学影像学，开创了本学科的新纪元。步入新世纪，知识经济的兴起，即以知识为基础的经济时代，知识和科技的创新、传播、应用和普及，以及知识的全球化和可持续发展将成为人类经济和社会发展的主流。作为生命科学的重要组成部分，医学科学包括医学影像学的发展，将具有以下特征：（1）随生命科学的发展，基础科学尤其是分子生物科学、生物技术、基因工程的进展，将深入和影响临床医学含影像的进程。例如：生理功能，代谢成像和基因治疗等已经并将进一步深入影像学诊治及其基础研究领域；,医学影像发展特征：,（2）随信息科学的发展，由于PACS系统、智能型计算机和工作站、计算机辅助诊断和治疗等的进展和实用化，“网络影像学（network imaging）”将会到来；（3）随微机、微电子技术（micromachine/electronics）的发展，新的影像和介入器械、器具，CT/MR新技术如图像采集和显示、三维仿真成像、器官/疾病特异性对比剂的开发、MR频谱成像的结合，以及新一代治疗导管/内支架传送装置的开发、应用，影像诊断和介入治疗将进一步向广深发展；（4）随社会经济和人民生活水平的提高，人口老龄化，医疗服务体系（Health Care System）的转变，人们对安全、有效而微创/无创性诊治方法及需求将会不断提高。,四、医 学 图 象 的 采 集,数字化图像信息采集包括两个方面任务，一是数字化图像的形成，一是数字化图像文件的采集。对各类成像系统（包括B超和彩超）来说，前者已由系统本身完成，数字化图像信息采集的任务只是通过采集接口模块或设备将数字化图像信息从主机中取出，并构成数据文件存储到存储设备中去，供显示或传输。对常规X射线照相平面胶片数字化处理则包括上述两方面任务。本节内容:1、采集集成系统设计 2、系统硬件配置,1、采集集成系统设计,常规X射线照相平面胶片数字化（包括其它硬拷贝图像信息）设备主要有视频分帧摄像机（Video-frame grabbers）、数字化仪（Digitizers）及对数字模式影像（CT、MRI、超声、核医学影像）的采集等几种。目前可提供的数字化仪有三类：即激光数字化仪、电荷耦合器件（CCD）数字化仪和计算放射学、荧光板X射线系统。,2、系统硬件配置,包括X-CT、MRI、PET和SPET在内的断层扫描成像模式，利用计算机高速运算处理能力，在X射线等激发源作用下围绕人体做断层或螺旋扫描，可在一个呼吸周期内采集几幅以至几十幅断层投影信息，这些投影信息经计算机处理重构后，可在主机监视器上显示重构的断层模拟图像，然后采用多幅（模拟）摄影机摄录在感光胶片上。对这些投影信息进行进一步计算机处理，可获得任意位置的断层图像，甚至可重构成三维（3-D）彩色图像。这类数字化成像系统形成的数字图像信息可采用激光胶片打印机及其和成像系统之间的接口-扫描输入设备（Scan Input Device，SID）来采集。SID同数字成像系统主机相连，将重构的数字图像信息读入，并按一定的格式形成图像数据文件，存入硬盘或光盘存储设备，同时驱动激光胶片打印机用激光将数字图像的像素矩阵“打印”在感光胶片上。,五、非医学诊断图象的获取方法,实际上，在医院尚有很多不属于医学影像（诊断用），而主要用于医生相互间交流的影像资料，如CAI教学资料等。对这类非医学诊断影像资料的获取也是一门重要的学问，这类影像资料常用的获取方法包括以下5种：,影像资料常用的获取方法,（1）采用视频捕捉卡直接进行视频资料的采集，这是最有效和快捷的方法。通过视频捕捉卡和相应的软件就可以把电视、录像等视频信号采集下来，并存储成AVI、MPG、MOV等数字化影像格式文件。（2）形形色色的多媒体素材库光盘是获取影像资料的主要途径之一，光盘中往往都含有多种影像资料，常见的影像资料格式有：AVI、MPG、MOV、FLC、FLI、DIR、DAT等。（3）通过VCD、DVD等视盘获得，采用超级解霸等软件可以把VCD视盘上的某个片段采集下来，存储成AVI、MPEG等影像格式文件。（4）通过各种图像、视频编辑软件制作数字影像资料，缺点是需要熟悉软件的使用方法，制作周期长。（5）有些多媒体软件和光盘中没有现成的影像资料文件，可以采用动态屏幕捕捉软件对我们感兴趣的内容进行捕捉，最后存储成AVI、MPG、MOV等影像格式文件供日后调用。,六、多媒体体数据压缩与解缩,假设播放的图像是640480的幅面，选择显示色彩为24位真彩色，那么一帧画面的大小为6404803=0.9MB（兆字节），按一秒钟25帧画面计算，每秒的数据量0.9MB25帧/秒为22.5MB，一张650MB的CD-ROM盘片可以储存650MB22.5MB/秒小于30秒的活动图像，即使按320240的幅面计算，也只能存储不到2分钟的图像。可见，从存储容量来看，不压缩图像是不行的。另一方面，如果要让计算机播放这样的活动图像，那么计算机从外存到内存的数据传输率必须达到22.5MB以上（按320240的幅面计算也需要约5.6bps），才能保证画面被连续的播放，而这个数据的传输率已大大超出了硬盘的能力，即使把没有压缩的电影存储在CD-ROM上，也无法足够快地把这些数据传到计算机内存中去播放，所以从数据传输率来看，也必须把图像压缩。在多媒体技术中数据压缩是必不可少的。,如果原来有一个文件A的大小为100KB，有一个经对A处理后生成的文件B的大小为50KB。假如B所表达的信息与A一样（当然B里的信息需用某种方法解压缩才能恢复出原先的信息），那么就称B为文件A经压缩后产生的文件，其压缩比为21。按压缩后的信息与原信息间的关系来划分，有两大类不同的压缩方法，有损压缩与无损压缩。无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何信息的压缩方法，即压缩后的信息经解码后可百分之百地恢复出原来的信息。有损压缩则在压缩过程中会丢失一些不重要信息的压缩。,信 息 的 压 缩,信息可以被无损压缩，是因为原始信息里存在着信息相关性。信息可以被有损压缩是因为原始信息里的某些成份对人来说是不重要的，或者是人所不敏感的。多媒体信息的数据压缩的目的是获得较小的存储容量和较高的传输速率。无损压缩方法是大多数多媒体的有损压缩方法的重要组成部分，在信息论中，是用熵来解释相关性的。简单地说，熵是热力学中的一个概念，本身是系统状态的函数，可以用来度量系统有序与无序的程度，是系统失去信息多少的量度。一样东西越有序，熵就越高，反之则越低。信息量也可以用熵值来衡量，熵越低则信息量越丰富，所以一段无序的序列数据的信息多于一段有序数据的信息量。信息的相关性减少了信息所包容的信息量，所以从理论上来说，可以用另一个更短的但没有相关性的信息来表达同样多的信息量，这就是压缩的理论依据。,无损压缩的基本方法,计算机中进行数据无损压缩的最基本方法是Huffman编码，用Huffman编码必须进行频率统计分析，再构造编码表，而对一个大的数据文件进行全部的概率统计需要耗费大量的运算时间，Huffman是比较慢的压缩，它比较适合于概率特性基本固定的数据文件。这时，可以用一个早已预先构造好的编码表进行编码，以避免每次都对数据文件进行概率统计。当然这时它的压缩效率就完全取决于原先设定的概率分布是否符合当前被压缩的数据文件。,无损压缩的基本方法,除了Huffman编码以外，还有很多其他的无损压缩编码方法。如著名的LZW压缩方法（它是ARI、LHA、PKZIP等压缩软件的理论基础，适用于对计算机磁盘文件的压缩）和算术编码。后者的特点是不需要事先构造编码表，其编码过程是自适应的，即能边编码边按数据文件的特性自动调整编码方案。无损压缩都是基于信息的统计学特征，又称为统计编码或熵编码。,本节主要内容,1、图像压缩,2、图像压缩及解压标准,1、图像压缩,图像在计算机中是以数字的方式表示的（图像文件一般总是比较大的）。由于图像在计算机里表现为数据，因而也可以用前面所提到的数据的无损压缩的方法进行压缩。其压缩的效率取决于图像数据的相关性。图像数据的相关性表现在相邻的平面区域内像素点的亮度及颜色值相近。正是这些相关性使图像的压缩有了可能。一种对图像进行无损压缩的最简单的方法称为行程编码，这也是计算机中常用的图像压缩方法之一。Huffman、LHA等等无损压缩方法都能用于图像压缩。图像无损压缩的压缩率在210之间，比较纯的图像，尤其是计算机产生的图形具有较高的压缩率，照片的压缩率则比较低，通常只在23之间。,二三倍的压缩率是远远不能满足医学临床需要的。因为较高的压缩率就意味着一个多媒体应用软件可以附带更多的图像，或者通过网络传递一幅图像时的通信代价更小，故对高压缩率的追求是无止境的。从实际需求来看，对静态图像的压缩率至少应在10以上才能基本满足应用要求，而且压缩率越高越好。为了达到高的压缩率，就必须采取有损压缩的方法，即牺牲图像的细节来换取更好的压缩效率。显然牺牲更多的细节会带来更高的压缩率，而不同目的的图像，其允许的细节损失也是不同的。一个通用有损的压缩方法应能调整不同压缩率，以适应不同目的的需求。有很多种实现图像的有损压缩的方法，其基本思想都是基于某种类似于二维频谱分析的变换，现来看看一维的情形。,由于计算机只能用有限位二进制来表达数据，所以量化是计算机技术最基本的手段。量化本身并没有达到压缩的目的，但量化为进一步压缩创造了条件。对量化后信息的进一步压缩就可以采用无损的统计编码，因为此时信息里充满了相关性，故可获得非常高的压缩率。动态图像除了它每一帧的静态图像内的相关性外，还存在着很大的帧间相关性，因为通常相邻两帧之间的画面差异是相当小的。动态图像的这种相邻画面的相似性使得它可以被高比率地压缩。把相邻两帧相减所有相同的部分被减去了，只有不同的部分被保留了下来，依此类推。可以把原动态图像帧序列中的每相邻两帧间作一个减法，用这个新的序列来代替原来的帧序列（当然第一帧是要保留的），再对新序列的每一帧可用静态图像的压缩方法进行压缩。,动态图像解压缩,当解压缩时，可先解出第一帧，然后解出第二个差异帧把它加上第一帧就获得了原来的第二帧，解出第三个差异帧，再加上刚刚得到的第二帧即获得了原来的第三帧。依此类推，可解出所有原来的帧。即：用差异帧来代替原先的帧以揭示帧间相关性，用静态图像压缩的方法来进行真正的压缩。,2、图像压缩及解压标准,用有损压缩的方法压缩后的图像文件，可用某一种格式保存，如欲观看图像，需经过一套解压缩的过程，或者说需要专门的解压缩的软件，而不同的压缩方法，哪怕只是细微的格式差异，必然会带来一个问题，即甲压缩的图像乙无法观看，除非乙也有甲的解压缩软件，这样给压缩图像的传播带来了困难。彻底解决的方法是：使大家都采用一个共同的压缩标准，只要有一个标准解压缩软件就可以解压缩所有遵从这个标准的压缩图像，这就大大方便了压缩图像的传播。,静态图象压缩标准,JPEG（联合图片专家小组）就是这样一个图像压缩的国际标准。JPEG标准同时包括了无损的和有损的压缩方法，无损压缩应用于对图像要求特别高的场合，有损压缩适用于一般的情况。JPEG压缩方法是静态图像压缩的主要方法，通常JPEG压缩能达到4.5倍至50倍的压缩比率，压缩效果的一个最常用的标准是平均每个像素点的位数（B/P），显然此数字越小，表示压缩比率越高。,动态图象压缩标准,MPEG-1，1992年11月被定为国际标准。目标是在一种可接受的质量下，把视频及其伴音信号压缩到速率大约为1.21.5Mb/s的单一MPEG位流（或数据流）。以实现CD-ROM驱动器的实时播放每秒30帧的全活动彩色视频信号。MPEG-1系低传输率下标准。MPEG-2，1994年11月成为国际标准。目标是把视频及其伴音信号压缩到10Mb/s。这是一个一般性的、适应性广的动态影像和声音编码方案，它兼容MPEG-1，经实验可适用于（1.560）Mb/s的编码范围，甚至还可以更高。以用于数字通信、存储、广播、高清晰度电视等的压缩编码。MPEG-2并不比MPEG-1好，只是其适用范围不同。MPEG-3，原计划目标是把视频及其伴音信号压缩到40Mb/s，后被取消。,如同JPEG标准一样，动态图像的压缩也需要一个共同标准，以便于交流压缩结果和开发相应的软硬件。该项工作是由MPEG（Moving Picture Expert Group活动图像专家小组）完成的。其主要标准有：,MPEG-4，计划用于传播速率低于64Kb/s的实时图像。MPEG-4是针对视频会议、视频电话的超低比率编码，其目标就确定为支持多种多媒体应用（主要侧重于对多媒体信息内容的访问），可根据应用的不同要求现场配置解码器，编码系统是开放的，可以随时加入新的有效的算法模块。同时，MPEG-4引入了对象（Object）的概念，实际上就是用物体基方法得到的分层区域。因此，物体基方法是基于内容压缩编码方法中的一类主要算法。它对具体的算法将不作规定，可以认为有一个工具箱，只要符合某种描述规则的新的、好的算法都可以加入。,Px64是一个由CCITT（国际电报与电话咨询委员会）提出的视频编码标准，用于活动视频和音频的信号压缩，目标是可视电话与电视会议。Px64符合CCITT和H.261建议，并把数据的多路复用、解多路复用、编帧、传输协议和带宽重合、呼叫建立和拆线等组合在一起。Px64Kb/s标准的压缩算法与MPEG压缩算法有许多相同之处，只是在传输比特率上它可覆盖较宽的信道频带，一般在带宽40Kb/s到40Mb/s之间以每秒30帧的速率在铜线或光纤电话线上传播，而MPEG只在较狭窄的频带上传播。MPEG-7实际上是“多媒体内容描述接口”，主要针对基于内容检索的要求。该标准的制定将益于以下一些应用领域的发展，这些领域包括数字化图书馆里图像分类目标、音乐字典等；多媒体目录服务即“黄页”；广播式媒体选择包括收音机频道、电视频道等；多媒体编辑包括个人电子新闻服务，媒体著作等。,1、什么是模拟图像和数字图像？2、怎样将模拟图像数字化？包含哪些技术？3、数字图像在计算机内部的表示方法有哪几种？4、视频图像是怎样传播的？5、什么是有损压缩和无损压缩？各有哪些压缩方法以及怎样实现的？,思考题,