远程医疗系统图像压缩及传输关键技术研究

论文摘要

远程医疗是一种新型的医疗服务,在医学活动中起着越来越重要的作用,对远程医疗关键技术的研究具有非常重要的现实意义。论文研究了DICOM医学图像和视频图像的压缩及传输技术,旨在解决远程医疗中的医学数据传输、视频通信、数据存储等关键技术。DICOM医学图像文件所占空间普遍较大,不利于传输和存储,本文首先研究了DICOM文件格式,提取其中的像素信息,为图像压缩做好前期工作,在图像压缩时引入了量化因子的概念,通过调节量化因子的数值达到控制图像质量的目的。对于DICOM文件中的非像素信息部分,由于不能压缩,所以在进行压缩前先保存到文本文件中,最后将得到的压缩图像和文本文件重新封装为DICOM标准格式。在研究了DICOM通信标准后编程实现了其中的C-STORE服务,完成了DICOM医学图像的传输,由于采用了DICOM协议进行传输,本功能可以很方便地集成到PACS系统或HIS系统中去,为后期开发节约成本,提高开发效率。远程视频是远程医疗很重要的组成部分,本文选取H.264视频图像为研究对象,实现了H.264视频的编解码和本地存储以及远程传输,实现了视频的压缩和传输。在H.264视频编解码和本地存储时采用了DirectShow流媒体开发技术,有效地缩短了开发时间。H.264视频传输方面,在实现H.264视频传输的基础上,重点研究了如何提高视频传输服务质量,通过双内存缓冲机制和AIMD速率控制算法提高了视频的传输质量,尤其是在低带宽网络环境下其优势更加明显。双内存缓冲机制的原理是在SCU和SCP端分别开辟两块内存区域,SCU端采集的数据先放到第一个内存块中,等第一个存满再存到第二个内存块中,同时将第一个内存块数据发送到SCP的第一个内存块中；SCP接收到后并不立即取出播放,而是等到内存块存满后再播放,同时将接收的数据存储到第二个内存块中。本文对DICOM医学图像的研究工作可为医学数据的传输和存储提供很好的解决力案,为医生远程诊断提供有效的帮助,离线存储的医学数据可供医生随时查阅,有助于医生提高业务水平。对视频编解码和传输的研究工作可为医患之间提供更便捷的交流,也有助于远程观摩和远程教学及交流。另外,本论文的研究工作主要基于软件实现的,成本低,有利于在中小医院普及远程医疗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 国内外发展及现状
• 1.2.1 国外发展与现状
• 1.2.2 国内发展与现状
• 1.3 论文主要研究内容和结构
• 1.3.1 论文的主要研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 第2章 DICOM医学图像压缩研究
• 2.1 DICOM标准概述
• 2.1.1 DICOM标准简介
• 2.1.2 DICOM标准的内容及其相互关系
• 2.2 图像文件结构解析
• 2.2.1 DICOM图像文件结构
• 2.2.2 BMP图像文件结构
• 2.2.3 JPEG图像文件结构
• 2.3 图像压缩算法简介
• 2.3.1 无损压缩算法
• 2.3.2 有损压缩算法
• 2.4 DICOM图像压缩的实现
• 2.4.1 DICOM非像素信息部分的提取
• 2.4.2 DICOM图像转化为BMP图像
• 2.4.3 BMP转化为JPEG的实现
• 2.4.4 JPEG封装为DICOM压缩图像
• 2.5 试验结果及分析
• 2.5.1 DICOM非像素信息提取结果
• 2.5.2 不同量化因子下图像质量及压缩比
• 2.6 本章小结
• 第3章 DICOM医学图像的传输
• 3.1 DICOM通讯原理
• 3.2 与DICOM通讯相关的几个概念
• 3.2.1 DICOM消息服务元素DIMSE
• 3.2.2 DICOM上层协议ULP
• 3.2.3 协议数据单元PDU
• 3.2.4 表示数据值PDV
• 3.3 DICOM医学图像传输的过程
• 3.3.1 连接协商
• 3.3.2 数据传输
• 3.3.3 释放连接
• 3.4 DICOM医学图像传输的程序实现
• 3.4.1 TCP层的编程实现
• 3.4.2 DICOM上层协议的编程实现
• 3.5 程序运行及结果
• 3.5.1 DICOM医学图像传输界面及操作
• 3.5.2 传输结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于H.264和DirectShow的视频图像压缩
• 4.1 视频压缩概述
• 4.1.1 视频压缩的必要性
• 4.1.2 视频压缩的可行性
• 4.2 视频压缩标准简介
• 4.2.1 AVS标准
• 4.2.2 MPEG系列标准
• 4.2.3 H.26x系列标准
• 4.3 H.264中的新技术
• 4.3.1 帧内预测模式
• 4.3.2 帧间预测模式
• 4.3.3 去块效应滤波
• 4.3.4 分层结构
• 4.4 H.264编解码器结构
• 4.4.1 编码器结构
• 4.4.2 解码器结构
• 4.5 DirectShow简介
• 4.5.1 DirectShow系统功能框图
• 4.5.2 DirectShow编译环境的配置
• 4.5.3 DirectShow Filter开发步骤
• 4.6 H.264视频编解码器的设计与实现
• 4.6.1 H.264视频编解码器的设计
• 4.6.2 保存为AVI文件
• 4.7 程序运行及结果
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于RTP的视频图像传输
• 5.1 视频传输协议的选择
• 5.2 实时传输协议和实时传输控制协议
• 5.2.1 RTP实时传输协议
• 5.2.2 RTCP实时传输控制协议
• 5.3 H.264视频数据的RTP封装
• 5.3.1 NAL单元
• 5.3.2 RTP封装时NALU的处理
• 5.3.3 H.264视频数据的封装
• 5.4 RTP和RTCP协议的软件实现
• 5.4.1 数据结构
• 5.4.2 主要类介绍
• 5.4.3 RTP和RTCP包的处理过程
• 5.5 视频传输的QoS控制
• 5.5.1 双内存缓冲机制
• 5.5.2 速率控制
• 5.6 系统发送端和接收端的设计与实现
• 5.7 实验结果及分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢