一種應(yīng)用于醫(yī)療影像LCD的簡(jiǎn)易曲線數(shù)據(jù)壓縮算法

金仲華+馬夾夾+徐洪杰+馬丙林+何小龍

摘要：隨著LCD液晶技術(shù)的發(fā)展和價(jià)格的不斷降低，液晶顯示技術(shù)逐漸應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，其中包括計(jì)算機(jī)、通訊、醫(yī)療、工業(yè)控制、家庭娛樂(lè)、廣告、儀表等。本文針對(duì)醫(yī)療LCD液晶設(shè)備，研究了與其顯示性能相關(guān)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LCD；色溫；內(nèi)置LUT；曲線數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)壓縮

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）21-0213-01

1 引言

LCD液晶顯示技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用到了各個(gè)商用領(lǐng)域，除了作為普通辦公、家庭顯示之外，LCD還應(yīng)用到了醫(yī)療的影像診斷領(lǐng)域，如用于X-Ray、CT、超聲等設(shè)備上。醫(yī)療LCD顯示的要求與普通LCD的顯示不一樣，除了考慮亮度、對(duì)比度之外，還要考慮內(nèi)置的LUT。內(nèi)置的LUT反映了醫(yī)用LCD所具備的曲線標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是為了統(tǒng)一影像在不同系統(tǒng)、不同應(yīng)用下的顯示效果，為醫(yī)用顯示器性能指定的規(guī)范，如DICOM PART3.14、Gamma CIE、Gamma2.0等標(biāo)準(zhǔn)。一般醫(yī)用LCD會(huì)內(nèi)置多個(gè)LUT。通常情況下，醫(yī)用LCD曲線標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到的顯示效果是通過(guò)LCD曲線數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該曲線數(shù)據(jù)影響著圖像的亮度及色溫變化。亮度是指畫(huà)面的明暗程度；色溫是照明光學(xué)中用于定義光源顏色的一個(gè)物理量，光源的色溫不同帶給人眼的感覺(jué)是不同的，高色溫低亮度會(huì)給人偏冷的感覺(jué)，畫(huà)面會(huì)偏藍(lán)；而低色溫高亮度給人一種悶熱的感覺(jué)，畫(huà)面會(huì)偏紅一些。更改醫(yī)用LCD內(nèi)置的曲線標(biāo)準(zhǔn)，即可以達(dá)到所需要的畫(huà)面效果。

2 簡(jiǎn)易壓縮算法

曲線數(shù)據(jù)通常是存儲(chǔ)在LCD控制電路中一個(gè)容量較小的flash或E2PROM芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)可分為R、G、B三槍數(shù)據(jù)。普通的LCD都具有256灰階（8bit LUT）能力，所謂灰階就是指顏色的亮度層次，它代表了由最暗到最亮之間不同亮度的層次級(jí)別。中間層級(jí)越多，所能夠呈現(xiàn)的畫(huà)面效果也就越細(xì)膩。但是由于256灰階中間層級(jí)的有限性，其無(wú)法顯示醫(yī)療影像細(xì)膩的灰階明暗及精確的灰階度，因此考慮采用更高比特的LUT來(lái)改善畫(huà)面的顯示質(zhì)量。本文結(jié)合在項(xiàng)目中使用的具有12比特處理能力的控制芯片602X系列，采用12bit的LUT。12bit的LUT從4095灰階（12bit）提取出最精確的256灰階（8bit），這類(lèi)顯示器在灰階的表現(xiàn)上更加平滑、灰階等級(jí)更精確、顯示的畫(huà)面更細(xì)膩。

LUT曲線數(shù)據(jù)分為了R、G、B三槍數(shù)據(jù)，每一槍數(shù)據(jù)都有256組，有的CRT，每一槍數(shù)據(jù)還分為1024組，這里只討論256組情況。對(duì)于8bit的LUT，一個(gè)曲線標(biāo)準(zhǔn)需要占用的存儲(chǔ)空間為3*256=768個(gè)字節(jié)，而對(duì)于12bit的LUT則需要占用的存儲(chǔ)空間為（2*256）*3=1536個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大2倍。一般LCD上會(huì)內(nèi)置多個(gè)曲線標(biāo)準(zhǔn)，那么在某些情況下，之前用于存儲(chǔ)曲線數(shù)據(jù)的芯片的容量已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足12bitLUT的要求，因此，或考慮提升存儲(chǔ)芯片的容量或考慮采取一種合理簡(jiǎn)易的壓縮算法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。提升存儲(chǔ)芯片容量，就面臨著增加研發(fā)開(kāi)銷(xiāo)的問(wèn)題，并且不斷更換存儲(chǔ)芯片，也不利于研發(fā)的進(jìn)行，因此本文結(jié)合在項(xiàng)目研發(fā)中遇到的數(shù)據(jù)壓縮問(wèn)題，介紹一種合理簡(jiǎn)易的壓縮算法來(lái)實(shí)現(xiàn)曲線數(shù)據(jù)的壓縮。

對(duì)于一組12bit的LUT，理想情況下需要占用1536個(gè)字節(jié)，但是曲線數(shù)據(jù)的每一槍數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是由小到大遞增，也就是說(shuō)提供1536個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間并不是被百分百利用，起碼在256灰階數(shù)據(jù)中的低階部分可以用8比特（1個(gè)字節(jié)）甚至更少的空間來(lái)存儲(chǔ)，因此合理安排并壓縮數(shù)據(jù)對(duì)節(jié)省空間至關(guān)重要。傳統(tǒng)的壓縮算法大部分都具有針對(duì)性，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。因此本文結(jié)合在項(xiàng)目中遇到的曲線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)壓縮的設(shè)計(jì)和實(shí)施。根據(jù)LUT曲線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)壓縮共分為了三個(gè)步驟，以曲線數(shù)據(jù)的R槍數(shù)據(jù)為例，壓縮前數(shù)據(jù)量是2*256=512個(gè)字節(jié)，一組數(shù)據(jù)型如136，146，155，163，171…。

第一次和第二次壓縮進(jìn)行了簡(jiǎn)單的差值運(yùn)算，公式如下：

B（0）=A（0）；

B（i）=A（i）-A（i-1），i>0

其中A為壓縮前的數(shù)據(jù)，B為壓縮后的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)第二次壓縮后，各個(gè)數(shù)據(jù)值已經(jīng)縮小到256以下，所以原占用512個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以被壓縮成256個(gè)字節(jié)。并且壓縮后數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是256個(gè)數(shù)據(jù)中除了前后一段數(shù)據(jù)絕對(duì)值略大一些之外，中間其余的數(shù)據(jù)絕對(duì)值都要小于16，因此第三次壓縮分為了分段數(shù)據(jù)真值壓縮和符號(hào)位壓縮。根據(jù)第二次壓縮后數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，將256個(gè)數(shù)據(jù)的前后段各20個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)真值按字節(jié)存儲(chǔ)，剩下的216個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)真值按照兩個(gè)字節(jié)壓縮存儲(chǔ)到一個(gè)字節(jié)的方法進(jìn)行壓縮。另開(kāi)辟32個(gè)字節(jié)的空間用來(lái)存儲(chǔ)256個(gè)數(shù)據(jù)的符號(hào)位，這樣經(jīng)過(guò)三次壓縮后，原512字節(jié)的數(shù)據(jù)被壓縮至180個(gè)字節(jié)，壓縮比率達(dá)到了0.35。

3 小結(jié)

內(nèi)置LUT影響著醫(yī)用LCD的最優(yōu)顯示效果，而LUT是由對(duì)應(yīng)的曲線數(shù)據(jù)所決定，因此曲線數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)用LCD有著至關(guān)重要的作用。曲線數(shù)據(jù)在LCD的控制電路中占據(jù)著較大的存儲(chǔ)空間，隨著LUT的升級(jí)，空間占用更為明顯。因此，為了節(jié)省空間需要采取一種合理的數(shù)據(jù)壓縮算法。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮算法具有一定的針對(duì)性，并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。本文針對(duì)在項(xiàng)目中遇到的曲線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)壓縮的設(shè)計(jì)和實(shí)施，該算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，壓縮比率達(dá)到了0.35。