在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖像的系統和方法

專利名稱：在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖像的系統和方法
在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖像的系統和方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理，特別是涉及在頻譜捷變無線電設備(spectrum agile radio device)之間傳輸圖像而無需重傳像數據的系統和方法。
遠程放射學和圖像存檔和通信系統(PACS)受益于高速網絡和高 效協議，如傳輸控制協議/網絡協議(TCP/IP)，其可以無瑕瘋地(即 沒有任何數據損失地)和及時地傳遞圖像。TCP是TCP/IP網絡中的一 個主要協議。TCP使得兩臺主機能夠建立連接并交換數據流。TCP保證 數據的傳遞，也保證分組以與其發送順序相同的順序傳送。然而，這 些要求對無線網絡來說卻是毫無彈性的。例如，對沒有數據損失的完 美數據傳遞的嚴格要求阻礙了在無線網絡之上使用某類放射學應用。 這些應用運行在低帶寬和低噪聲頻譜的無線環境中。而且，這些應用 并不需要呈現完美的圖像以便讓醫務人員對有關患者進行臨床觀察與 診斷，例如，使用胸部X射線圖像檢查管子在患者胸部的位置。
圖像采用編碼算法進行傳送，該編碼算法控制來自圖像的像素放 置在分組/幀中的位置。圖像一般編碼為包含互相鄰接的像素的分組， 并且這些分組以逐行方式順序傳送。給定分組的丟失將導致所顯示圖 像中整行的丟失，或者，如果相鄰的分組丟失，那么就會出現所顯示 圖像的局部區域模糊。如

圖1(a)到1(d)所示，所顯示圖像中的丟失的 確切本質，依賴于所使用的編碼算法的類型，例如基于光柵(raster) 的編碼(圖1 (a))、基于方塊的編碼(圖1 (b))、隨機分散編碼(圖 l(c))或規則分散編碼(圖l(d))。在每個圖中，數據丟失都以陰影 區域X表示。如果丟失發生在與診斷有關的區域，那么至關重要的信 息可能會丟失，這可能會導致醫學誤診。
無線協議可能會因為傳送中的錯誤而在任何時候丟失分組/幀。事 實上幀丟失常常是"突發"的，即，兩個或更多緊挨著的分組丟失。 無線協議使用不同的機制恢復數據丟失。這些機制的例子有重發肯定 應答(PAR)和自動重發請求(ARQ)。這些機制涉及被破壞的或未收
到的幀的重傳。然而，重傳將引起數據吞吐量的降低。這種數據吞吐 量的降低在含噪傳送環境中變得更加顯著。
圖2是肯定應答和幀重傳的范例協議的示意圖。參照圖2，"圖像 源"發送幀1，設定超時定時器，并等待兩事件中的一個發生。第一個 事件是從"圖像目的地"接收到一個包含對接收到幀1的肯定應答的 幀。接下來，圖像源重復設定超時定時器的過程并發送幀2。圖像源所 等待的第二個事件是超時定時器到期。這允許圖像源認識到，到現在 為止，正確接收幀1的應答沒有收到。結果，圖像源基于沒有接收到 應答而重傳幀l。更加復雜的錯誤控制機制也是已知的。然而，幀的重 傳仍然是個耗時的過程。而且，在無線環境中，錯誤總是極易發生。
本發明是用于在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖 <象數據的系統和方法。本發明的系統和方法對分組進行編碼和送傳， 以使允許傳送中丟失的圖像數據的有效恢復而無需重傳數據。
替代編碼包含相鄰像素的分組和將它們逐行傳送，本發明的系統
果，、發生的任何丟失都將分布在整個圖像之中而不是在特定的行或者 圖像的獨立區域中。可供利用的數據恢復的選項在如下文章中有描 述Turner等人， "I邁age Transfer: an end-to-end design (圖 像傳輸端到端設計)"，SIGGCOMM，92，馬里蘭州巴爾的摩，1992 年8月。
本發明的發明人觀察到可以容許高達15%的圖<象數據丟失而不會 影響圖像數據的診斷可靠性。作為本發明的發明人所進行的研究的一 部分，請放射線醫師分別察看0°/。、 15%和25%的圖<象數據丟失的個別乳 腺X射線照片圖像。然后，放射線醫師報告塊病變或微小鈣化簇的存 在與否。該研究使用了包含很小的微小鈣化簇的乳腺X射線照片圖像。 微小釣化簇足夠小，以至如果發生分組丟失，那么個別的微小鈣化甚 至整個簇的顯著部分將從圖像中消失。這可能導致放射線醫師不能檢 測到病變，或者，即使檢測到，也可能導致放射線醫師錯誤地確定病 變是良性而不是惡性的。研究表明，高達15%數量的分組丟失(即，丟 失的分組沒有重傳)不會影響放射線醫師診斷準確度。
根據本發明，圖像描述模塊用于提供將要傳輸到頻譜捷變無線電設備的圖像的描述。包含在圖像描述模塊中的信息根據醫學數字成像
及通訊(DIC0M)信息對象定義(IOD)被格式化。這一模塊包含諸如 分組的圖像的像素行長、列長之類的信息。包含數據的傳送特征模塊 (transmission characteristics module)用于提供頻鐠捷變無線電 的當前傳送機會描述，比如協議參數和設備周邊環境的特征。數據鏈 接要求模塊用于存儲表示圖像參數、傳送協議和數據鏈接設置之間關 系的數據。
推理器(reasoner)模塊從傳送特征模塊獲得傳送特征參數、從圖 像描述模塊獲得圖像描述參數和從數據鏈接要求模塊獲得數據鏈接要 求參數，并將這些參數用于生成幀設置，比如分組/字節偏置量，其用 于確保沒有兩個相鄰圖像像素被放在同 一個傳送幀中。
本發明降低了與頻譜捷變無線電設備的制造有關的成本，因為其 不要求傳送設備緩沖圖像以用于隨后的圖像數據重傳。另外，更快的 圖像傳送成為可能，因為不需要等待應答和重傳。
本發明的其他目的和特征將在下述的與附圖結合的詳細描述中變 得顯而易見。然而，應當理解，附圖僅僅為說明的目的而不是作為對 發明界限的定義而設計，發明界限的定義將由隨附的權利要求來完 成。還應當理解，附圖沒有必要按比例繪制，而且除非另有說明，附 圖僅僅是試圖原理性地圖示其中所描述的結構和過程。
本發明的前述的以及其它的優點和特征在下面參照附圖給出的本 發明的范例實施例的詳細描述中將更加明顯，在附圖中
圖l(a)到1(d)是幀/分組丟失對圖像的影響的示意圖2是肯定應答和幀重傳的范例協議的示意圖3是用于確保同一個分組中沒有兩個字節在圖像空間中相鄰的 參數使用的范例示意圖。
圖4是用于控制圖像空間中相鄰幀在時間上相距多遠的參數使用 的范例示意圖；和
圖5是圖示說明用于為傳送圖像生成合適的幀設置的系統的示意 方框圖。
本發明是在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖像數
據的系統和方法。頻譜捷變無線電是一種設備，其可以基于與其操作 環境的交互而改變其傳送器參數。這種交互可能包括與其他頻鐠用戶 的主動協商或通信和/或設備內的被動感測和決策。頻鐠捷變無線電選 擇在位于頻譜捷變無線電中的監視器能夠使用的給定機會存在的帶寬。
根據本發明，復雜的、高速編碼機制將用于在"規則分散"幀中
對所傳送圖像進行編碼。丟失的像素利用四鄰值插值(four-neighbor interpolation)進行恢復。即，幀中四個相繼的像素將用于執行插值。 結果，可能丟失多個幀而不影響圖像用于診斷目的的可靠性或是放射 線醫師基于圖像準確診斷患者疾病的能力。
圖3是用于確保同一個分組中沒有兩個字節在圖像空間中相鄰的 參數的使用的范例示意圖。這里，像素利用一個參數(比如等于行長 + 2的字節偏置量)分配到分組。圖4是用于控制圖像空間中相鄰幀在 時間上相距多遠的參數的使用的范例示意圖。
借助像素數為行長乘列長的圖像尺寸，基于關鍵參數，優選是兩 個參數，即字節偏置量和分組偏置量，規則分散編碼得以執行。這里， 字節偏置量用于控制單個幀中的字節怎樣分布在N個傳送幀的圖像組 中。字節偏置量還用于確立同一個幀中相鄰像素間的字節數。因此， 字節偏置量確保同一個分組中沒有兩個字節在圖像空間中是相鄰的， 正如圖3所示。
如圖3所示，字節的分組1在N個傳送幀的圖像組中以預先定義 的字節偏置量間隔，例如2，進行編碼。進一步參照圖3，這使得字節 在N個傳送幀的圖像組的幀內以每兩幀的間隔散布。
分組偏置量用于減輕與"突發"幀丟失有關的問題。即，分組偏 置量用于確立相鄰分組的起始像素之間的字節數。因此，分組偏置量 參數控制圖像空間中相鄰幀在時間上相距多遠，如圖4所示。因此， 字節偏置量和分組偏置量確保沒有兩個相鄰圖像像素會在同一個傳送 幀中。即，在N個傳送幀的同一組內的兩個分組中，沒有兩個相鄰圖 像像素會在同 一個傳送幀中。
如圖4所示，字節的分組1在N個傳送幀的圖《象組中以預先定義 的字節偏置量和分組偏置量(例如2+4)進行編碼。另外參照圖2，字 節的分組2在N個傳送幀的圖像組中以預先定義的字節偏置量和分組偏置量(例如2+4)間隔進行編碼。根據本發明，這確保了字節以一種 沒有兩個相鄰圖像像素位于同一個傳送幀中的方式散布。自然地，本 領域的技術人員會認識到，其它的編碼方案可以用于對分組或幀進行 編碼，以使沒有兩個相鄰圖傳 象素位于同一個傳送幀中。
圖5是圖示說明根據本發明的用于為傳送圖像生成合適的幀設置 的系統500的示意方框圖。這里，幀設置應用于包含圖像數據的幀， 以便編碼和傳送來自數據的非相鄰區域的包。參照圖5，圖像描述模塊 510提供對將要傳輸到頻鐠捷變無線電設備的圖像的描述。包含在圖像 描述模塊510中的信息根據醫學數字成像及通訊(DICOM)信息對象定 義(IOD)被格式化。模塊510包含諸如圖像像素行長、列長之類的信 息。在本發明中，這些參數可以表達為可擴展標記語言(XML)。
傳送特征模塊520包含用于提供對頻譜捷變無線電的當前傳送機 會的描述的數據，比如協議參數和設備周邊環境的特征。在本發明中， 這些參數也可以表達為可擴展標記語言(XML)。
數據鏈接要求模塊530包含用于表示圖像參數、傳送協議參數和 數據鏈接設置參數之間關系的數據。在本發明中，這些數據利用Web 本體語言(OWL: Web Ontology language)構造。0WL被設計定義為 與萬維網(特別是Semantic Web)體系結構兼容。0WL既用統一資源 定位器(URL)也用由RDF提供的Web描述框架來將下述能力添加給本 體(ontology):跨多個系統分布的能力、對Web需求的可伸縮性、 對可達性和國際開放性和可擴展性的Web標準的兼容性。0WL建立在資 源描述框架(RDF)和RDF Schema之上，并增加更多用于描述屬性和 類的詞匯包括其它一些，還有類之間的關系(例如可分離性)、基 數(例如"正好一個")、等同性、更豐富的屬性類型、屬性的特征 (例如對稱性)，和枚舉類。
RDF Schema是描述怎樣在Web上使用RDF來描述RDF詞匯的標 準。本體是包括用于指向一個學科領域(subject area)中的術語的詞 匯(或名稱)和描述這些術語是什么、它們怎樣互相聯系、以及它們 怎樣才能夠或不能夠互相聯系的邏輯陳述的正式的、宣示性的表示。 本體提供用于表示和交換關于某學科和關系的一個集合(即分層結 構)的知識的詞匯表，所述關系在詞匯表中術語間是成立的。
推理器模塊540是個推斷引擎，它從傳送特征模塊520中取得傳
送特征，從圖像描述模塊510中取得圖像描述，從數據鏈接要求模塊 530中取得數據鏈接要求，并將這些參數用于生成幀設置550，比如分 組/字節偏置量，其被用于確保沒有兩個相鄰圖像像素放置在同一個傳 送幀中。
本發明的系統和方法降低了與設備制造有關的成本，因為不再需 要設備緩沖圖像用于隨后的圖像數據重傳。另外，可以實現更快的圖 像傳送，因為不再需要等待圖像幀或分組的應答和重傳。
因此，盡管這里顯示、描述并指出了本發明的應用于其優選實施 例的基本新穎特征，還應當理解，所圖示的設備及其操作的形式和細 節的各種省略、替代和改變可由本領域技術人員做出，且不違背本發 明的精神。例如，可以清楚地預見，以基本相同的方式執行基本相同 的功能以達到同一個目的的那些元件和/或方法步驟的所有組合都處 于本發明的范圍之內。而且，應當認識到，結合本發明的任意公開了以與任意其它公開了的或所描述或所建議的形勢或實施例相結合，當 成設計選擇的一般內容。因此，本發明僅僅受附于此的權利要求的范 圍所限制。
權利要求
1一種用于在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像的系統，包括推理器模塊，用于生成幀設置，該幀設置用于確保沒有兩個相鄰圖像像素被放在將被傳送的同一個幀中；圖像描述模塊，可操作地耦接到推理器模塊，用于存儲圖像描述數據；傳送特征模塊，可操作地耦接到推理器模塊，用于提供參數與頻譜捷變無線電所處環境特征；和數據鏈接模塊，可操作地耦接到推理器模塊，用于存儲表示圖像參數、傳送協議和數據鏈接設置中至少一個之間關系的數據。
2 權利要求1的系統，其中所述幀設置應用于包含圖像數據的幀， 以便編碼和傳送來自非相鄰區域的包。
3 權利要求l的系統，其中包含在圖像描述模塊中的信息根據醫學 數字成像及通訊(DIC0M)信息對象定義(IOD)被格式化。
4 權利要求3的系統，其中所述信息是圖像像素的行長和列長值之 中的至少一個。
5 權利要求3的系統，其中包含在圖像描述模塊中的信息表達為可 擴展標記語言(XML)。
6 權利要求1的系統，其中所述協議參數和環境特征提供對頻譜捷 變無線電設備的當前傳送機會和設備操作所處的環境條件的描述。
7 權利要求1的系統，其中所述協議參數和環境特征表達為可擴展 標記語言(XML)。
8 權利要求1的系統，其中表示圖像參數、傳送協議和數據鏈接設 置之間關系的數據使用Web本體語言(0WL)構造。
9 權利要求1的系統，其中所述推理器是個推斷引擎，它從傳送特 征模塊中取得傳送特征參數，從圖像描述模塊中取得圖像描述參數，從 數據鏈接要求模塊中取得數據鏈接要求參數。
10 權利要求9的系統，其中所述推理器基于參數生成幀設置。
11 權利要求1的系統，其中所述幀設置是分組偏置量值和字節偏置量值中的至少一個。
12 權利要求10的系統，其中所述幀設置是分組偏置量值和字節偏 置量值中的至少一個。
13 權利要求12的系統，其中所述分組偏置量和字節偏置量值用于 確保沒有兩個相鄰圖像像素被放在將被傳送的同一個幀中。
14 一種用于在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像的方法，包括 將存儲在圖像描述模塊中的圖像描述數據轉發到推理器模塊； 將參數和頻譜捷變無線電所處環境特征從傳送特征模塊轉發到推理器模塊；將數據鏈接模塊中表示圖像參數、傳送協議和數據鏈接設置中至少 一個之間關系的數據轉發到推理器模塊；基于圖像描述、參數和環境特征以及所存儲數據在推理器中生成幀 設置；和基于該幀設置來編碼圖像以便確保沒有兩個相鄰圖像像素被放在同 一個幀中。
15 權利要求14的方法，其中所述幀設置應用于包含圖像數據的 幀，以^便編碼和傳送來自非相鄰區域的包。
16 權利要求14的方法，其中包含在圖像描述模塊中的信息根據醫 學數字成像及通訊(DIC0M)信息對象定義(IOD)被格式化。
17 權利要求13的方法，其中所述信息是圖像像素的行長和列長值 中的至少一個。
18 權利要求16的系統，其中包含在圖像描述模塊中的信息表達為 可擴展標記語言(XML)。
19 權利要求14的方法，其中所述協議參數和環境特征提供對頻譜 捷變無線電設備的當前傳送機會和設備操作所處的環境條件的描述。
20 權利要求14的方法，其中所述協議參數和環境特征表達為可擴 展標記語言(XML)。
21 權利要求14的方法，其中表示圖像參數、傳送協議和數據鏈接 設置之間關系的數據使用Web本體語言(0WL)構造。
22 權利要求14的方法，其中所述推理器模塊是個推斷引擎，它從 傳送特征模塊中取得傳送特征參數，從圖像描述模塊中取得圖像描述參 數，從數據鏈接要求模塊中取得數據鏈接要求參數。
23 權利要求21的方法，其中所述推理器模塊基于參數生成幀設置。
24 權利要求16的方法，其中所述幀設置是分組偏置量值和字節偏置量值中的至少一個。
25 權利要求22的方法，其中所述幀設置是分組偏置量值和字節偏置量值中的至少一個。
26 權利要求24的方法，其中所述分組偏置量和字節偏置量值用于確保沒有兩個相鄰圖像像素被放在將被傳送的同一個幀中。
全文摘要
在頻譜捷變無線電設備之間傳輸圖像而無需重傳圖像數據的系統和方法。本發明的系統和方法對分組進行編碼和傳送，以允許高效恢復傳送中丟失的圖像數據而無需重傳分組。替代編碼包含相鄰像素的分組和將它們逐行傳送，本發明的系統和方法對包含來自幀的非相鄰區域的像素的分組進行編碼和傳送。結果，發生在個別分組的任何丟失都將分布在整個圖像之中而不是某行或者圖像的獨立區域中。這允許高效恢復傳送中丟失的圖像數據而無需重傳數據。
文檔編號H04N7/64GK101204095SQ200680022276
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月19日 優先權日2005年6月20日
發明者Y·阿爾薩法迪 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司