An optimized JPEG-XT-based algorithm for the lossy and lossless compression of 16-bit depth medical image
An optimized JPEG-XT-based algorithm for the lossy and lossless compression of 16-bit depth medical image
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一种基于 JPEG-XT 的优化算法，用于 16 位深度医学图像的有损和无损压缩
DOI：
10.1016/j.bspc.2020.102306
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发表时间：
2021
影响因子：
5.1
通讯作者：
Xu, Jian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Zhongqiang;Ramos, Alexandra;Li, Zheng;Osborn, Michelle L.;Li, Xin;Li, Yanping;Yao, Shaomian;Xu, Jian
基于JPEG的压缩算法是目前应用最广泛的图像压缩算法。此前，基于JPEG-XT的工作主要集中在16位深度高动态卫星红外图像上，而不是医学图像上。在这项研究中，我们提出了一种优化的JPEG-XT方法(OPT_JPEG-XT)，它通过放大(N倍)离散余弦变换(DCT)系数来更好地压缩16位深度的医学图像。结果表明，DCT系数的小整数和前两个小数部分在医学图像压缩中起着重要的作用。通过选择合适的N和小数位数(NDP)，OPT_JPEG-XT可以实现医学图像的无损压缩。对于高位和低位子图像，上位子图像在提高OPT_JPEG-XT性能方面的作用比下位子图像更重要；下位子图像可以占据整个编码文件的90%以上的大小。因此，OPT_JPEG-XT通过降低低子图像的压缩效率，可以在高峰值信噪比(峰值信噪比大于100)和低均方误差(均方误差小于0.08)的情况下节省约60%的存储空间。与传统的JPEG-XT和JPEG2000相比，当对低位子图像使用N=20并且对高位子图像进行无损压缩时，OPT_JPEGXT可以获得与JPEG2000相似的压缩性能(PSNR；100，MSE<；0.9，SSR(节省空间率，>；60%))。OPT_JPEG-XT可以获得较高的SSR(约90%，与传统的JPEG-XT相似)，而MSE要小得多(比传统的JPEG-XT低25倍)。因此，OPT_JPEG-XT可以开发一种新的压缩方法，实现医学图像的无损和有损压缩。
JPEG-based compression is the most widely used image compression algorithm. Previously, JPEG-XT-based work focused on 16-bit depth high-dynamic satellite infrared images, but not on medical images. In this study, we represent an optimized JPEG-XT method (OPT_JPEG-XT) that better compresses 16-bit depth medical images by amplifying (N times) discrete cosine transform (DCT) coefficients. The results show that the small integers and the first two decimal portions of DCT coefficients play important roles in the compression of medical images. By using the appropriate N and number of decimal portions (NDP), OPT_JPEG-XT could realize lossless compression of medical images. Regarding upper and lower 8-bit subimages, the upper subimages have more important roles in the improvement of OPT_JPEG-XT performance than the lower subimages; lower subimages could occupy over 90% sizes of the entire encoding files. Thus, OPT_JPEG-XT could save about 60% of storage space with high PSNR (peak signal-noise-ratio, over 100) and low MSE (mean-square-error, less than 0.08) by decreasing the compression efficiency of lower subimages. Compared to the conventional JPEG-XT and JPEG 2000, OPT_JPEG-XT can acquire a similar compression performance (PSNR > 100, MSE < 0.9, SSR (saving space rate, >60%) to JPEG 2000 when using N = 20 for lower subimages and lossless compression of upper subimages. OPT_JPEG-XT could obtain high SSR (about 90%, similar to traditional JPEG-XT) with with much smaller MSE (25 times lower than conventional JPEG-XT). Therefore, OPT_JPEG-XT could be developed a novel compression method that could realize the lossless and lossy compression of medical images.
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