データ処理装置およびデータ処理方法
【課題】
データの圧縮処理を効率的に実行し圧縮処理に要する時間を短くすることである。
【解決手段】
実施形態のデータ処理装置は、時系列データを入力するデータ入力手段と、当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段とを備える。
データの圧縮処理を効率的に実行し圧縮処理に要する時間を短くすることである。
【解決手段】
実施形態のデータ処理装置は、時系列データを入力するデータ入力手段と、当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、データ処理装置およびデータ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、検査対象に超音波信号を送りその反射波情報に基づいて検査対象の内部の状態を可視化する装置であり、医療分野や工業分野における非破壊検査に利用されている。
【０００３】
超音波診断装置は、まず、プローブで受信した信号を処理して、同一位相成分データ（Ｉデータ）および直交位相成分データ（Ｑデータ）の２つのデータを算出する。そして、このＩデータおよびＱデータ（以下、ＩＱデータと呼ぶ）に基づいて、Ａモードデータ、Ｂモードデータ、カラードップラーデータ（方向、平均流速、パワーや分散を含むデータ）、Ｍモードデータといった中間データを算出し、これらの中間データにスキャン変換や色付けを行うことにより検査対象を画像データとして可視化する。なお、超音波診断装置を用いた診断では、パワーデータを可視化したパワードップラー法も用いられる。以下では便宜上、カラードップラーデータおよびパワードップラーデータをあわせてカラードップラーデータと呼ぶ。
【０００４】
超音波診断装置は通常、ＩＱデータや中間データを画像データに可視化する方法を複数備え、使用者がいずれか１つの可視化方法を選択できる。また、超音波診断装置には、可視化された画像データを保存する機能を持つものがある。これにより、リアルタイムでの診断終了後、可視化された画像データをオフラインで確認できる。オフラインで可視化方法を切り替えるためには、既に可視化された画像データではなく、ＩＱデータあるいは中間データなどの可視化前の反射波情報を保存し、そのデータに対して再度可視化処理を適用する必要がある。
【０００５】
しかし、反射波情報のデータ量は、可視化された画像データと比べてはるかに大きく、未加工で全て保存することは現実的ではない。また、入力された反射波情報すべてに圧縮処理を適用しようとすると、処理量が膨大となり処理時間が長くなってしまった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、データの圧縮処理を効率的に実行し圧縮処理に要する時間を短くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のデータ処理装置は、時系列データを入力するデータ入力手段と、当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態のデータ処理装置を示すブロック図。
【図２】実施形態のデータ処理装置のハードウェア構成を示す図。
【図３】実施形態のデータ処理装置の処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかるデータ処理装置を示すブロック図である。本実施形態のデータ処理装置は、超音波診断装置の一部として実施することを想定しており、ＩＱデータや中間データなどの反射波情報に圧縮処理（例えば、ＪＰＥＧ形式やＭＰＥＧ−２形式、Ｈ．２６４形式）を施し圧縮後のデータを外部ストレージに出力する。ここで、圧縮処理は、非可逆処理と可逆処理の２段階で構成される。まず、データ処理装置は、反射波情報の非可逆処理をリアルタイムで実行し、非可逆処理を適用した第１の圧縮データをバッファに保持する。また、第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザにリアルタイムで提示する。この画像をみて保存したい画像であると判断した場合、ユーザはデータ処理装置に保存対象とする範囲（保存範囲）を指定する。データ処理装置は、保存範囲に指定された第１の圧縮データについて可逆処理を実行し、可逆処理後の第２の圧縮データを外部ストレージに出力する。
【００１２】
（全体構成）
本実施形態のデータ処理装置は、２次元あるいは３次元の時系列データを入力するデータ入力部１０１と、データ入力部１０１に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理部１０２と、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データを保持するバッファ１０３と、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を保存範囲として指定する範囲指定部１０４と、範囲指定部１０４で保存範囲に指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理部１０５と、可逆処理部で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力部１０６と、非可逆処理部１０２で処理された第１の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理部１０７と、復元処理部１０７で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換部１０８と、スキャン変換部１０８で得られたスキャン変換画像を表示する表示部１０９とを備える。
【００１３】
（ハードウェア構成）
本実施形態のデータ処理装置は、図２に示すような通常のコンピュータを利用したハードウェアで構成されており、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の第１演算部２０１と、第１演算部２０１から高速なアクセスが可能なＲＡＭ（Random Access Memory）等の第１メモリ２０２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の第２演算部２０３と、第２演算部２０３から高速なアクセスが可能なＲＡＭ等の第２メモリ２０４と、各種データや各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部２０５と、ユーザの指示入力を受け付けるキーボードやマウスなどの操作部２０６と、プローブなどの外部機器からの信号を入力する外部入力部２０７と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の外部ストレージへデータを出力する外部出力部２０９と、映像を表示するディスプレイなどの映像表示部２１０と、これらを接続するバス２１１とを備えている。本実施形態の第２演算部２０３は、最大でＭ並列（Ｍは２以上の自然数）の並列演算が可能な並列演算機能を有する。
【００１４】
（各ブロックの機能説明）
このようなハードウェア構成において、第１演算部２０１および第２演算部２０３がＲＯＭ等の記憶部２０５に記憶された各種プログラムを実行することにより以下の機能が実現される。
【００１５】
(データ入力部)
データ入力部１０１は、超音波の反射波情報を時系列データとして入力する。反射波情報は、ＩＱデータや、ＩＱデータから算出された中間データ（例えば、Ｂモードデータ、カラードップラーデータ）であり、時系列に従うデータの１枚をフレームとして入力する。反射波情報は、プローブ（図示なし）に接続された外部入力部２０７から取得する。ＩＱデータの次元は、超音波を例えば円の一部の点についてスキャンすれば２次元になり、球面上の点についてスキャンすれば３次元になる。中間データの次元は中間データの算出方法にもよるが、例えば、ＩＱデータのすべての点におけるスキャン情報を利用してＢモードデータやカラードップラーデータを算出すれば、それらのデータはＩＱデータと同じ次元になる。
【００１６】
（非可逆処理部）
非可逆処理部１０２は、データ入力部１０１に入力された反射波情報に圧縮処理の前段にあたる非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る。非可逆処理では、まず、既知の情報から入力信号を予測し（フレーム内予測およびフレーム間予測）、入力信号から予測可能な情報を除去する。次に、入力信号をブロック単位の直交変換（例えば、ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）やウェーブレット変換を用いて、データの偏りが多い変換係数に変換する。そして、変換係数を量子化して情報を減らす。
【００１７】
データ入力部１０１に入力された反射波情報が２次元である場合の具体的な非可逆処理について説明する。まず、２次元の反射波情報を所定のブロックサイズ（例えば、８ｘ８）ごとに区切る。８ｘ８に満たないブロックは予め定めた方法により欠損部分を補う（例えば、そのブロック内のデータ値の平均値を設定する）。次に、各ブロックについて、縦横それぞれに１次元のＤＣＴを適用する。Ｎ点（この例では縦横ともにＮ＝８）の入力信号ｘ（ｎ）に対し、１次元のＤＣＴによりＤＣＴ係数ｙ（ｋ）を得るために、Ｃｋ＝１（ｋ≠０）、Ｃ０＝１／√２として、下記の（１）式を計算する。
【数１】
【００１８】
（１）式は、変換を直交変換とするための定数のスケーリングは含んでいない（直交化のためのスケーリングは、次に述べる量子化とセットで行える）。次に、得られた２次元ブロックのＤＣＴ係数について、別途定めた量子化マトリックス（ＤＣＴ係数のブロック内位置ごとに値を定めたマトリックス）による量子化を行う。すべてのブロックについて量子化されたＤＣＴ係数が得られたら、それらを第１の圧縮データとして出力する。なお、反射波情報が３次元である場合は、４ｘ４ｘ４、８ｘ８ｘ４、８ｘ８ｘ８などに分割し、各ブロックに対して直交変換と量子化を行うことで量子化係数を得る。上述した直行変換や量子化は、ブロックごとに独立した処理であり、Ｍ並列の演算が可能な第２演算部２０３を利用して高速に実行できる。
【００１９】
（バッファ）
バッファ１０３は、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データを保持する。具体的には、リングバッファを用いて非可逆処理部１０２から出力された第１の圧縮データをフレームごとに保持する。ここで、リングバッファは最新のＫフレームを保持することができ、保持するフレーム数がＫを超える場合は古いフレームから順に破棄する。リングバッファは、第１メモリ２０２あるいは第２メモリ２０４で実現する。
【００２０】
（範囲指定部）
範囲指定部１０４は、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの保存範囲をフレーム単位で指定する。具体的には、操作部２０６を介してユーザからの保存範囲の指定を取得し、この保存範囲に該当するフレームをバッファ１０３から特定する。バッファ１０３は、範囲指定部１０４で保存範囲に指定されたフレームを可逆処理部１０５に出力する。なお、範囲指定部１０４は、バッファに保持された全フレームを保存範囲として指定することもできる。
【００２１】
（可逆処理部）
可逆処理部１０５は、範囲指定部１０４で保存範囲に指定された第１の圧縮データに圧縮処理の後段にあたる可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る。可逆処理では、非可逆処理部１０２で量子化された係数に対してエントロピー符号化（例えば、可変長符号化や算術符号化）を適する。具体的には、各ブロックについて、量子化されたＤＣＴ係数のうち直流（ＤＣ）係数を「出力ビット長」、および「出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。次に、ＤＣ以外の係数をジグザグスキャン順でスキャンしながらゼロとなる係数の数を数え、「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」、および「非ゼロの係数の出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。その際、ＤＣ係数の「出力ビット長」、および、ＤＣ以外の係数の「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」については、ハフマン符号を設計し、ハフマン符号化により出力する。それ以外のデータについては、指定されたビット長のデータをそのまま出力する。
【００２２】
（データ出力部）
データ出力部１０６は、可逆処理部で得られた第２の圧縮データを外部ストレージ２０８に出力し保存する。
【００２３】
（復元処理部）
復元処理部１０７は、非可逆処理部１０２で処理された第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る。具体的には、量子化された各変換係数に対して量子化マトリックスの値を乗ずる逆量子化により変換係数を算出し、係数に逆変換を適用する。例えば、順変換にＤＣＴを用いた場合、その逆変換は次のＩＤＣＴ（Inverse DCT）になる。
【数２】
【００２４】
各記号の意味は（１）式と同じである。この式はＩＤＣＴを直交変換とするために必要な定数スケーリング項を含んでいないが、ＤＣＴの場合と同様に、スケーリングは逆量子化とセットで行える。
【００２５】
（スキャン変換部）
スキャン変換部１０８は、復元処理部１０７で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得る。本実施形態では、ＩＱデータあるいは中間データを画像データとして可視化する。ＩＱデータであればまず表示用の中間データの生成を行う。中間データが３次元のデータであれば特定の断面を抽出した２次元化を行う。中間データが２次元のデータであれば、例えば、扇状のマッピング、あるいは、２次元の長方形にマッピングを行う。これら表示のための変換をまとめてスキャン変換と呼ぶ。
【００２６】
（表示部）
表示部１０９は、スキャン変換部１０８で得られたスキャン変換画像を表示する。具体的には、映像表示部２１０のディスプレイ（図示なし）を介してスキャン変換画像をリアルタイムで表示する。
【００２７】
（フローチャート）
このように構成された実施形態にかかるデータ処理装置の動作について説明する。本実施形態のデータ処理装置は、反射波情報に非可逆処理をリアルタイムで適用するとともに、第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザに提示する。そして、ユーザから保存範囲として指定された第１の圧縮データについて可逆処理を実行し、第２の圧縮データを外部ストレージに出力する。
【００２８】
図３は、本実施形態のデータ処理装置のフローチャートである。まず、データ入力部１０１は、反射波情報をフレームごとに入力する（ステップＳ３１）。次に、非可逆処理部１０２は、データ入力部１０１に入力された反射波情報に対して、圧縮処理の前段である非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る（ステップＳ３２）。この可逆処理はブロックごとに独立な処理で構成されることから、第２演算部２０３でＭ並列に実行する。次に、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データをバッファ１０３に保持する（ステップＳ３３）。バッファ１０３は、例えばリングバッファで実装し、保持可能なデータサイズより多いデータが入力されたときには古いデータを破棄して新しいデータを保持する。このとき、復元処理部１０７は第１の圧縮データに対して非可逆処理の逆変換を適用し（ステップＳ４１）、スキャン変換部１０８は復元されたデータに対して幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得る（ステップＳ４２）。そして、表示部１０９は、スキャン変換画像を映像表示部２１０に表示する（ステップＳ４３）。以上の処理で表示された画像を確認し、ユーザはデータ処理装置に保存範囲を指定する。具体的には、反射波情報の入力を一時停止するボタン、回転することでフレームを選択するダイヤル、保存範囲を指定するボタン（保存範囲指定ボタン）、保存範囲の指定をキャンセルするボタン（保存範囲指定キャンセルボタン）を操作部２０６に備えておく。ユーザにより一時停止ボタンが押された時点で、リングバッファ内で最新のフレームを注目フレームとし、ユーザのダイヤル操作によりリングバッファ内の注目フレームを切り替えながら、注目フレームが切り替わるたびにその注目フレームをスキャン変換して画像データを表示する。保存範囲指定ボタンが１度押された時点での注目フレームを保存範囲の開始フレーム、保存範囲指定ボタンがもう１度押された時点での注目フレームを保存範囲の終了フレームとする。保存範囲指定ボタンが２度目に押された時点で、ユーザから保存範囲の指定があったものとして扱う。保存範囲指定キャンセルボタンは、直前の保存範囲の指定操作をキャンセルするために用いる。
【００２９】
データ処理装置は、ユーザから保存範囲の指定があったか否かを調べ（ステップＳ３４）、保存範囲の指定がない場合はステップＳ３１に戻って次のフレームを入力する。保存範囲の指定があった場合、範囲指定部１０４は、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの保存範囲を特定し、保存範囲の第１の圧縮データを可逆処理部１０５に出力する（ステップＳ３５）。可逆処理部１０５は、バッファ１０３が出力した第１の圧縮データに圧縮処理の後段となる可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る（ステップＳ３６）。最後に、データ出力部１０６は、第２の圧縮データを外部ストレージ２０８に出力する（ステップＳ３７）。
【００３０】
（効果）
このように、実施形態にかかるデータ処理装置では、反射波情報の圧縮に非可逆処理と可逆処理の２段階の処理を適用しており、後段の可逆処理をユーザから指定された保存範囲のデータについて適用している。これにより、データ処理装置は、可逆処理の対象となるデータの量を減らすことができ、圧縮処理に要する時間を短くすることができる。
【００３１】
また、実施形態にかかるデータ処理装置は、非可逆変換で得られた第１の圧縮データに復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをリアルタイムでユーザに提示している。第２の圧縮データは、第１の圧縮データに対して完全復元が可能な可逆処理を適用することで生成される。これにより、データ処理装置は、リアルタイムでユーザに表示した画像データと第２の圧縮データから復元した画像データの一致を保証できる。
【００３２】
さらに、実施形態にかかるデータ処理装置は、圧縮処理の前段の非可逆処理をＭ並列の演算が可能な演算装置で実行している。これにより、データ処理装置は、常時動作する前段の非可逆処理を高速に実行することができる。
【００３３】
（変形例）
図３の処理フローにおいて、ステップＳ３４で保存範囲の指定があった場合、ステップＳ３１〜Ｓ３３およびステップＳ４１〜Ｓ４３を並列に動作させてもよいし、これらのステップを一時停止したうえで、ステップＳ３５〜Ｓ３７を実行してもよい。また、ステップＳ３６では、例えば、第１の圧縮データのフレーム間の相関を利用した可逆処理を実行してもよい。その場合、フレームごとに逐次的に可逆処理を行いその結果を出力してもよいし、複数のフレームでの非可逆処理の結果に対してまとめて可逆処理を適用し、その結果を出力してもよい。また、ステップＳ３１〜Ｓ３３でフレーム間の相関を利用する（例えば、フレーム間の予測を利用する）場合には、例えば、バッファ１０３で各フレームについて予測を利用したか否かを表す情報（例えば１ビットのフラグ情報）を保存しておき、保存範囲を特定する際には、次の（Ａ）（Ｂ）のいずれかの方法を利用して、フレーム間の相関を利用したフレームが正しく復元できるようにする。
【００３４】
（Ａ）予測を利用していないフレームが先頭になるよう保存範囲を調整する。
【００３５】
（Ｂ）予測を利用したフレームが先頭になる場合には、そのフレームを基準とした直前の予測を利用していないフレームが先頭になるように、保存範囲を調整する。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１ データ入力部
１０２ 非可逆処理部
１０３ バッファ
１０４ 範囲指定部
１０５ 可逆処理部
１０６ データ出力部
１０７ 復元処理部
１０８ スキャン変換部
１０９ 表示部
２０１ 第１演算部
２０２ 第１メモリ
２０３ 第２演算部
２０４ 第２メモリ
２０５ 記憶部
２０６ 操作部
２０７ 外部入力部
２０９ 外部出力部
２１０ 映像表示部
２１１ バス
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、データ処理装置およびデータ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、検査対象に超音波信号を送りその反射波情報に基づいて検査対象の内部の状態を可視化する装置であり、医療分野や工業分野における非破壊検査に利用されている。
【０００３】
超音波診断装置は、まず、プローブで受信した信号を処理して、同一位相成分データ（Ｉデータ）および直交位相成分データ（Ｑデータ）の２つのデータを算出する。そして、このＩデータおよびＱデータ（以下、ＩＱデータと呼ぶ）に基づいて、Ａモードデータ、Ｂモードデータ、カラードップラーデータ（方向、平均流速、パワーや分散を含むデータ）、Ｍモードデータといった中間データを算出し、これらの中間データにスキャン変換や色付けを行うことにより検査対象を画像データとして可視化する。なお、超音波診断装置を用いた診断では、パワーデータを可視化したパワードップラー法も用いられる。以下では便宜上、カラードップラーデータおよびパワードップラーデータをあわせてカラードップラーデータと呼ぶ。
【０００４】
超音波診断装置は通常、ＩＱデータや中間データを画像データに可視化する方法を複数備え、使用者がいずれか１つの可視化方法を選択できる。また、超音波診断装置には、可視化された画像データを保存する機能を持つものがある。これにより、リアルタイムでの診断終了後、可視化された画像データをオフラインで確認できる。オフラインで可視化方法を切り替えるためには、既に可視化された画像データではなく、ＩＱデータあるいは中間データなどの可視化前の反射波情報を保存し、そのデータに対して再度可視化処理を適用する必要がある。
【０００５】
しかし、反射波情報のデータ量は、可視化された画像データと比べてはるかに大きく、未加工で全て保存することは現実的ではない。また、入力された反射波情報すべてに圧縮処理を適用しようとすると、処理量が膨大となり処理時間が長くなってしまった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、データの圧縮処理を効率的に実行し圧縮処理に要する時間を短くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のデータ処理装置は、時系列データを入力するデータ入力手段と、当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態のデータ処理装置を示すブロック図。
【図２】実施形態のデータ処理装置のハードウェア構成を示す図。
【図３】実施形態のデータ処理装置の処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかるデータ処理装置を示すブロック図である。本実施形態のデータ処理装置は、超音波診断装置の一部として実施することを想定しており、ＩＱデータや中間データなどの反射波情報に圧縮処理（例えば、ＪＰＥＧ形式やＭＰＥＧ−２形式、Ｈ．２６４形式）を施し圧縮後のデータを外部ストレージに出力する。ここで、圧縮処理は、非可逆処理と可逆処理の２段階で構成される。まず、データ処理装置は、反射波情報の非可逆処理をリアルタイムで実行し、非可逆処理を適用した第１の圧縮データをバッファに保持する。また、第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザにリアルタイムで提示する。この画像をみて保存したい画像であると判断した場合、ユーザはデータ処理装置に保存対象とする範囲（保存範囲）を指定する。データ処理装置は、保存範囲に指定された第１の圧縮データについて可逆処理を実行し、可逆処理後の第２の圧縮データを外部ストレージに出力する。
【００１２】
（全体構成）
本実施形態のデータ処理装置は、２次元あるいは３次元の時系列データを入力するデータ入力部１０１と、データ入力部１０１に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理部１０２と、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データを保持するバッファ１０３と、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を保存範囲として指定する範囲指定部１０４と、範囲指定部１０４で保存範囲に指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理部１０５と、可逆処理部で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力部１０６と、非可逆処理部１０２で処理された第１の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理部１０７と、復元処理部１０７で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換部１０８と、スキャン変換部１０８で得られたスキャン変換画像を表示する表示部１０９とを備える。
【００１３】
（ハードウェア構成）
本実施形態のデータ処理装置は、図２に示すような通常のコンピュータを利用したハードウェアで構成されており、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の第１演算部２０１と、第１演算部２０１から高速なアクセスが可能なＲＡＭ（Random Access Memory）等の第１メモリ２０２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の第２演算部２０３と、第２演算部２０３から高速なアクセスが可能なＲＡＭ等の第２メモリ２０４と、各種データや各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部２０５と、ユーザの指示入力を受け付けるキーボードやマウスなどの操作部２０６と、プローブなどの外部機器からの信号を入力する外部入力部２０７と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の外部ストレージへデータを出力する外部出力部２０９と、映像を表示するディスプレイなどの映像表示部２１０と、これらを接続するバス２１１とを備えている。本実施形態の第２演算部２０３は、最大でＭ並列（Ｍは２以上の自然数）の並列演算が可能な並列演算機能を有する。
【００１４】
（各ブロックの機能説明）
このようなハードウェア構成において、第１演算部２０１および第２演算部２０３がＲＯＭ等の記憶部２０５に記憶された各種プログラムを実行することにより以下の機能が実現される。
【００１５】
(データ入力部)
データ入力部１０１は、超音波の反射波情報を時系列データとして入力する。反射波情報は、ＩＱデータや、ＩＱデータから算出された中間データ（例えば、Ｂモードデータ、カラードップラーデータ）であり、時系列に従うデータの１枚をフレームとして入力する。反射波情報は、プローブ（図示なし）に接続された外部入力部２０７から取得する。ＩＱデータの次元は、超音波を例えば円の一部の点についてスキャンすれば２次元になり、球面上の点についてスキャンすれば３次元になる。中間データの次元は中間データの算出方法にもよるが、例えば、ＩＱデータのすべての点におけるスキャン情報を利用してＢモードデータやカラードップラーデータを算出すれば、それらのデータはＩＱデータと同じ次元になる。
【００１６】
（非可逆処理部）
非可逆処理部１０２は、データ入力部１０１に入力された反射波情報に圧縮処理の前段にあたる非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る。非可逆処理では、まず、既知の情報から入力信号を予測し（フレーム内予測およびフレーム間予測）、入力信号から予測可能な情報を除去する。次に、入力信号をブロック単位の直交変換（例えば、ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）やウェーブレット変換を用いて、データの偏りが多い変換係数に変換する。そして、変換係数を量子化して情報を減らす。
【００１７】
データ入力部１０１に入力された反射波情報が２次元である場合の具体的な非可逆処理について説明する。まず、２次元の反射波情報を所定のブロックサイズ（例えば、８ｘ８）ごとに区切る。８ｘ８に満たないブロックは予め定めた方法により欠損部分を補う（例えば、そのブロック内のデータ値の平均値を設定する）。次に、各ブロックについて、縦横それぞれに１次元のＤＣＴを適用する。Ｎ点（この例では縦横ともにＮ＝８）の入力信号ｘ（ｎ）に対し、１次元のＤＣＴによりＤＣＴ係数ｙ（ｋ）を得るために、Ｃｋ＝１（ｋ≠０）、Ｃ０＝１／√２として、下記の（１）式を計算する。
【数１】
【００１８】
（１）式は、変換を直交変換とするための定数のスケーリングは含んでいない（直交化のためのスケーリングは、次に述べる量子化とセットで行える）。次に、得られた２次元ブロックのＤＣＴ係数について、別途定めた量子化マトリックス（ＤＣＴ係数のブロック内位置ごとに値を定めたマトリックス）による量子化を行う。すべてのブロックについて量子化されたＤＣＴ係数が得られたら、それらを第１の圧縮データとして出力する。なお、反射波情報が３次元である場合は、４ｘ４ｘ４、８ｘ８ｘ４、８ｘ８ｘ８などに分割し、各ブロックに対して直交変換と量子化を行うことで量子化係数を得る。上述した直行変換や量子化は、ブロックごとに独立した処理であり、Ｍ並列の演算が可能な第２演算部２０３を利用して高速に実行できる。
【００１９】
（バッファ）
バッファ１０３は、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データを保持する。具体的には、リングバッファを用いて非可逆処理部１０２から出力された第１の圧縮データをフレームごとに保持する。ここで、リングバッファは最新のＫフレームを保持することができ、保持するフレーム数がＫを超える場合は古いフレームから順に破棄する。リングバッファは、第１メモリ２０２あるいは第２メモリ２０４で実現する。
【００２０】
（範囲指定部）
範囲指定部１０４は、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの保存範囲をフレーム単位で指定する。具体的には、操作部２０６を介してユーザからの保存範囲の指定を取得し、この保存範囲に該当するフレームをバッファ１０３から特定する。バッファ１０３は、範囲指定部１０４で保存範囲に指定されたフレームを可逆処理部１０５に出力する。なお、範囲指定部１０４は、バッファに保持された全フレームを保存範囲として指定することもできる。
【００２１】
（可逆処理部）
可逆処理部１０５は、範囲指定部１０４で保存範囲に指定された第１の圧縮データに圧縮処理の後段にあたる可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る。可逆処理では、非可逆処理部１０２で量子化された係数に対してエントロピー符号化（例えば、可変長符号化や算術符号化）を適する。具体的には、各ブロックについて、量子化されたＤＣＴ係数のうち直流（ＤＣ）係数を「出力ビット長」、および「出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。次に、ＤＣ以外の係数をジグザグスキャン順でスキャンしながらゼロとなる係数の数を数え、「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」、および「非ゼロの係数の出力ビット長に対応した係数値データ」からなる可変長符号化により出力する。その際、ＤＣ係数の「出力ビット長」、および、ＤＣ以外の係数の「ゼロの数と非ゼロの係数の出力ビット長」については、ハフマン符号を設計し、ハフマン符号化により出力する。それ以外のデータについては、指定されたビット長のデータをそのまま出力する。
【００２２】
（データ出力部）
データ出力部１０６は、可逆処理部で得られた第２の圧縮データを外部ストレージ２０８に出力し保存する。
【００２３】
（復元処理部）
復元処理部１０７は、非可逆処理部１０２で処理された第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る。具体的には、量子化された各変換係数に対して量子化マトリックスの値を乗ずる逆量子化により変換係数を算出し、係数に逆変換を適用する。例えば、順変換にＤＣＴを用いた場合、その逆変換は次のＩＤＣＴ（Inverse DCT）になる。
【数２】
【００２４】
各記号の意味は（１）式と同じである。この式はＩＤＣＴを直交変換とするために必要な定数スケーリング項を含んでいないが、ＤＣＴの場合と同様に、スケーリングは逆量子化とセットで行える。
【００２５】
（スキャン変換部）
スキャン変換部１０８は、復元処理部１０７で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得る。本実施形態では、ＩＱデータあるいは中間データを画像データとして可視化する。ＩＱデータであればまず表示用の中間データの生成を行う。中間データが３次元のデータであれば特定の断面を抽出した２次元化を行う。中間データが２次元のデータであれば、例えば、扇状のマッピング、あるいは、２次元の長方形にマッピングを行う。これら表示のための変換をまとめてスキャン変換と呼ぶ。
【００２６】
（表示部）
表示部１０９は、スキャン変換部１０８で得られたスキャン変換画像を表示する。具体的には、映像表示部２１０のディスプレイ（図示なし）を介してスキャン変換画像をリアルタイムで表示する。
【００２７】
（フローチャート）
このように構成された実施形態にかかるデータ処理装置の動作について説明する。本実施形態のデータ処理装置は、反射波情報に非可逆処理をリアルタイムで適用するとともに、第１の圧縮データに非可逆処理の復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをユーザに提示する。そして、ユーザから保存範囲として指定された第１の圧縮データについて可逆処理を実行し、第２の圧縮データを外部ストレージに出力する。
【００２８】
図３は、本実施形態のデータ処理装置のフローチャートである。まず、データ入力部１０１は、反射波情報をフレームごとに入力する（ステップＳ３１）。次に、非可逆処理部１０２は、データ入力部１０１に入力された反射波情報に対して、圧縮処理の前段である非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る（ステップＳ３２）。この可逆処理はブロックごとに独立な処理で構成されることから、第２演算部２０３でＭ並列に実行する。次に、非可逆処理部１０２で得られた第１の圧縮データをバッファ１０３に保持する（ステップＳ３３）。バッファ１０３は、例えばリングバッファで実装し、保持可能なデータサイズより多いデータが入力されたときには古いデータを破棄して新しいデータを保持する。このとき、復元処理部１０７は第１の圧縮データに対して非可逆処理の逆変換を適用し（ステップＳ４１）、スキャン変換部１０８は復元されたデータに対して幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得る（ステップＳ４２）。そして、表示部１０９は、スキャン変換画像を映像表示部２１０に表示する（ステップＳ４３）。以上の処理で表示された画像を確認し、ユーザはデータ処理装置に保存範囲を指定する。具体的には、反射波情報の入力を一時停止するボタン、回転することでフレームを選択するダイヤル、保存範囲を指定するボタン（保存範囲指定ボタン）、保存範囲の指定をキャンセルするボタン（保存範囲指定キャンセルボタン）を操作部２０６に備えておく。ユーザにより一時停止ボタンが押された時点で、リングバッファ内で最新のフレームを注目フレームとし、ユーザのダイヤル操作によりリングバッファ内の注目フレームを切り替えながら、注目フレームが切り替わるたびにその注目フレームをスキャン変換して画像データを表示する。保存範囲指定ボタンが１度押された時点での注目フレームを保存範囲の開始フレーム、保存範囲指定ボタンがもう１度押された時点での注目フレームを保存範囲の終了フレームとする。保存範囲指定ボタンが２度目に押された時点で、ユーザから保存範囲の指定があったものとして扱う。保存範囲指定キャンセルボタンは、直前の保存範囲の指定操作をキャンセルするために用いる。
【００２９】
データ処理装置は、ユーザから保存範囲の指定があったか否かを調べ（ステップＳ３４）、保存範囲の指定がない場合はステップＳ３１に戻って次のフレームを入力する。保存範囲の指定があった場合、範囲指定部１０４は、バッファ１０３に保持された第１の圧縮データの保存範囲を特定し、保存範囲の第１の圧縮データを可逆処理部１０５に出力する（ステップＳ３５）。可逆処理部１０５は、バッファ１０３が出力した第１の圧縮データに圧縮処理の後段となる可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る（ステップＳ３６）。最後に、データ出力部１０６は、第２の圧縮データを外部ストレージ２０８に出力する（ステップＳ３７）。
【００３０】
（効果）
このように、実施形態にかかるデータ処理装置では、反射波情報の圧縮に非可逆処理と可逆処理の２段階の処理を適用しており、後段の可逆処理をユーザから指定された保存範囲のデータについて適用している。これにより、データ処理装置は、可逆処理の対象となるデータの量を減らすことができ、圧縮処理に要する時間を短くすることができる。
【００３１】
また、実施形態にかかるデータ処理装置は、非可逆変換で得られた第１の圧縮データに復元処理と可視化のための幾何学変換を適用し、検査対象の画像データをリアルタイムでユーザに提示している。第２の圧縮データは、第１の圧縮データに対して完全復元が可能な可逆処理を適用することで生成される。これにより、データ処理装置は、リアルタイムでユーザに表示した画像データと第２の圧縮データから復元した画像データの一致を保証できる。
【００３２】
さらに、実施形態にかかるデータ処理装置は、圧縮処理の前段の非可逆処理をＭ並列の演算が可能な演算装置で実行している。これにより、データ処理装置は、常時動作する前段の非可逆処理を高速に実行することができる。
【００３３】
（変形例）
図３の処理フローにおいて、ステップＳ３４で保存範囲の指定があった場合、ステップＳ３１〜Ｓ３３およびステップＳ４１〜Ｓ４３を並列に動作させてもよいし、これらのステップを一時停止したうえで、ステップＳ３５〜Ｓ３７を実行してもよい。また、ステップＳ３６では、例えば、第１の圧縮データのフレーム間の相関を利用した可逆処理を実行してもよい。その場合、フレームごとに逐次的に可逆処理を行いその結果を出力してもよいし、複数のフレームでの非可逆処理の結果に対してまとめて可逆処理を適用し、その結果を出力してもよい。また、ステップＳ３１〜Ｓ３３でフレーム間の相関を利用する（例えば、フレーム間の予測を利用する）場合には、例えば、バッファ１０３で各フレームについて予測を利用したか否かを表す情報（例えば１ビットのフラグ情報）を保存しておき、保存範囲を特定する際には、次の（Ａ）（Ｂ）のいずれかの方法を利用して、フレーム間の相関を利用したフレームが正しく復元できるようにする。
【００３４】
（Ａ）予測を利用していないフレームが先頭になるよう保存範囲を調整する。
【００３５】
（Ｂ）予測を利用したフレームが先頭になる場合には、そのフレームを基準とした直前の予測を利用していないフレームが先頭になるように、保存範囲を調整する。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１ データ入力部
１０２ 非可逆処理部
１０３ バッファ
１０４ 範囲指定部
１０５ 可逆処理部
１０６ データ出力部
１０７ 復元処理部
１０８ スキャン変換部
１０９ 表示部
２０１ 第１演算部
２０２ 第１メモリ
２０３ 第２演算部
２０４ 第２メモリ
２０５ 記憶部
２０６ 操作部
２０７ 外部入力部
２０９ 外部出力部
２１０ 映像表示部
２１１ バス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列データを入力するデータ入力手段と、
当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、
当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、
当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、
当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、
当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段と、
を備えるデータ処理装置。
【請求項２】
前記非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理手段と、
当該復元処理手段で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換手段と、
当該スキャン変換手段で得られたスキャン変換画像を表示する表示手段と、
を更に備える請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記データ入力手段に入力される時系列データが超音波の反射波情報である請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項４】
前記超音波の反射波情報が同一位相成分データ（Ｉデータ）、直交位相成分データ（Ｑデータ）、Ｂモードデータ、カラードップラーデータのいずれかである請求項３記載のデータ処理装置。
【請求項５】
前記非可逆手段の非可逆処理が前記データ入力手段に入力された時系列データに対するブロックごとの直交変換および当該直交変換によって得られた係数の量子化を含み、
前記可逆処理手段の可逆処理が前記非可逆手段で量子化された係数の可変長符号化を含む請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項６】
前記非可逆処理手段がＭ並列（Ｍは２以上の自然数）の並列演算が可能な演算装置を用いて非可逆処理を並列に実行する請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項７】
時系列データを入力するデータ入力工程と、
当該データ入力工程で取得した時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理工程と、
当該非可逆処理工程で得られた第１の圧縮データをバッファに保持する保持工程と、
当該保持工程で保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定工程と、
当該範囲指定工程で指定された第１の圧縮データに圧縮のための可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理工程と、
当該可逆処理工程で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力工程と、
を備えるデータ処理方法。
【請求項１】
時系列データを入力するデータ入力手段と、
当該データ入力手段に入力された時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理手段と、
当該非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データを保持するバッファと、
当該バッファに保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定手段と、
当該範囲指定手段で指定された第１の圧縮データに可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理手段と、
当該可逆処理手段で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力手段と、
を備えるデータ処理装置。
【請求項２】
前記非可逆処理手段で得られた第１の圧縮データに前記非可逆処理の復元処理を適用して復元データを得る復元処理手段と、
当該復元処理手段で得られた復元データに幾何学変換を適用してスキャン変換画像を得るスキャン変換手段と、
当該スキャン変換手段で得られたスキャン変換画像を表示する表示手段と、
を更に備える請求項１記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記データ入力手段に入力される時系列データが超音波の反射波情報である請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項４】
前記超音波の反射波情報が同一位相成分データ（Ｉデータ）、直交位相成分データ（Ｑデータ）、Ｂモードデータ、カラードップラーデータのいずれかである請求項３記載のデータ処理装置。
【請求項５】
前記非可逆手段の非可逆処理が前記データ入力手段に入力された時系列データに対するブロックごとの直交変換および当該直交変換によって得られた係数の量子化を含み、
前記可逆処理手段の可逆処理が前記非可逆手段で量子化された係数の可変長符号化を含む請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項６】
前記非可逆処理手段がＭ並列（Ｍは２以上の自然数）の並列演算が可能な演算装置を用いて非可逆処理を並列に実行する請求項１乃至請求項２記載のデータ処理装置。
【請求項７】
時系列データを入力するデータ入力工程と、
当該データ入力工程で取得した時系列データに非可逆処理を適用して第１の圧縮データを得る非可逆処理工程と、
当該非可逆処理工程で得られた第１の圧縮データをバッファに保持する保持工程と、
当該保持工程で保持された第１の圧縮データの一部あるいは全部を指定する範囲指定工程と、
当該範囲指定工程で指定された第１の圧縮データに圧縮のための可逆処理を適用して第２の圧縮データを得る可逆処理工程と、
当該可逆処理工程で得られた第２の圧縮データを出力するデータ出力工程と、
を備えるデータ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５１５２２（Ｐ２０１２−１５１５２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３７３（Ｐ２０１１−６３７３）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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