JPEG 压缩像素数据到原始像素数据

Question

对于不知道 DICOM 文件是什么的人来说，它是一个包含有关患者的医学影像数据的文件。它保存患者数据和一些像素数据。您只需要知道像素数据在同一个文件中，但与患者的其他数据是分开的。

我做了一个程序，可以读取 DICOM 文件中的 RAW 像素数据。然而，像素数据经常使用JPEG压缩进行压缩。这是我用来了解像素压缩方法的字典：

using System.Collections.Generic;

namespace DICOMViewer.Parsing
{
    public static class TransferSyntaxDictionary
    {
        // DICOM Transfer Syntax Dictionary
        // Reference: DCIOM Standard 2009, Part 5: Data Structures and Encoding

        static private readonly Dictionary<string, string> d = new Dictionary<string, string>
        {
            { "1.2.840.10008.1.2", "Implicit VR Little Endian: Default Transfer Syntax for DICOM" },
            { "1.2.840.10008.1.2.1", "Explicit VR Little Endian" },
            { "1.2.840.10008.1.2.1.99", "Deflated Explicit VR Little Endian" },
            { "1.2.840.10008.1.2.2", "Explicit VR Big Endian" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.50", "JPEG Baseline (Process 1): Default Transfer Syntax for Lossy JPEG 8 Bit Image Compression" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.51", "JPEG Extended (Process 2 & 4): Default Transfer Syntax for Lossy JPEG 12 Bit Image Compression (Process 4 only)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.52", "JPEG Extended (Process 3 & 5)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.53", "JPEG Spectral Selection, Non-Hierarchical (Process 6 & 8)" }, 
            { "1.2.840.10008.1.2.4.54", "JPEG Spectral Selection, Non-Hierarchical (Process 7 & 9)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.55", "JPEG Full Progression, Non-Hierarchical (Process 10 & 12)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.56", "JPEG Full Progression, Non-Hierarchical (Process 11 & 13)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.57", "JPEG Lossless, Non-Hierarchical (Process 14)" }, 
            { "1.2.840.10008.1.2.4.58", "JPEG Lossless, Non-Hierarchical (Process 15)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.59", "JPEG Extended, Hierarchical (Process 16 & 18)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.60", "JPEG Extended, Hierarchical (Process 17 & 19)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.61", "JPEG Spectral Selection, Hierarchical (Process 20 & 22)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.62", "JPEG Spectral Selection, Hierarchical (Process 21 & 23)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.63", "JPEG Full Progression, Hierarchical (Process 24 & 26)" }, 
            { "1.2.840.10008.1.2.4.64", "JPEG Full Progression, Hierarchical (Process 25 & 27)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.65", "JPEG Lossless, Hierarchical (Process 28)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.66", "JPEG Lossless, Hierarchical (Process 29)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.70", "JPEG Lossless, Non-Hierarchical, First-Order Prediction (Process 14 [Selection Value 1]): Default Transfer Syntax for Lossless JPEG Image Compression" }, 
            { "1.2.840.10008.1.2.4.80", "JPEG-LS Lossless Image Compression" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.81", "JPEG-LS Lossy (Near-Lossless) Image Compression" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.90", "JPEG 2000 Image Compression (Lossless Only)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.91", "JPEG 2000 Image Compression" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.92", "JPEG 2000 Part 2 Multi-component Image Compression (Lossless Only)" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.93", "JPEG 2000 Part 2 Multi-component Image Compression" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.94", "JPIP Referenced" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.95", "JPIP Referenced Deflate" },
            { "1.2.840.10008.1.2.4.100", "MPEG2 Main Profile @ Main Level" },
            { "1.2.840.10008.1.2.5", "RLE Lossless" },
            { "1.2.840.10008.1.2.6.1", "RFC 2557 MIME encapsulation" }
        };

        static public string GetTransferSyntaxName(string theTransferSyntaxUID)
        {
            return d.ContainsKey(theTransferSyntaxUID) ? d[theTransferSyntaxUID] : "???";
        }
    }
}

如您所见，我想要解压缩 26 种不同类型的 JPEG 压缩方法（所有这些方法的密钥为 1.2.840.10008.1.2.4.xx）。总而言之，我有一些像素数据（作为MemoryStream）使用 JPEG 压缩算法压缩，我想将其解压缩为 RAW 像素数据。我什至不知道从哪里开始！这有点令人沮丧。

有些人想知道我的尝试： 我尝试使用 LibJpeg.NET，但是当我调用 jpeg_decompress_struct.jpeg_read_header(bool require_image) 函数时出现异常：Not a JPEG file: starts with 0xFE 0xFF

Answer 1

DICOM 压缩图像像素数据没有像 JPEG 文件那样的标准图像标题。 列、行、bitsperpixel 等像素信息仅直接编码在 DICOM Data-Set Attribute 值中，Data-Set PixelData Attribute 值包含经过特殊编码的压缩字节流。 检查DICOM Standard PS 3.5 Annex A - Transfer Syntax，特别注意A.4 http://dicom.nema.org/medical/dicom/current/output/chtml/part05/sect_A.4.html

话虽如此，我在定位能够解码和编码 JPEG 无损非分层级别 14 和预测器选定值 1（本机 JPEG 无损压缩的 DICOM）的库时遇到了同样的问题。事实证明，这可以从 ITU-T.81 标准轻松实现（可以从 1998 年或类似的许多地方下载）。仅使用 DICOM 标准指定的标准，我在一周内设法编写了编码器/解码器编解码器，不是一个而是两个。我只使用查找表，它工作得非常快。想想一旦你构建下一个会容易得多，因为你有 JPEG 读/写基础设施，唯一需要注意的是实现 JPEG 扩展的 MCU 编码/解码逻辑，如 JPEG-LS。

如果您决定不走这条路，第二个解决方案是重建丢失的标头。我决定不这样做，因为大多数库实际上不支持这种压缩（至少我的经验），而实际支持它的库非常庞大（支持大量我们实际上不需要的其他东西）。 但无论如何，这两条路都会导致学习 JPEG 编码过程的内部。

倒数第三个解决方案是找到一些能够做到这一点的开源项目，我想现在网上应该有更多可用的项目。

希望这可以帮助其他寻找类似答案的人。

Answer 2

DICOM 支持几乎所有的ITU 81 standard，而著名的 libjpeg（在其常见的二进制分发中[*]）仅支持 8 位霍夫曼和顺序。

您需要使用另一个至少支持的 JPEG 库：

• 8/12 位霍夫曼和顺序
• 16 位无损

供参考：

• libjpeg and lossless JPEG
• JPEG Lossless in DICOM
• C#: Decoding JPEG images with 12-bit precision using Silverlight FJCore library?

[*] 如果您下载源代码，您将能够编译 12 位 huffman/sequential 二进制文件。

---

编辑：事实上，重新阅读您的问题，我发现您根本没有处理 Fragments，因此著名的 0xFE 0xFF 错误消息。您应该阅读 DICOM 标准，因为它带有 trivial examples。

Answer 3

列出的大多数传输语法都已停用，因此 DICOM 标准不知道这种压缩是有效的。

• 1.2.840.10008.1.2.4.52 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.53 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.54 已退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.55 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.56 已退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.57 已退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.58 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.59 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.60 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.61 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.62 已退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.63 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.64 退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.65 已退休
• 1.2.840.10008.1.2.4.66 已退休

所以你不需要支持它。也许您想支持旧图像，但请记住，它们中的许多过去并没有真正使用过，并且从 2006 年起就退役了！

此外，每个 DICOM 设备都必须与 DICOM 一致性声明相关联，其中声明了它，其中包括传输 sysntax 支持。您不需要支持所有 DICOM 传输语法，只需支持您在一致性声明中声明的那些。例如并非所有的 DICOM 设备都支持 Jpeg2000 或 Jpeg LS