Repositorio Institucional de Documentos

Universidad de Zaragoza POSGRADO EN INGENIER´ IAS TRANSVERSALES M´ ASTER EN INGENIER´ IA BIOM´ EDICA Trabajo Fin de M´aster: Desarrollo y evaluaci´on de un compresor espec´ıfico para ecocardiogramas Eva MaCavero Racaj Director: ´ Alvaro Alesanco Iglesias Septiembre 2010 Curso 2009-2010 “Desarrollo y evaluaci´on de un compresor espec´ıfico para ecocardiogramas” RESUMEN El objetivo principal de este trabajo es tanto el desarrollo como la evaluaci´on de un compresor espec´ıfico para ecocardiogramas. De forma general, un ecocardiograma presenta cinco modos de operaci´on distintos. Estos, a su vez, se pueden dividir en dos atendiendo a la forma en la que se visualiza el ultrasonido, los modos de barrido y los modos 2D. Estos modos de visualizaci´on presentan unas caracter´ısticas especiales en la forma en la que representan el ultrasonido que hacen que ´este pueda ser comprimido m´as eficientemente. Los compresores utilizados actualmente para la compresi´on de los ecocardiogramas no aprovechan sus caracter´ısticas y comprimen todo el ecocardiograma de la misma forma, sin distinguir los distintos modos de visualizaci´on. Por esta raz´on, en este trabajo, se ha desarrollado una nueva propuesta en la que se tienen en cuenta estas caracter´ısticas y se aplican diferentes t´ecnicas de compresi´on, tanto de imagen como de v´ıdeo, para cada uno de los modos de visualizaci´on. Esta nueva propuesta ha sido comparada con dos compresores de v´ıdeo ampliamente utilizados en compresi´on de ecocardiogramas, Xvid y H264, de dos formas distintas. Primero, se ha hecho una comparaci´on por cada uno de los modos de operaci´on, ya que cada uno es diferente y se le aplica una t´ecnica de compresi´on distinta. Los resultados obtenidos muestran c´omo con la nueva propuesta se ha logrado mejorar los otros m´etodos para todos los modos, alcanzando con el mismo ratio de transmisi´on un mayor Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) para casi todos los casos estudiados. Posteriormente, se ha hecho la comparaci´on para siete ecocardiogramas representativos (que representan distintos diagn´osticos y corresponden a pacientes con diferentes condiciones f´ısicas), y as´ı, poder comprobar la eficiencia global del m´etodo de compresi´on propuesto. Como era de esperar, con el m´etodo propuesto se obtienen mejores resultados que con los otros m´etodos, siendo esta mejora mayor para ratios de transmisi´on mayores y dependiente de la cantidad de tiempo que este presente cada modo y del tiempo que este parado para medir. Finalmente, como parte pr´actica del trabajo fin de m´aster (TFM), he asistido a las sesiones de adquisici´on de los ecocardiogramas utilizados, en el Centro M´edico de Especialidades “Inocencio Jimenez” de la ciudad de Zaragoza con el Dr. Pedro Serrano, m´edico cardi´ologo y tambi´en he contado con la opini´on del experto en el dise˜no del compresor. De esta forma, adem´as de adquirir los ecocardiogramas necesarios para la evaluaci´on del m´etodo me he familiarizado con los ecocardiogramas, alcanzando as´ı, no s´olo un conocimiento t´ecnico, sino tambi´en, un conocimiento m´edico de los mismos. “Development and evaluaion of a specific compressor for echocardiogram” ABSTRACT The aim of this work is both the development and the evaluation of a specific compressor for echocardiograms. In a standard echocardiogram examination, four modes of operation can be distinguished. These can be divided into two groups, the sweep modes and the 2D modes, which have particular characteristics in the way of displaying the ultrasound. The traditional video compression algorithms used in echocardiogram compression compress the entire video in the same way and the particular characteristics of the visualization modes are not considered. For this reason, in this work, a new approach which takes into account these characteristics is developed and different compression techniques, both for video and image, are applied depending on the echocardiogram display mode. The new technique has been compared of two different ways with other compression methods like H264 and Xvid widely used in echocardiography. First, the compression methods have been compared for each mode of operation because each one is different and the compression technique for each mode is different too. The results obtained with the proposed method have clearly shown the improvement performance in term of Peak Signal-to-Noise (PSNR) compared with the others methods for all operation modes. Later, the compression methods have been compared for seven representative echocardiograms (each one with different diagnostics and for patients with different sizes) to evaluate the global efficiency of the proposed method. As expected, with the proposed method better results are achieved. The gain is more significant for transmission rates and depends on how long each mode is presented and how long the echocardiograms are stopped to take measurements. Finally, I have attended the used echocardiograms acquisitions sessions in Zaragoza’s hospital “Inocencio Jimenez” with Dr. Pedro Serrano experienced cardiologist who has acquired the echocardiograms and has given me advice for the elaboration of the compressor. Of this way, I have acquired the necessary echocardiograms for the evaluation and I have been familiarized with the echocardiograms too. ´ Indice general 1 Introducci´on y Objetivos 1 1.1 Ecocardiograma................................. 1 1.2 Objetivos .................................... 2 1.3 Organizaci´on de la memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Caracter´ısticas de los ecocardiogramas 5 2.1 Modosdeoperaci´on .............................. 5 2.2 Propiedades de los ecocardiogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 Modos de visualizaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.1 Modosdebarrido............................ 9 2.3.2 Modos2D................................ 10 3 Propuesta para la compresi´on del ecocardiograma 11 3.1 Codificaci´on................................... 11 3.2 Modosdebarrido................................ 11 3.3 Modos2D.................................... 13 3.3.1 Compresi´on de la escala de grises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.3.2 Compresi´on del color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 Resultados y discusi´on 15 4.1 Adquisici´on de los ecocardiogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.2 Caracter´ısticas de los ecocardiogramas adquiridos . . . . . . . . . . . . . . 16 4.3 Par´ametrodecalidad.............................. 17 4.4 Evaluaci´on para cada uno de los modos de operaci´on . . . . . . . . . . . . 17 4.5 Evaluaci´on de ecocardiogramas est´andar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5 Conclusiones y l´ıneas futuras 29 5.1 Conlusiones................................... 29 i ii ´ INDICE GENERAL 5.2 L´ıneasdefuturo ................................ 30 Bibliograf´ıa 31 A Acr´onimos 35 B MPEG-4 37 B.1 Codificaci´on Diferencial y Compensaci´on de Movimiento en MPEG-4 . . . 38 C Set Partitioning In Hierachical Trees (SPIHT) 41 C.1 TransformadaWavelet............................. 41 C.2 Algoritmo de ordenamiento de partici´on de grupos . . . . . . . . . . . . . 44 C.3 Etapaderefinado................................ 45 C.4 Ejemplo del funcionamiento del algoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 D JPEG2000 51 D.1 Caracter´ısticas ................................. 51 D.2 Caracter´ısticas t´ecnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 E Selecci´on Wavelet madre para los modos de barrido 57 F Set Partitioning In Hierachical Trees (SPIHT) 3D 59 G Run Length Encoding (RLE) 61 H Resultados evaluaci´on eocardiogramas est´andar 63 ´ Indice de figuras 2.1 Modos B y Doppler Color. ........................... 5 2.2 Modos M, Doppler Pulsado y Continuo. ................... 6 2.3 Partes de la ecocardiograf´ıa. .......................... 8 2.4 Ejemplos de frames para los modos de barrido. F es frame. ........ 9 2.5 Partes de la ecocardiograf´ıa en los modos 2D. ................ 10 4.1 Curvas ratio-distorsi´on para el Modo M. ................... 18 4.2 Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Pulsado. ........... 18 4.3 Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Continuo. .......... 19 4.4 Curvas ratio-distorsi´on para el Modo B. ................... 19 4.5 Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Color. ............ 20 4.6 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 1. .................... 21 4.7 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 2. .................... 22 4.8 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 3. .................... 22 4.9 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 4. .................... 23 4.10 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 5. .................... 23 4.11 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 6. .................... 24 4.12 Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 7. .................... 24 4.13 Ancho de banda medio por tramo para el v´ıdeo 3 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. ......................... 26 4.14 PSNR medio por tramo para el v´ıdeo 3 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. ................................ 26 4.15 Ancho de banda medio por tramo para el v´ıdeo 7 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. ......................... 27 iii 21.2. Objetivos y almacenamiento. Por ejemplo, Xvid ha sido utilizado en [3] y H264 en [4] para la compresi´on de v´ıdeos de ultrasonido en aplicaciones de Telemedicina. Pero estos algoritmos comprimen todo el video de la misma forma y no tienen en cuenta las caracter´ısticas particulares de cada modo de operaci´on. La motivaci´on de este proyecto surge de la necesidad de encontrar un compresor de ecocardiograf´ıas adecuado que cumpla con el compromiso calidad-compresi´on de la forma m´as eficiente posible, y para ello explote las caracter´ısticas particulares de los ecocardiogramas y se apliquen diferentes t´ecnicas de compresi´on, tanto de imagen como de video, para cada uno de los modos de visualizaci´on. Actualmente, los compresores tanto de imagen como de v´ıdeo basados en la transformada wavelet discreta [5], Discrete Wavelet Transformation (DWT), han ganado mucha importancia [6], [7], [8]. Dos de los m´as usados para aplicaciones de compresi´on de im´agenes m´edicas son Set Partitioning In Hierarchical Trees (SPIHT) [7] y Joint Photographic Experts Group 2000 (JPEG2000) [8], obteniendo buenos resultados en la compresi´on de im´agenes de ultrasonidos tanto SPIHT [9], como JPEG2000 [10]. En cuanto a la compresi´on de v´ıdeo, SPIHT 3D [11] tambi´en est´a siendo ampliamente usado para la compresi´on de v´ıdeo e im´agenes 3D, adem´as, presenta muy buenos resultados en aplicaciones m´edicas [12]. 1.2 Objetivos El objetivo principal de este trabajo es tanto el desarrollo como la evaluaci´on de un compresor espec´ıfico para ecocardiogramas. Para ello se elabora una t´ecnica de compresi´on diferente para cada uno de los modos de visualizaci´on, modos de barrido y modos 2D, aprovechando las caracter´ısticas particulares de estos y utilizando las t´ecnicas de compresi´on tanto de imagen como de v´ıdeo que mejor se adecuan con el fin de lograr una compresi´on m´as eficiente . Para la evaluaci´on de la t´ecnica de compresi´on propuesta se calcula el Peak Signal- to-Noise Rate (PSNR) de varios v´ıdeos adquiridos por un cardi´ologo experto en ecocardiograf´ıa y se compara con las t´ecnicas t´ıpicas utilizadas para la compresi´on de ecocardiogramas, Xvid y H.264, que comprimen todo el v´ıdeo de la misma forma, sin tener en cuenta las caracter´ısticas particulares de los modos de visualizaci´on. 1.3 Organizaci´on de la memoria La memoria est´a estructurada de la siguiente manera: •Cap´ıtulo 1: Introducci´on. Es el cap´ıtulo actual y contiene una breve descripci´on del ecocardiograma, as´ı como una explicaci´on de la necesidad de compresi´on y de c´omo se aborda este problema en el presente trabajo. Cap´ıtulo 1. Introducci´on y Objetivos 3 •Cap´ıtulo 2: Caracter´ısticas de los ecocardiogramas. Este cap´ıtulo contiene una descripci´on de las principales caracter´ısticas de los modos de operaci´on y la divisi´on de estos en los modos de visualizaci´on. •Cap´ıtulo 3: Propuesta para la compresi´on del ecocardiograma. Este cap´ıtulo contiene una descripci´on de las t´ecnicas de compresi´on propuesta que se aplican a cada uno de los modos de visualizaci´on. •Cap´ıtulo 4: Resultados y discusi´on. Este cap´ıtulo contiene las simulaciones, resultados y conclusiones de las compresiones de los ecocardiogramas con la t´ecnica propuesta comparada con otras t´ecnicas de compresi´on ampliamente utilizadas en ecocardiograf´ıa. •Cap´ıtulo 5: Conclusiones y futuras l´ıneas de trabajo. ´ Ultimo cap´ıtulo de la memoria principal que contiene las conclusiones obtenidas en la realizaci´on del trabajo y l´ıneas futuras de investigaci´on. El contenido de los anexos incluidos es el siguiente: •En el anexo A contiene una lista de los acr´onimos utilizados en esta memoria. •En el anexo B se describe el est´andar de v´ıdeo MPEG-4. •En el anexo C se describe el algoritmo SPIHT. •En el anexo D se describe el compresor de im´agenes JPEG2000. •En el anexo F se describe el algoritmo SPIHT 3D. •En el anexo G se describe el compresor RLE. •En el anexo E se explica la selecci´on de la wavelet madre para la elaboraci´on del algoritmo SPIHT. •En el anexo H se muestran los resultados de las simulaciones para siete ecocardiogramas representativos. Cap´ıtulo 2 Caracter´ısticas de los ecocardiogramas 2.1 Modos de operaci´on De forma general, la ecocardiograf´ıa, para obtener una visi´on completa del coraz´on, utiliza distintos modos de operaci´on. Todos ellos tienen la misma importancia general, algunos aportan m´as informaci´on para el diagn´ostico de algunas patolog´ıas, mientras que otros lo hacen para patolog´ıas diferentes. Veamos a continuaci´on una breve introducci´on sobre los modos de funcionamiento t´ıpicos de una ecocardiograf´ıa: (a) Modo B. (b) Modo Color Doppler. Figura 2.1: Modos B y Doppler Color. •Modo B: Este es el modo de operaci´on b´asico de la ecograf´ıa, tal y como podemos ver la Figura 2.1(a). Lo que muestra este modo es un corte del coraz´on desde una perspectiva dada. Se pueden obtener im´agenes del coraz´on desde otras perspectivas dependiendo de la llamada ventana de visualizaci´on que utilice el operador del 5 62.1. Modos de operaci´on (a) Modo M. (b) Modo Doppler Pulsado. (c) Modo Doppler Continuo Figura 2.2: Modos M, Doppler Pulsado y Continuo. ec´ografo y que viene dada por la posici´on del sensor en el cuerpo del paciente. Existen tres de esas ventanas de visualizaci´on distintas: desde el estern´on, desde la boca del est´omago y desde las costillas, bajo el brazo. El aspecto de dichas visualizaciones, aun siendo distinto, no supondr´a ninguna diferencia en cuanto a la compresibilidad de los fragmentos de v´ıdeo que las contengan, de modo que las consideraremos todas ellas como un ´unico modo. •Modo Doppler color: A partir del modo B, podemos crear una ventana de modo Doppler color, como aparece en la Figura 2.1(b). En dicha ventana, y mediante un c´odigo de colores, se muestra informaci´on sobre la velocidad, direcci´on y sentido del flujo de la sangre. El color rojo significa que el flujo se acerca, el azul que se aleja, y el llamado mosaico, que consiste en una cuadr´ıcula de blancos, quiere decir que se trata de un flujo de gran velocidad o turbulento. Este modo podr´ıa haber Cap´ıtulo 2. Caracter´ısticas de los ecocardiogramas 7 sido tratado como un modo B, pero al ser el ´unico que trabaja con informaci´on de color es conveniente separarlo, y realizar un estudio particular del mismo. Adem´as, la informaci´on relevante para el diagn´ostico en este modo se encuentra en la informaci´on de color. •Modo M: Este modo, mostrado la Figura 2.2(a), se trata de una representaci´on especial del modo B. Consiste en la evoluci´on temporal del corte dado por el plano transversal a la ecograf´ıa, definido por la l´ınea verde que aparece en la Figura 2.1(a). El operador puede desplazar dicha l´ınea hasta la posici´on que le interese y activar este modo. Gracias a este modo, y al sistema de cursores con que cuenta, se puede obtener una medida precisa de distintas distancias, con lo que el profesional es capaz de medir los vol´umenes sist´olicos y diast´olicos de las cavidades card´ıacas, las paredes existentes entre ellas y otras longitudes de importancia para el diagn´ostico de ciertas patolog´ıas. •Modos Doppler Pulsado y Doppler Continuo: Estos modos son, aproximadamente, al Doppler Color, lo que el modo M es al modo 2D. En el modo Doppler Color se puede apreciar una l´ınea blanca similar a la ya comentada para el modo B (ver la Figura 2.1(b)). En la zona central de dicha l´ınea hay una breve interrupci´on de la misma. El modo Doppler Pulsado (ver Figura 2.2(b)) muestra una evoluci´on temporal del flujo de sangre en la ventana formada por dicha interrupci´on, y se utiliza para medir velocidades peque˜nas de la sangre en zonas localizadas. El modo Doppler Continuo (ver Figura 2.2(c)) es similar al Doppler Pulsado, pero muestra la evoluci´on del mayor flujo presente en todo el corte definido por la l´ınea blanca ya comentada. Se usa, por lo tanto, para realizar medidas de velocidades elevadas, en zonas menos localizadas que el modo Pulsado. 2.2 Propiedades de los ecocardiogramas Las particularidades que podemos encontrar en este tipo de secuencias respecto a una general son las siguientes: 1. Informaci´on de diagn´ostico concentrada en el centro del cuadro: Tal y como podemos apreciar en la Figura 2.3, el ecocardiograma tiene dos partes, una con el ultrasonido y otra alrededor con la informaci´on suplementaria (como fecha, hora, tipo de sonda, etc.) que no afecta a la calidad del diagn´ostico. Adem´as, esta informaci´on externa es altamente estacionaria y s´olo cambia al pasar de un modo de operaci´on a otro. Es por eso y como se ha hecho en varios trabajos previos [13], [14], [15], que en este trabajo s´olo se comprime la parte del ultrasonido. 2. Poca informaci´on de color: El contenido de la ecograf´ıa viene dada por su forma, no por su color. El color es casi del todo inexistente en un v´ıdeo de 82.3. Modos de visualizaci´on Figura 2.3: Partes de la ecocardiograf´ıa. ultrasonidos salvo en el modo Color Doppler. ´ Este es el ´unico caso en el que hay que tener en cuenta la informaci´on de color, pudi´endose obviar sin p´erdida de calidad de diagn´ostico en el resto de la secuencia. 3. Poca variabilidad entre frames: En el modo B y Doppler Color hay ausencias de movimientos bruscos y en los modos M, Doppler Pulsado y Continuo, la imagen es mostrada gradualmente, como ya se explicar´a en la siguiente secci´on. Esta cualidad de los ecocardiogramas, si es aprovechada adecuadamente, puede llevarnos a una compresi´on m´as eficiente. 4. Distintos tipos de secuencia: Un v´ıdeo general contiene un n´umero pr´acticamente infinito de tipos de secuencia, sin embargo en los v´ıdeos de ultrasonidos tratados en este proyecto podemos encontrar un n´umero limitado de ellos. Como ya hemos visto existen cinco modos distintos de operaci´on, pero dadas las caracter´ısticas de visualizaci´on del ultrasonido podemos diferenciar tan s´olo dos modos, los modos de barrido y los modos 2D. Las caracter´ısticas de estos modos de visualizaci´on son descritas en la siguiente secci´on. Todas est´as caracter´ısticas de los ecocardiogramas son tenidas en cuenta en la elaboraci´on del compresor. 2.3 Modos de visualizaci´on Como ya se ha mencionado, podemos distinguir dos modos seg´un las caracter´ısticas en las que se muestra el ultrasonido, los modos de barrido y los modos 2D. ´ Esta clasificaci´on ha sido introducida en este trabajo para la elaboraci´on del compresor. A continuaci´on, Cap´ıtulo 2. Caracter´ısticas de los ecocardiogramas 9 se describen estas caracter´ısticas que ser´an las que se tengan en cuenta a la hora de elaborar el m´etodo de compresi´on para cada uno de ellos. 2.3.1 Modos de barrido (a) Frame 1. (b) Frame 2. (c) Frame 8. (d) Frame 9. Figura 2.4: Ejemplos de frames para los modos de barrido. F es frame. Los modos de barrido son los modos M, Doppler Pulsado y Continuo (ver Figura 2.2). En estos modos la imagen de ultrasonido va apareciendo gradualmente. En la Figura 2.4 se muestra como en cada frame va apareciendo una nueva franja (en la Figura 2.4(a) aparece la primera franja en el primer frame y en la la Figura 2.4(b) aparece la segunda franja en el segundo frame) y cuando se completa toda la pantalla (Figura 2.4(c)) empieza 10 2.3. Modos de visualizaci´on de nuevo desde el principio (Figura 2.4(d)). Cuando el cardi´ologo lo considere oportuno para el barrido, mostr´andose la misma imagen cada frame y as´ı poder tomar medidas. 2.3.2 Modos 2D Los modos 2D son los modos B y Doppler Color. Como se puede ver en la Figura 2.5, estos modos pueden ser divididos en dos partes. La parte 2D (ver Figura 2.5 etiqueta 2D) que es com´un para ambos modos y no presenta informaci´on de color, y la parte color doppler (ver Figura 2.5 etiqueta color doppler) que s´olo esta presente en el modo Doppler Color y est´a localizada en una peque˜na zona del ultrasonido. Cuando el cardi´ologo lo considere oportuno congela la imagen y as´ı puede tomar medidas. Figura 2.5: Partes de la ecocardiograf´ıa en los modos 2D. Cap´ıtulo 3 Propuesta para la compresi´on del ecocardiograma En este cap´ıtulo se va a explicar la propuesta de compresi´on para cada uno de los modos de visualizaci´on teniendo en cuenta las caracter´ısticas de estos y las caracter´ısticas generales de los ecocardiogramas que han sido expuestas en el cap´ıtulo anterior. Tambi´en se explica c´omo se va a codificar la imagen para cualquiera de los modos. 3.1 Codificaci´on Para la codificaci´on de la imagen se ha utilizado el formato YUV. Este formato es ampliamente utilizado, ya que es el m´as apropiado para la compresi´on. Una de las ventajas que presenta es que tiene una componente para la escala de grises, Luma (Y), y dos componentes para representar el color, Croma Azul (Cb) y Croma Rojo (Cr). De esta forma, si la imagen no tiene color, s´olo ser´a necesaria la componente Y. Otra de las ventajas que presenta es que el ojo humano es m´as sensible a la componente Y, y por tanto, se pueden reducir las componentes de croma utilizando as´ı menos bits para la codificaci´on. 3.2 Modos de barrido Como ya se ha explicado en el cap´ıtulo anterior, estos modos tienen unas caracter´ısticas especiales en el modo en el que el ultrasonido es representado y no presentan informaci´on de color, por lo tanto, para su codificaci´on s´olo es necesaria la componente Y. Por cada frame s´olo cambia una franja (ver Figura 2.4) y es por eso que en cada frame s´olo se comprime esta nueva franja en lugar de toda la imagen. Para la compresi´on de las franjas se han propuesto dos algoritmos distintos, SPIHT y JPEG2000, por ser unos de los algoritmos m´as utilizados en la compresi´on de im´agenes m´edicas y presentar muy buenos resultados. SPIHT ha sido programado en C siguiendo 11 18 4.4. Evaluaci´on para cada uno de los modos de operaci´on Figura 4.1: Curvas ratio-distorsi´on para el Modo M. Figura 4.2: Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Pulsado. Cap´ıtulo 4. Resultados y discusi´on 19 Figura 4.3: Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Continuo. Figura 4.4: Curvas ratio-distorsi´on para el Modo B. 20 4.4. Evaluaci´on para cada uno de los modos de operaci´on Figura 4.5: Curvas ratio-distorsi´on para el Modo Doppler Color. Como se puede observar en las Figuras de 4.1 a 4.3 (modos M, Doppler Pulsado y Doppler Continuo respectivamente) el m´etodo propuesto para los modos de barrido mejora a XVID y H264 para todos los ratios de transmisi´on, siendo la ganancia m´as significativa para valores de PSNR superiores a 100 Kbps. Para los modos de barrido se han probado dos algoritmos. SPIHT funciona mejor para ratios de transmisi´on inferiores a 50 Kbps y JPEG2000 funciona mejor para ratios de transmisi´on superiores a 50 Kbps, pero para el modo M todos los valores de PSNR son superiores con SPIHT. Es interesante el hecho de que para los modos de barrido se alcanza un elevado PSNR (casi 45 dB, el cu´al es pr´acticamente indistinguible de la compresi´on sin p´erdidas) con ratios de transmisi´on muy bajos (100 Kbps) usando la t´ecnica propuesta. La Figura 4.4 muestra el PSNR obtenido con Xvid, H264 y el m´etodo propuesto basado en 3D SPIHT para el modo B. Para este modo se ha conseguido con el m´etodo propuesto un PSNR superior para todos los ratios de transmisi´on. La Figura 4.5 muestra el PSNR obtenido para el m´etodo propuesto, H264 y Xvid para la componente Y del modo Doppler Color. Se han obtenido buenos resultados con el m´etodo propuesto y s´olo para valores de transmisi´on muy bajos (menores a 100 Kbps) H264 presenta valores m´as elevados de PSNR que el m´etodo propuesto. Esto no es muy significativo porque la informaci´on importante para el diagn´ostico se encuentra en el color. Los resultados para las componentes de color no se muestran, ya que todos los valores de PSNR son mayores a 43 dB (excelente calidad de visualizaci´on) y sin p´erdida de calidad para el m´etodo propuesto. Cap´ıtulo 4. Resultados y discusi´on 21 4.5 Evaluaci´on de ecocardiogramas est´andar En esta secci´on se ha evaluado el m´etodo propuesto para los siete ecocardiogramas est´andar anteriormente mencionados (ver Tabla 4.2). Cabe esperar que con el m´etodo propuesto se obtengan mejores resultados que con los m´etodos t´ıpicos de compresi´on, ya que, como se ha visto en la secci´on anterior, el m´etodo propuesto funciona mejor para todos los modos. En las Figuras de 4.6 a 4.12 se representa para cada uno de los v´ıdeos el PSNR medio en funci´on del ancho de banda medio para el m´etodo propuesto y los compresores H264 y Xvid. Una consideraci´on importante a tener en cuenta para el m´etodo propuesto es que cuando el v´ıdeo est´a parado no se transmite nada y, por lo tanto, en ese tiempo el ancho de banda utilizado es cero. Es por eso por lo que el ancho de banda medio ser´a menor que el ancho de banda configurado para la compresi´on, ya que hay intervalos de tiempo en los que no se transmite nada. ´ Esto no sucede en el resto de m´etodos de compresi´on, en los que se transmiten datos durante todo el v´ıdeo. En el Anexo H se incluyen una tabla por cada v´ıdeo con el PSNR medio seg´un el ancho de banda de l´ınea configurado para cada uno de los m´etodos de compresi´on estudiados y el ancho de banda medio para el m´etodo propuesto. Figura 4.6: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 1. 22 4.5. Evaluaci´on de ecocardiogramas est´andar Figura 4.7: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 2. Figura 4.8: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 3. Cap´ıtulo 4. Resultados y discusi´on 23 Figura 4.9: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 4. Figura 4.10: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 5. 24 4.5. Evaluaci´on de ecocardiogramas est´andar Figura 4.11: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 6. Figura 4.12: Curvas ratio-distorsi´on para el v´ıdeo 7. Cap´ıtulo 4. Resultados y discusi´on 25 Como era esperado, con el m´etodo propuesto se obtienen a´un mejores resultados para los 7 v´ıdeos t´ıpicos considerados que para la compresi´on por modos debido a las paradas. La mejora es m´as significativa para ratios de transmisi´on mayores y siendo esta mejora dependiente de la composici´on del v´ıdeo (ver Tabla 4.2). Estos resultados s´olo son v´alidos para ver la ganancia global del PSNR, pero no sirven para caracterizar a los ecocardiogramas dado que el PSNR es muy dependiente del modo. Con el fin de comprender mejor porque los resultados son dependientes de la composici´on de los v´ıdeos se ha representado para los v´ıdeos tres (Figuras 4.13 y 4.14) y siete (Figuras 4.15 y 4.16) el ancho de banda medio y el PSNR medio por tramo en funci´on del tiempo. Cada tramo corresponde a un modo diferente (modo B, Doppler o barrido), es decir, se calcula la media por tramo que corresponde a un mismo modo. Se representan cuatro ratios de transmisi´on (100, 400, 700 y 1000 kbps). El ancho de banda medio de los modos B y Doppler Color corresponde con el ratio de transmisi´on. En los modos de barrido no en todos los casos el ancho de banda medio corresponde con el de transmisi´on, ya que aproximadamente a los 600 kbps se alcanza la compresi´on sin p´erdidas en estos modos, que nos da el ancho de banda m´aximo. Los tramos en los que el ancho de banda medio es cero son en los que el v´ıdeo est´a parado. Cada tramo correspondiente a un modo se le ha asignado una etiqueta en la que “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. Las gr´aficas correspondientes de todos los v´ıdeos se incluyen en el Anexo H. El tercer v´ıdeo es con el que se obtiene una mejora global menor (ver Figura 4.8). Esto es debido a que los modos m´as presentes son el modo B y el Doppler Color, y ´estos son los que menor reducci´on del ancho de banda presentan (ver Figura 4.13 etiquetas “B” y “D”) y menor PSNR tienen (ver Figura 4.13 etiquetas “B” y “D”). Por el contrario, el s´eptimo v´ıdeo es el que obtiene una mejora global mayor (ver Figura 4.12). Esto es debido a que los modos m´as presentes son los de barrido y ´estos son los que mayor reducci´on del ancho de banda presentan (ver Figura 4.15 etiqueta “S”) y mayor PSNR tienen (ver Figura 4.15 etiqueta “S”). Otra de las causas de la mejora son las paradas, ya que el ancho de banda es cero y el PSNR es el del anterior modo, que normalmente es el modo de barrido. 26 4.5. Evaluaci´on de ecocardiogramas est´andar Figura 4.13: Ancho de banda medio por tramo para el v´ıdeo 3 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. Figura 4.14: PSNR medio por tramo para el v´ıdeo 3 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. Cap´ıtulo 4. Resultados y discusi´on 27 Figura 4.15: Ancho de banda medio por tramo para el v´ıdeo 7 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido. Figura 4.16: PSNR medio por tramo para el v´ıdeo 7 para distintas tasas de transmisi´on. Donde “B” es el modo B, “D” es el modo Doppler Color y “S” son los modos de barrido.