（通信与信息系统专业论文）dicom协议的实现及应用研究(1).pdf

摘要 摘要 论文系统介绍了医学图像归档与通讯系统( p a c s ) 中广泛使用的 d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n i nm e d i c i n e ) 标准，此标准 是一个医学影像环境中的高层列络通讯协议，说明了影像系统之间通过 网络进行图像交换和实现互操作的规范。论文按d i c o m 专用通讯协议 和用户数据编码两部分来讨论。根据d i c o m 通讯协议特点和w i n d o w s s o c k e t s 接口的面向对象技术支持，本文给出了一种采用分层方法实现 d i c o m 通讯协议的策略，详细讨论了每层实现的关键技术。在实现数据 传输时，设计了一种采用二叉树实现数据集( d a t as e t ) 编码的紧凑型算 法，在软件中实现了基于此算法的数据集编码和解码。另外，论文给出 了在w i n d o w s 环境下应用d i b 位圈实现d i c o m 格式图像的显示和与 其他通用图像格式转换的方法。最后结合一个小型的存储系统设计介绍 了d i c o m 协议在医学信息系统中的应用和p a c s 设计技术。 关键字：d i c o m卜层协议p a c s图像压缩编码 a b s t r a c t z h a n gy i q u n ( c o m m n i c a t i o na n d i n f o r m a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i w u ，r e s e a r c h e rl uz h a o h a i t h i st h e s i si n t r o d u c e sd 1 c o ms t a n d a r d w h i c hi s a p p l i e dw i d e l y i n m e d i c a lp i c t u r ea r c h i v i n ga n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n dp r o p o s e a h i e r a r c h i c a l i m p l e m e n t a t i o n m e t h o do fd i c o mn e t w o r kp r o t o c o l s 。k e y t e c h n i q u e so ft h i sm e t h o di sd is c u s s e di nd e t a i l o nd a t a s e l sc o d i n g ，k e y p a r to fd i c o mp r o t o c o l si m p l e m e n t a t i o n ，t h i sp a p e rg i v e san e ws i m p l e i m p l e m e n t a t i o n o fd a t a s e tw h i c h a p p l i e s b i n a r y t r e ea st h ed a t a s e t s c o m p u t e rr e p r e s e n t a t i o n t h ei m a g ec o m p r e s s i o nt e c h n i q u eu s e d i ni m a g e c o m m u n i c a t i o na n ds t o r a g ea r ed i s c u s s e d s i n c em sw i n d o w si s t h em o s t w i d e l y u s e d c o m p u t e rp l a t f o r m t h e d i c o mi m a g e d i s p l a y a n dp r o c e s s t e c h n i q u e o nw i n d o w si sa l s od e a l ta f t e rt h ei m a g ec o m p r e s s i o nt o p i c f i n a l l yt h ep a p e ri l l u s t r a t e a r l a p p l i c a t i o no fd i c o mp r o t o c o l w i t ham i n i s t o r a g es o l u t i o n k e y w o r d s ：d i c o m ；u p p e rl a y e r p r o t o c o l ；p a c s ；i m a g e c o m p r e s s i o nc o d i n g 第一章，引高 第一章引言 1 医院信息化与p a c s i ，2 ，1 5 1 6 ”1 8 在医院的信息化建设中，无胶片化是一。个比较热门的主题，随着数 字技术的成熟，将医学影像设备产生的医学影像资料通过计算机存储设 备保存起来，通过高分辨牢显乃i 设备来对数字图像进行医学判读，不仅 节省了传统的胶片保存，节省了化学原材料降低成本，还可以利用先进 的信息技术辅助诊断，改变传统的医疗方式。这一需求促进了医学图像 归档与通讯系统p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 的 发展。 p a c s 系统最早 h 现于1 9 8 2 年，由美国的加利福尼亚大学附属医院 和斯坦福大学电子工程系联建，当时仅是一个实验系统。经过十几年的 发展并伴随着计算机网络技术、存储技术和图形工作站的进步，p a c s 迅速走向成熟，进入实用阶段。p a c s 的应用在美国最为发达，1 9 9 9 年 美国国防部提出了一个投资j2 亿美元的d 1 n p a c s ( d i g i t a l i m a g e n e t w o r k ，p a c s ) 计划，设想将美国境内的军医院通过网络连接成一个 大的p a c s ，以实现m o b i l ep a 【i e n t d o c t o r i m a g e 的目标，即病人可以在 任何个医院就诊军医可以随时调派到任何一个医院，可以在任何一 个位置调阅影像资料，而患者的医学档案、医生的图像查看权限和方式 爿i 会随着迁移而变化。亚洲的韩j 蚓和中周台湾地区在医院信息化和p a c s 建设七也很有成效。应用信息技术提升医疗服务水平已成为世界范围的 个趋势。 在我国，医院的信息化建设利p a c s 的应用相对迟缓，这方面的工 作还处于尝试和探索阶段，这有经费小足的原因，也跟我副医院管理的 配套法规不健全、些关键技术没解决有关。而国外大公司在中国推广 i ) i c ( ) m 帅c 义的实现及应用 的p a c s 方案价格昂贵，h 与冈内的管理彳i 相配套，有一个本地化的问 题。尽管有诸多不利因素，p a c s 的实施和发展仍是我国医院建设的方 向，因此研究适合国内应用p a c s 很，向实际意义。 p a c s 是图像处理技术和数宁存储技术、显示技术和通讯技术的集 大成，其中，图像压缩技术利图像的提取与管理、图像的通讯技术是建 设p a c s 的关键技术，尤其是和初矬阶段。这里p a c s 应用到了医学影 像领域的一个标准一d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n d c o m m u n i c a t i o ni n m e d i c i n e ) ，d i c o m 标准脱胎j ：最早的美困放射学会和全美电器商协会 制定的一个影像设备硬件接l j 瑚范，后来随着应用的发展融入了网络技 术，发展成为个体系复杂的信息系统技术标准，现在d i c o m 标准的 实现已成为p a c s 的核心技术。 2 d i c o m 标准的历史“，“t ” 随着计算机放射成像技术n ：医学七的广泛j 监用，影像设备制造已发 展成为一个新产业，随着越来越多的食业融入到医疗影像设备生产领域 罩来，影像信息的数掘格式一致性问题逐渐显现出来，为了规范不同原 理的设各和不同厂商的设备生成的图像的格式，提高设各之间的互操作 性，美幽放射学会a c r 利全美电器制造商协会与19 8 3 年决定制定一个 标准，以实现以下日标： 一推动数字化剧像信息在不同，| 商的影像设备间通讯 一为医院的p a c s 的丌发干应用延伸提供一个信息接口，以与其它 医院环境的信息系统实现数据交换 一可以在医院的网络 i 任们一台设备上访问渗断信息数据库 由两家派出的联合小组于1 9 8 5 年发表了代号为n o 3 0 0 。1 9 8 5 的标 准，这就是d i c o mv 1 0 。第一版经过了两次修订后，联合小组1 ：1 9 8 8 年推出了d i c o mv 2 0 ，第二版增加了坩显示设各的操作命令，给出了标 识图像的策略，并添加更多用j ：交换的信息对象。这些版本的d i c o m 定义了一个硬件接r | 、软件命集仑垌j 数据的格式促进了当时器械输出 标准化，随着应用的发展和技术进步，d i c o m 标准的内容不断丰富和扩 展，它逐渐由规范设备间的交忆过渡为规范和促进影像网络和p a c s 的 发展，内容被大人扩充。19 9 3q - 发表的版本3 是变动最大的一次修订和 调整，它对以前版本作了虫p _ f | 强和扩充： 一标准可以适用丁网络环境，前两版的d i c o m 只支持点对电通讯， d i c o m 3 0 加入了运行在t c p p 之上的通讯协议。 一增加了离线0 f f l i n e 处w 能力，增加了对某些存储介质的支持如 c d r 、m o d 等存储设备，给了适用于不同文件系统的文件的独屯逻 辑格式。 一增强了发备的交换能力和吼操作能力，通过对命令和相关数掘的 语义解释处理，符合标准的设备可以进行在网络上更充分互操作。 一提供了不同层次的实现机制，列厂商来说，一次实现整个标准太 剧难或没必要，d i c o mv 30 标准允许i 殳备在不同层次上或局部实现协议 的要求，设备商将自己产l 对标准的实现程度用d i c o mc o n f o r m a n c e s t a t e m e n t s 的形式随没备出售给 十 柬，或者在i n t e r n e t 上公开。 一标准的文档奉身的结构 过优化，每一章既与其他章节关联又能 自成篇章，方便了阅霞和夼阅。 一提供了除图像外其他类叫自信息对象的定义，如诊断报告，波形 数据等。 一提供了唯丰，i ；识机制，i ij _ 以存刚络上唯一标识一个实例。 d i c o m v 3 0 是本次j 1 发依据的版本，文中所引协议的内容均来自版 本3 及以后的某些修订，如无特铢提及，下文所述的d i c o m 均指d 1 c o m v 30 。 3 协议在产业界的应用现状和实现意义 d i c o m 标准的前两个舨本还主要在制订枥；准的几大厂商问使用，随 着医院信息系统的发展，d i c o m 3n 已被业界广泛采纳，国内的应用研 究热潮发生在上世纪9 0 年代，影像设备的d i c o m 接口成了一个衡量设 备先进性的重要指标，各j 商小先推出自己的支持d i c o m 的软硬件产 品，同时p a c s 的研究与丌发山进腱迅速，图像传输、处理与压缩技术 成果累累。d i c o m 标准制汀的訇像存储逻辑格式，本意是要增加影像系 统的离线处理能力，现在已成为医学图像的标准文件格式。d i c o m 标准 已成为医学影像通讯存储的事实标准。 国内对d i c o m 标准的研芎i 也f i9 0 年代开始兴起，这一阶段图像通 讯的文章相当数量都是倒绕d l c o m 展丌，与产业巾应用热潮和理论研 究频出成果相对照的是，在3 - 样领域，还没有一个国内公司推出在行、比 成功应用的d i c 0 m 协议，。品，从发表的文章看，浙江大学、清华大学、 自动化所、国防科大l 叮能刊协i 辽做过外发，但没有看到有影响的产品出 现。在国外。美国的l e a dt e c h n o l o g y 公司丌发的l e a d t o o l s 成为全球最 有影响的d i c o m 丌发库，l e a d t o o l s 不仅实现了d i c o m 协议，还包括 强大的图像处理能力、视频多媒体处理能力，被全球的p a c s 开发商采 用。目前困内的大多数医。学影像系统和p a c s 开发商在实现d i c o m 模 块时，都是购买国外的的丈现l 数j 辛。 造成这种情况的原因足协议的全英文叙述，内容庞大，涉及的领域 多，与其它协议联系紧密理解州难，这也是为什么标准会设置第二章兼 容性声明的原因。再有，幽内的支撑产业不发达，没有很好的应用环境， 信息系统应用水平不发达，跃陇的管理流程刁i 规范，与国外有差别，j i ： 发商由于自身力量，又刁i 愿做这种基础性的协议开发工作。因此本次设 计选择了协议的实现作为重点，通过阅读协议来搞清需求，通过实现来 深化协议的理解，最后提供个局部”，用的d i c o m 函数库和份理解 准确的协议翻译文稿。 骗一章i ) i c o m 标准体系年口内容 第二章d i c o m 标准的体系和内容 1 d i c o m 标准的内容体系 d i c o m 标准内容庞杂，全之e 分f 一章。标准的重点是对信息对象和 在信息对象上执彳亍的操作的定义，王要章节的内容如下： 第l 章简介 第2 章一致性声明 第3 章信息对象声叫 第4 章服务类 第5 章数据集和编码 第6 章数据字典 第7 章d i c o m 消，自、服务 第8 章消息服务的网络支持 第9 章点对点连接服务 第1 0 章存储介质和文件柝式 第1 1 章不同介质类刑的j _ | 务 其中第4 章服务类嗣i 第5 一，1 i 数据编码是内容的核心，其他章节的内 容都是围绕这两个点进行展) h 第3 章信息对象定义给mr 在医学影像环境中各种图像、图形和相 关数据的定义，第7 章定义厂，t j z ) f l 实体间实现交互的操作d i c o m 消息 服务元素，对象和对象的操作构成服务对象元组( s e r v i c e o b j e c tp a i r s o p ) ，有紧密关联的s o p 构成服务类，第4 章给出了所有d i c o m 标准 用到的服务类，网络卜的应朋榭序之问，是以服务类为单位进行数据交 换的。第5 章给出了对d i c o m 消息和以及图像的编码规则，第六章汇 总了所有的数据成员，具他苛 ! 为辅助性内容，如扶度显示能力、网 d i c o m 讪溲的儿fr o 投戍用 第四部分服务类规格定义j 蔓 ii 彝 l 信黧义卜 数 f萋 j第五部分数据结构与编码 - _ i 。工 第七犁分拍息交挽 ii l第八部分 第九部分 1 支持捎息薯蘸罄两络传箱 支持梢斋蠡羟点对点 图j d 1 c o m 标准的内容体系 络的安全传输和数抓加密等，1 ij 。d 奉次没计的重点，请读者参阅原文。整 个体系如图l 所示。 d i c o m 标准是个嘶i h j 廊刖旧网络协议，与其早期版本的功能不同 的是，网络上的 ：作站和i 殳备成像系统( 成像物理设备和主机) 是通过 网络通讯协议来完成信息交换旧，d i c o m 标准应用成熟的网络互透技 术，规定了医学影像环境下网络实体交互的协议规范，标准将放射影像 定义为信息对象，通过定义个信息划象库规定了“传什么”，信息对象 定义了放射信息系统中，各种哎彳奇的闰像和相关的文本信息，如诊断数 据、图像所属的病忠姓名年龄、造影邴位等数据。标准定义了d i c o m 消息服务解决了“怎么传”，d i c o m 消息服务由d i c o m 消息服务7 素 d i m s e 完成，d i m s e 是种o s i 连协议定义的应用服务元素，应用 程序就是通过调用这u 弩服务无索米完成信息的传输和管理的，d i m s e 使 用d 1 c o m 上层服务来传输应川数掘报，第8 章和第9 章定义了基于不 同连接的d i c o m 上层服务和f j 联伽议，第8 章的上层服务基于t c p i p 协议，第9 章的卜层服务摹j ， 、剥1 j i 连接协议。 鹅争i ) i c o m j 、准的体系和内容 2 各部分内容概要i “2 书中主要用到信息对象定辽、消息服务、服务类和数据编码章节的 概念和术语内容，r 丽列 j 到的这儿个章节做详细的介绍。 2 1 信息对象定义 信息对象给出了阱议、i 片j i 由艾际环境的信息模型，给出了应用上下 文，信息对象就是参照此竹息f l ! 犁求进 ，划分和定义的。 2 、1 ，1 为什么需要定义信息模型，1 i 直接给出要传输信息的数据格式? 应用实体要传送的信息是丝杂的通过d 1 c o m 协议传输的信息涵 盏整个p a c s 的各部分，冈像f 象索、成像设备参数等各种数据条f = j 和类 型众多，信息闻存神着对叫对多的关系，为了使通讯各方能以一 个一致的方式组织数据和数掘的关系，d i c o m 根据实际应用环境给出了 个公共参考信息模型。，q 时扦个实体采用统一的信息模型，对于p a c s 间信息的交流有促逊作剧。 21 2d i c o m 信息模型 信息模型为每个艾体提供，个要交换信息的体系，信息模型定义 了医学影像领域的现实刈象的僦念模型，这是一个层次模型，处于最e 层的是病患p a t i e n t 信息刈象，舾患作一次影像检查产生。个s t u d y 对象， 此s t u d y 对象描述r 这次检查- ! l 的信息，如检查日期，部位，产生的 医学影象，造影设备等。s t u d y 的幽像、标注按系列s e r i e s 来组织，每 个s t u d y 包含一或多个s e r i e s 。s e j l i t s 包含。或多幅图像对象、相关的报 告对象、图像颜色映射表等与h 像的显示观察相关的信息，比如c t 图 像，一般经过设备的次拙，会产牛一系列的图像，每一次扫描所生 成的图像可以组织成 个系剁。最低层是图像对象i m a g e ，它封装了图 像的像素数据，是信息模型r r | 的图像的基本单位。 模型不仅给出的各信息实体之j h j 的关系，而且是后面d i c o m 协议 定义的存取操作( 查询提取服务类) 的参照，整个模型如图2 所示。 蚓2 d i c o m j 、准定义的信息模型 模型用面向对象的思想对爻1 功：世界巾的实体概念作了定义，信息对 象( i n f o r m a t i o n0 b j e c t ) 炭1 ij 个实际对象的内涵，信息对象并不代 表一个具体的对象事例，它是类同质对象的抽象，在标准中，所有的 信息对象用一个i o d 束定义：信息对象分为单元信息对象( n o r m a t i v e i n f o r m a t i o no b j e c t ) 和复合信。u 剥象( c o m p o s i t ei n f o r m a t i o no b j e c t ) 两 类，当i o d 定义的对象表示一个币独的实际世界中的对象时，此信息对 象就是一个单元信息刈象，如枪杏刈象s t u d y 、图像对象i m a g e 。当i o d 定义的对象是相关的若 对象的圳合时来代表一个复杂对象，此信息对 椠串) i c o mn 、准的体系和内容 象就是复合信息对象。d i c o m 定义的所有类型的图像对象都是复合对 象，冈为每个图像娶包含象素，迎婴包含文本信息，才能在i j 6 5 l 络上唯一 标识一幅图像，在p a c s 巾l i - f | f | j ! 档，它包含了图像对象的特性还包含 病患的特性。 2 2 消息服务 i o d 定义了d i c o m 发箭，之川交换的信息，而信息的传输是通过 d i c o m 消息( d i c o mm e s s a g e ) 完成的，d i c o m 消息属于o s i 互连参 考模型的应用层，杯准的第七，邵分通讯协议定义了提供d | c o m 消息服 务的d i c o m 服务元素d i m s e ( d i c o mm e s s a g es e r v i c ee l e m e n t ) 。 在应用实体对消息服务的l 周用中，使用消息服务的应用程序被称为 消息服务用户，消息胱务模块破称为提供者，与消息用户构成协调互动 关系。 2 3 服务类 在d i c o m 标准中，一组d i m s e 服务与信息对象构成服务对象元组 s e r v i c e o b j e c tp a i rs o p ，s o p ( 1 l a s s 定义了s o p 的语义和使用规则，s o p 类对应了i s o o s i 模 ! ! i j 的被什对象类m a n a g e do b j e c tc l a s s 。应用实体 间交互时，首先要协l ： is o p 类，连接的呼叫方在连接对方时给出自己支 持的s o p 类，被川方将自已支的s o p 类与呼叫方在报文中提供的s o p 类取交集，返回给呼叫方。以j ，i 撒方通过消息交换信息都是这个协商确 定的s o p 类集合的实例。 服务类这一章给出了s o p 葵的定义，为完成某一具体应用功能的相 关的s o p 类构成服务类，存d i c o m 。p ，共定义了8 个服务类有校验服 务类、存储服务类、商询提圾艟务类s t u d yc o n t e n t 服务类、病患管理 服务类、诊断结果胀务类、打l ：i j 月务类介质服务类存储提交服务类。 在定义每个服务炎是，除j 给出相火的每个s o p 类的定义外，标准 还给出了s c u s c p 角色的垃川爻体应作剑的要求。 2 4 数据编码 信息对象和消息最肝都要自* 码，标准的第五部分给出了d i c o m 应 用环境下编码的规则、，符集删数据结构。信息对象的抽象定义i o d 的 实例称为数据集，数据集足数抛成员的集合，每个数据成员表示信息对 象的一个属性，数据成员按照机签t a g 号有序排列。 d i c o m 消息的编码l _ 命令集和数据集构成，其中命令集表示了消息 的操作含义，是d i m s e 的编f r ，j 备式，命令集由命令成员构成，命令成员 与数掘成员的结构仪筹个字段，都有标签、数据体长度和数据体字段。 第血章给出了数据集编码的取值宁符集和数值编码规范，数据成员的编 码规则，以及象素和阁像标；j ：数据的编码策略及规范，它定义的规则是 后面数据集编码和解码的根删。、 0 第三章数据集的编码 第三章数据集的编码 1 。实现d i c o m 协议的框架 经过实际应用的推动，d 1 c o m 3 0 已演变成一个面向应用的网络交 换协议，目标是实现放射影像环境的图像信息交换，因此图像的传输编 码和d i c o m 专用的通讯协议部分是实现的核心。这一章讨论数据集的 实现技术，它是实现d i c o m 协议的基础，因为图像的传输、存储年u 解 读显示都是通过对数据集的操作实现的。下一章讨论d i c o m 通讯协议 的实现技术。 2 数据集概述1 6 7 2 1 数据集的概念和实例一一信息对象的实例 d i c o m 协议将实际应用环境中的信息实体抽象为信息对象，并用 i o d ( i n f o r m a t i o n 0b i e e t d e f i n i t i o n ) 来定义信息对象，对i o d 进行实例 化后就是一个实际的对象，称为数据集( d a t as e t ) 。数掘集由数据成员 组成，每个数据成员是一个信息对象的属性的编码。 信息对象分为复合信息对象( c o m p o s i t ei o d ) 和单元信息对象 ( n o r m a t i v ei o d ) 2 类，单元信息对象是现实世界存在的实体，如接受 医疗服务的患者，一幅设备生成的图像，在信息模型中都是一个单元信 息对象。复台对象是由单元信息对象的部分属性组合构成的一类复合信 息实体，在现实世界中找不到实际的对应物。复合信息对象在d 1 c o m 标准罩主要用来说明要传输或存储的医学图像，如c t 图像的复合信息 刺象c tc o m p o s i t ei n f o r m a t i o n0 b j e c t 包含患者对象、序列对象( s e r i e s ) 、 d i c o m 掷议的密现及心用 设备专有对象( 这里是c t 对象) 和通用象素对象，这罩的医学图像不 仅包含了图像数据，还包括了患者的信息、图像的成像参数等数据，下 表给出了c t 图像的规格 对象对象的属性 p a t i e n tp a t i e n t sn a m e 、p a t i e n ti d 、p a t i e n ts e x 、p a t i e n t sb i r t h d a t e s t u d y s t u d yi n s t a n c eu i d 、s t u d yd a t e 、s t u d yt i m e 、s t u d yi d 、 a c c e s s i o nn u m b e r 、r e f e rr i n gp h y s i c i a n sn a m e s e r i e s s e r i e si n s t a n c eu i d 、m o d a l i t y 、s e r i e sd a t e 、b o d yp a r t f r a m eo fr e f e f e n c e e q u i p l n e n tm a n u f a c i h l e r 、s t a t i o nn a m e g e n r a li m a g e i n s t a n c en u m b er 、p a t i e n to r i e n t a t i o n 、c o n t e n td a t e 、 c o n t e n tt i m e 、i m a g et y p e 、a c q u i s i t i o nn u m b e r i m a g ep l a n e p i x e ls p a c i n g 、i m a g eo r i e n t i o n 、i m a g ep o s i t i o n 、s l i c e t hi c k n e s s i m a g ep i x e ls a m p l e sp e rp i x e l 、p h o t o m e t l i ci n t e r p r e t a t i o n 、r o w s 、 1 m a g e c o l u m n s 、b i t sa l l o c a t e d 、b i t ss t o r e d 、h i g h b i t 、p i x e l r e p r e s e n t a t i o n 、p i x e ld a t a c t l m a g e r e s c a l es l o p e 、k v p 、a c q u i s i t i o nn u m b e r s o pc o m m o ns o pc l a s su i d 、s o pi n s t a n c eu i d 、s p e c i f i cc h a r a c t e r s ec 数据集出数据成员构成，如f 图l 所示。每个数据成员是信息对象 一个属性值的编码，它有如下四个字段：标识号( t a g ，有时称标签) 、 值的类型和编码表示( v a l u er e p r e s e n t a t i o n ，v r ) 、数据体长度和数据体。 标识号是一个4 字节的无符号整形数，标识出数据成员是哪一个属性的 编码。数据成员按标识号升序在数据集中有序排列，数据集就是有序数 据成员的集合。 第= ：章数据集编冯 图1 数据集与数据成员的结构示意图 数据成员的值类型和编码v r 说明了数据成员取值的类型以及编码 表示，它与数据类型的区别是它比数据类型更抽象，因为数据类型都是 在编程语言中定义的，其机器表示( 编码) 与机器系统、编译程序有关， 两协 义的实现讧j 能使用不同的编程语言，因而这里使用了v r 这种比数 据类型更抽象的方式。协议定义了2 7 种v r 。除了有一种u n 的v r 的 解释不定外，每种数据成员的v r 都是固定的，因此当知道了一个数据 成员的标识号，就知道了其v r ，所以可以在编码时省略此字段。实际 数据集的编码要不要此字段由应用程序双方协商而定，在文件中则由文 件头中的t r a n s f e rs y n t a x 字段指明。 属性a t t r i b u t e 是d i c o m 描述信息的基本单位，而是数据成员则是 信息编码的基本单位，数掘成员的标识号指示了数据成员封装的是哪一 个属性的值。数据成员及其代表的属性、值类型和编码v r 在标准的第 六章数据字典罩有汇总。 2 2 影响编码的因素 应用程序关联时，若双方约定不要v r 字段，则数据集采用的是暗 码编码，反之若需要v r 字段，则是明码编码。采用暗码编码的编码格 式有一种：l m p l i c i tv rl i t t l ee n d i a n 。明码编码的编码格式有2 种见表 3 1 。 除了明码暗码因素，影响数据及数据格式的另一个凶素是宁节编址 顺序，一般网络通讯系统中，以字节形式传输信息都存在这样个字节 顺序的问题。字节顺序有两利，：l i t l l ee n d i a n 顺序和b i 2e n d i a n 顺序，l i t t l e d i c o m 西议的实现及应用 e n d i a n 是低字节先编码，而b i ge n d i a n 是高字节先编码。两种字节顺序 的差别可参见标准第五章的附录。按照卜面两个影响因素和图像编码方 式，数据集的编码有4 大类方式，如表3 - l 所示。 表3 - 1 主要的几种传输语法 序号传输语法描述 缺省方式，低字节优先，数据 11 28 4 0lo 0 0 8 1 2 成员暗码格式 低字节优先，数据成员明码格 2l2 8 4 0 10 0 0 8 1 2 1 式 高字节优先，数据成员明码格 31 28 4 0i o 0 0 8 1 2 2 式 412 8 4 01 0 0 0 8 1 24x压缩格式编码 3 编码问题的提出 第一个问题是如何在内存中表示数据集，在结构上数据集是一系列 数据成员的集合，由于数据成员的数据体字段的长度由其长度字段指定 只有在其有取值时，才可以确定长度，因此不能采用静态定义一个结构 的办法来分配每一数据成员的空问。另一方面，数据成员之间的关系是 按其标识号大小顺序邻接，对于非序列型的数据成员，这种关系比较容 易实现，但若数据成员是序列型的，即数据成员的数据体内是一些数据 成员的序列，在这种情况下如何表达数据成员之间的关系。 第二个问题是，对于采用的每一种数据集表示方法，在需要构造 d 1 c o m 消息时，是否很容易得到数据集的编码数据流。 第三，当采用一种数据集的内部表示时，这种表示是否能使检索一 个数据成员并对数据成员的值进行改变很容易。 对于不定长的数据成员，一种内存表示策略是采用链表：每个数据 第二三审数据集编码 成员用一个节点表示，节点间用指针联系，节点内设一指针，动态分配 值字段的空间列链表从头遍历至尾，就得到想要的数据集编码。但这 种方法无法表示序列型的嵌套关系，实际卜序列型数据成员是数据集编 码和解码的最大难点，下面予以说明之。 不像其他数据成员的值字段是单一值型的数据，序列型数据成员的 值字段内的值是若干( 可为0 ) 个数据项序列，数据项也是一类数据成 员，每个数据项的值又包含若干个数据成员。这些包含在数据项中的数 据成员可以是以上举出的任何值类型，若是序列型，则序列中包含序列， 构成多层嵌套。数据成员是序列型时，值长度字段的取值着是十六进制 f f f f f f f f ，表示序列的值字段长度未知，此时数据成员的终止界限依赖 个专事分隔的数据成员s e q u e n c ed e l i m il a t i o r l i t e m ( 标识号为 f f f e e o d d ) ，它专门用来标识序列结束。下面是一个从文件中抽取的序列 数据成员的例子： ，m，一，。一 0 0 5 4 0 0 1 2 5 3 5 l o o o o n f f t n t 唧g o n l f f f f f 0 0 5 4 0 0 1 4 4 4 5 ：3 1 9 * d 0 2 1 ) 3 0 2 8 0 3 0 2 d 0 0 5 4 0 0 1 5 4 4 5 3 0 4 0 03 0 2 d 0 3 0 f n ；唧0 d 0 1 ) 0 0 0 0 0 0 0 d f n 砌d d0 0 0 0 0 0 0 0 数据成员的标识号；值类型为5 3 5 1 ( s q 的a s c i 值) 值的长皮未l u 序列的第 个数据项的标识号值长度未知值包含两个数据成员( 标识号分别为0 0 5 4 0 0 140 0 5 4 0 0 i 5 ) 第二个成员标识此序列结束的分l 褊成员 图2 实际的序列型数据成员示例( 十六进制表示) 4 编码实现方案3 在这罩我们给出一种采用二叉树作为数据集的内存表示的方法，二 叉树是一种常用的树结构，因其只有两个了树，有很好的操作性质，在 表达复杂数据结构方面有广泛应用。 使用二叉树表示数据集，不仅可以实现上述链表的功能还可以表示 d c o mm 议的实现及应用 序列的嵌套关系。下面给出数据集的叉树实现策略，有关二叉树的概 念和二叉树的操作请参考相关文献。 每个数据成员看成一颗二叉树，初始时它只有一个根节点月，表示 这个数掘成员e 本身。若此数据成员不是序列型，则它的值可以存放在 根节点内，此时它的左指针l e f tc h i l dp o i n t e r 置为空。右指针 r i g h t c h i l d p o i n t e r 指向紧接其后的数据成员的二叉树根节点，若占后 面没有数据成员则右指针置为卒，构造完成。若此数据成员e 是序列型， 设它包含i ( = o ) 数据项，为第一个数据项构造一个节点i ，让根节 点月的左指针指向这个节点；为第二个数据项( i 1 时) 构造节点2 ， 让l 的右指针指向2 ，为第i 个数据项构造节点| v ，、止i - i 的右 指针指向j 。每个数据项的值可能是或多个数据成员( 假定为m 个) ， 为这m 个数据成员分别构造一个节点得到a ，nm ，将包含这m 个成员的数据项节点的卉指针指向第一个数据成员节点n 。，n 1 ，的右指 针指向节点n 2 ，4 m 1 的右指针指向节点。m 。若这m 个数据成员 中又有序列型的，则以此数掘成员的节点为根节点r ，重复以上的方法 构造月的左子树。其中节点内有一指针可以根据数据成员的值动态分配 内存，实现对数据成员值的增删改操作。 4 1 ：叉树编码算法。 按上述算法构造数据集的二叉树后可以对每个数据成员的节点的值 进行增删修改等操作。数据集编码时，对二叉树先序遍历，对遍历的各 节点进行编码。节点的编码要按照协商的d i c o m 图像的传输格式和数据 成员的取值字符集，先编码数据成员的标识号，再编码值类型v r ，若协 商的传输格式舍弃v r ，则省略此步，直接编码值长度，最后编码数据 成员的值字段。 二义树的先序遍历算法参考文献中有详述，这里直接给出用到的算 法： 步骤一将存放数据集编码的输出缓冲区清零，将缓冲区指针 第：章数据集编码 p o i n t e r 指向首地址：i = 0 ； 步骤二访问二叉树的根节点r t ，对只n 编码，编码后的字节流 放入p o i n t e r 指向的缓冲区，p o i n t e r = p o i n t e r + r t , 的编码码字长 度； 步骤三若根节点的左指针l e f tc h i l dp o i n t e r 不为空( r t ，有左子 树) ，f = j + 1 ，将l e f t c h i l d p o i n t e r 指向的节点置为新根节点r t , ， 跳转步骤二。 步骤四若根节点的右指针r i g h t c h i l dp o i n t e r 彳i 为空，f = f + l ，将 r i g h t c h i l d p o i n t e r 指向的节点置为新根节点月乃，跳转执行步骤 o 步骤五算法结束。 显然这是一个递归调用的过程。算法中的i 表当前遍历的节点的高 度或层次。算法结束后输出缓冲区r r 从首地址到p o i n t e r 指针所指处的数 据就是数据集的编码值。 4 2 数据集的解码 解码是编码的逆过程，它从编码中重建数据集。无论是从网络接收 的数据集还是打r 保存的d i c o m 图像文件，面对的都是字节流。解码 要从字节流中识别出每个数据成员，并判别其间的关系。 非序列型数据成员的辨读简易，先读4 字节到一个变量i t a g ，再读 出值类型和值长度l e n ，然后根据值长度读出l e n 字节的数据，完成识 别。而序列型数据成员的识别和界定很复杂，尤其是当长度未知即l e n 等于f f f f f f f f 时，下面给出未知长度时序列的辨读算法： 前提条件：程序读到一序列型数据成员e 处，已读出其标识号i t a g 和值类型v r ，并判知其是一个序列； 步骤1 读4 字节到变量l e n g t h ；构造个节点j 插入剑e 的前一 个数据成员的节点。的右指针：( 设莆当前节点c u ，r e n t n o d p 为 n i ；设置数据项节点i t e m 为空；其中1 t a g 和l e n g t h 是o ! g o r d 类型。 d i c o m 协议的实现及应用 步骤2 若l e n g t h = = o x f f f f f f f f 则 步骤2 1 读4 字节到1 t a g ： 步骤2 - 2 若l t a g = = o x f f f e e 0 0 0 则i = 0 ，读4 字节给i t e m l e n ：构建 一个节点c 。若i t e m 为空则插入到c u r r e n t n o d e 的左指针，i t e m 不 空，则插入到l t e m 的右指针，记录当前节点到l t e m ；设置当前节点 c u r r e n t n o d e 为m c e m ；若1t e m l e n = = o x f f f f f f f f 则跳转步骤2 一l ；若 i t e m l e n ! ( = o x f f f f f f f f 则读出t t e m l e n 个字节的数据至缓冲区进行 单独分析。 步骤2 - 3 若i t a g ；= 0 x r f f e e o o d 则读4 字节给tl e m l e n ：跳转步骤2 - 8 ： 步骤2 - 4 若1 1 a g = = 0 x f f f e e o d d 则读4 宁节给i t e m l e n ；跳转步骤3 结束； 步骤2 - 5 读取l t 8 9 的v r ，若】t a g 标识的数据成员不是序列型，则凄出其值 长度和值，构建一节点。b 。d ，当i 等于0 时插入到c u r r e n t n o d e 的左指钊， i 人丁0 时插入到c u r r e n t n o d e 的右指针，净f + 1 ；设置c u r r e n t n o d e 为节点 c bd ，跳转步骤2 1 ；若1t a g 指示的是序列型数据成员r a 0 跳转步骤1 ； 步骤2 - 6 跳转步骤2 1 ； 步骤3 返回。 算法中节点除了包含指针外，设有一个b y t e 型指针p v a l u e ，用来 动态分配值字段的空间，构建每一个节点时，部将当前的l t a g 赋给节点 的t a g 。 k 述序列的识别读取算法也是一个递归过程，下面给出一个实际识 别序列的例子。图3 1 是一个原始的i 六进制形式的序列码字，图3 2 给出了码字代表表示的数据成员及其关系，图3 3 给出了识别码字构建 二叉树的过程： 0 0 5 4 0 0 1 25 3 5 1 0 0 0 0f f f f f f f ff f f e e 0 0 0f p f f f f f f0 0 5 4 0 0 135 3 5 1 0 0 0 0f f f f f f f ff f f e e 0 0 0 f f ff f f f f0 0 5 4 0 0 1 44 4 5 3 0 0 0 82 d 3 0 2 e 3 03 0 3 0 3 0 3 00 0 5 4 0 0 l54 4 5 3 0 0 0 83 0 2 e 3 0 3 03 0 3 0 3 0 3 0 f f f e e o o do o0 0 0 0 0 0f f f e e o d d0 0 0 0 0 0 0 0f f f e e 0 0 d0 0 0 0 0 0 0 0f f f e e 0 0 0f f f f f f f f0 0 5 4 0 0 16 53 5t 0 0 0 0f f f ff f f ff f f e e o d