文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2013)01-0017-03
隨著空間TDICCD相機空間分辨率和覆蓋寬度指標的不斷提高,,CCD相機圖像數(shù)據量呈指數(shù)增加,,而現(xiàn)有的機載存儲器容量有限,使數(shù)傳系統(tǒng)帶寬受限,,無法適應空間CCD圖像的海量數(shù)據[1-2],。因此,必須對CCD圖像進行壓縮,。
空間CCD相機圖像壓縮不同于其他壓縮場合,,它要求整個壓縮系統(tǒng)具有實時性且采用硬件設計,但存儲資源和板面十分有限,,而遙感圖像資源又十分寶貴,。因此,可選用的壓縮算法復雜度不能太高而又要求具有較好的壓縮性能,。下面介紹三種壓縮算法的優(yōu)缺點:JPEG2000[3]具有較好的壓縮性能,,然而其算法復雜度很高,難以通過硬件實現(xiàn)和達到實時性的要求,;SPIHT算法[4]抗錯能力很差,;CCSDS壓縮算法[5]專門針對深空應用,其復雜度適中,,壓縮性能和JPEG2000相當,。因此,本文選用CCSDS壓縮算法作為壓縮系統(tǒng)的設計理念,。然而,,CCSDS壓縮算法僅推薦了一些壓縮規(guī)范,具體編碼器的設計需根據各種應用場合進行設計,。
本文在參考國內外相關技術的基礎上,,根據背景項目需求,結合TDICCD圖像特點,,從工程應用的角度提出了一種基于CCSDS壓縮算法的空間TDICCD相機圖像壓縮系統(tǒng),。
1 壓縮系統(tǒng)的提出
CCSDS壓縮算法總體上由離散小波變換(DWT)和位平面編碼器(BPE)兩部分組成,如圖1所示,。DWT用來去除圖像空間相關性,,BPE用來編碼去除相關性后的數(shù)據。
根據上述CCSDS算法原理,,本文設計的CCD圖像壓縮系統(tǒng)組成如圖2所示,。
2 關鍵技術
2.1 離散小波變換VLSI設計
CCSDS的離散小波變換使用3級二維9/7 DWT,包括浮點型和整形,。浮點型在有損壓縮時具有很高的壓縮性能,,而整形主要應用在無損壓縮??臻gCCD相機電子學圖像壓縮單元的主處理器選擇FPGA,,但FPGA處理浮點運算十分麻煩,。因此,本文壓縮系統(tǒng)采用9/7提升整數(shù)小波變換,。9/7提升整數(shù)小波變換預測與更新步驟為:
塊內DC系數(shù)采用DPCM編碼方法可以取得較好的編碼性能,。本文設計的AC系數(shù)BPE編碼結構如圖5所示。
其中,,OR為邏輯“或”,,valij是類型i的第j個系數(shù)的值,n[i]是最大深度,。由于僅需要訪問一次系數(shù),,因此訪問存儲器次數(shù)可以減少3倍。
(2)并行掃描:BPE每個段含有16個塊,,本文對16個塊獨立進行掃描處理,,即采用16個掃描模塊(Scan0~Scan15)并行掃描系數(shù)。每個模塊掃描一個塊,,掃描結果將轉移字存儲在RAM中,,極大地提高了掃描性能。
(3)轉移字存儲:熵編碼模塊由編碼選擇計算模塊(CalcOption)和編碼模塊(Encoding)組成,。這兩個模塊需要訪問存儲器的轉移字,,但是CalcOption僅需要長度大于1的轉移字,,它并不需要訪問所有的轉移字,。因此,為了加速這個模塊的計算,,在存儲轉移字的同時將長度大于1的轉移字復制到另一個存儲器中,,CalcOption計算時只需訪問長度大于1的轉移字的存儲器即可,大大縮短了計算時間,。
(4)并行計算:在編碼前,,Rice熵編碼模塊需要最優(yōu)編碼選擇(它是CalcOption模塊的輸出),在1 bit平面的編碼選擇計算時需要訪問16個塊中的轉移字,。為此,,本文設計了兩個相同且并行工作的模塊,一個是訪問Block0~Block7的訪問字,,另一個是訪問Block8~Block15的訪問字,。通過比較兩個模塊的結果選擇出最優(yōu)編碼。
3 實驗結果
為了驗證本文提出的壓縮系統(tǒng)的可行性,,使用地面檢測系統(tǒng)對其進行測試,。地面檢測系統(tǒng)向壓縮電路板發(fā)送測試圖像,壓縮系統(tǒng)將圖像壓縮,、解壓后經Camera Link傳輸?shù)絇C機上進行分析,,得到如圖6所示的重構圖像,。由圖6可知,本文提出的壓縮系統(tǒng)是可行的,。
為了測試本設計的壓縮系統(tǒng)性能,,地面檢測系統(tǒng)向壓縮系統(tǒng)發(fā)送各種測試圖像進行實驗,并與傳統(tǒng)方法進行比較,,實驗結果如表1所示(壓縮比為8:1),。
本文提出的圖像壓縮系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠地工作,由以上實驗數(shù)據表明,,本系統(tǒng)非常適于航空面陣CCD相機的應用,,為空間TDICCD相機圖像壓縮提供了一種很好的解決方案。
參考文獻
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