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                        适于空间TDICCD相机的图像压缩系统设计
                        来源:本站整理  作者:佚名  2013-01-21 08:22:26

                            提出了一种适于空间TDICCD相机的复杂度适中、高性能的图像压缩系统。其压缩系统主要分为离散小波变换(DWT)单元和位平面编码(BPE)单元。DWT采用两个并行的9/7整数1D DWT完成2D DWT ; BPE单元从扫描方法、并行扫描、转移字存储及并行计算方面对传统CCSDS算法进行了改进,使其更适合CCD空间相机的应用。最后,使用地面检测设备对设计的图像压缩系统进行了试验测试。实验结果表明,该图像压缩系统可以稳定可靠地工作,与传统压缩系统相比,平均PSNR提高了0.97 dB,具有较高的数据吞吐率,在系统时钟频率为50 MHz时数据吞吐率达到12.8 Mpixels/s。非常适于空间TDICCD相机的应用。

                            随着空间TDICCD相机空间分辨率和覆盖宽度指标的不断提高,CCD相机图像数据量呈指数增加,而现有的机载存储器容量有限,使数传系统带宽受限,无法适应空间CCD图像的海量数据。因此,必须对CCD图像进行压缩。

                         

                            空间CCD相机图像压缩不同于其他压缩场合,它要求整个压缩系统具有实时性且采用硬件设计,但存储资源和板面十分有限,而遥感图像资源又十分宝贵。因此,可选用的压缩算法复杂度不能太高而又要求具有较好的压缩性能。下面介绍三种压缩算法的优缺点:

                         

                        JPEG2000具有较好的压缩性能,然而其算法复杂度很高,难以通过硬件实现和达到实时性的要求;SPIHT算法抗错能力很差;CCSDS压缩算法专门针对深空应用,其复杂度适中,压缩性能和JPEG2000相当。因此,本文选用CCSDS压缩算法作为压缩系统的设计理念。然而,CCSDS压缩算法仅推荐了一些压缩规范,具体编码器的设计需根据各种应用场合进行设计。

                         

                            本文在参考国内外相关技术的基础上,根据背景项目需求,结合TDICCD图像特点,从工程应用的角度提出了一种基于CCSDS压缩算法的空间TDICCD相机图像压缩系统。

                         

                        1压缩系统的提出

                            CCSDS压缩算法总体上由离散小波变换(DWT)和位平面编码器(BPE)两部分组成,如图1所示。DWT用来去除图像空间相关性,BPE用来编码去除相关性后的数据。

                         

                        2关键技术

                        2.1离散小波变换VLSI设计

                            CCSDS的离散小波变换使用3级二维9/7 DWT,包括浮点型和整形。浮点型在有损压缩时具有很高的压缩性能,而整形主要应用在无损压缩?占銫CD相机电子学图像压缩单元的主处理器选择FPGA,但FPGA处理浮点运算十分麻烦。因此,本文压缩系统采用9/7提升整数小波变换。9/7提升整数小波变换预测与更新步骤为:

                        其中,α≈-1.568,β≈-0.053 , γ≈0.883 , δ≈-0.443 5 ,K≈1.149 6。由式(1)~式(6)可知,9/7整数小波变换的实现十分简单,仅需加法和移位运算就可实现,非常适合FPGA实现。

                         

                          

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