專利名稱：一種星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種圖像無損壓縮處理系統(tǒng)，特別是涉及一種適用于空間應用 的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，星上傳感和探測設(shè)備無論在數(shù)量還是 精度上都比以前大大增加，形成了海量數(shù)據(jù)，從而對星上數(shù)據(jù)存儲和下行傳輸造成 了一定的困難。由于航天器通信帶寬有限，不可能無限制的增大存儲設(shè)備的容量， 于是在軌圖像壓縮就成為星上數(shù)據(jù)處理的一個必備環(huán)節(jié)，而開發(fā)高性能星載圖像壓 縮系統(tǒng)也成為當務之急。
如何能在具有嚴格功耗、重量、體積的要求下，最優(yōu)的實現(xiàn)高速圖像無損壓縮 系統(tǒng)，取決于設(shè)計的方案。以通用微處理器或者DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)，雖然能 夠相對較為方便的完成壓縮算法，但存在一個嚴重的缺陷一需要較高的時鐘頻率(超 過200MHz)，才能滿足實時性要求，這將引發(fā)一系列電磁兼容問題，帶來設(shè)計上的諸 多不便。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供了一種星載 圖像無損壓縮處理系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)基于 CCSDS121.0-B-1推薦的圖像壓縮算法，采用基于JPEG-LS的預處理模塊，有效提高 了壓縮比。該系統(tǒng)包括基于JPEG-LS預測方式的預處理模塊，RICE熵編碼模塊和 碼字拼接模塊。
所述預處理模塊通過數(shù)據(jù)線每次接收一個n位的圖像數(shù)據(jù)Dataln，信號 NewBlock表示是否為一個新數(shù)據(jù)塊Block的開始，若NewBlock信號置位則開始對該 數(shù)據(jù)塊Block的圖像數(shù)據(jù)進行預處理，即去相關(guān)處理，并將預處理結(jié)果Data0ut通 過數(shù)據(jù)線送入RICE熵編碼模塊。
所述RICE熵編碼模塊對預處理結(jié)果Data0ut進行編碼，產(chǎn)生不定碼長Len的碼 字Word，并將碼字Word和碼長Len送入碼字拼接模塊，當前Block編碼結(jié)束后，置
3位EndBlock信號。
所述碼字拼接模塊接收碼字Word和碼長Len，拼接碼流按8位或16位定長碼字 Byte輸出。
其中，輸入的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)控制模塊按16個采樣點分組，分組后的數(shù)據(jù)進入預處 理器進行去相關(guān)處理得到一組相互獨立的數(shù)據(jù)，再經(jīng)RICE編碼器和碼流拼接電路得 到壓縮碼流。
其中，所述預處理模塊包括預測器和映射器。
所述預測器將輸入為n比特的圖像數(shù)據(jù)與對應像素的預測值DataPre相減，得到 n + l比特的數(shù)據(jù)DataMap。
所述映射器對數(shù)據(jù)DataMap做映射變換，產(chǎn)生預處理結(jié)果Data0ut，該預處理結(jié) 果Data0ut為近似幾何分布的預測殘差序列。
其中，所述RICE熵編碼模塊包括累加器、選擇器和編碼器。
所述累加器對預處理結(jié)果Data0ut進行累加得到和Sum,并將和Sum送入選擇器。
所述選擇器對和Sum進行査表操作，得到編碼選項K。
所述編碼器根據(jù)編碼選項K對預處理結(jié)果Data0ut進行編碼，輸出碼字Word和 碼長Len，當本數(shù)據(jù)塊Block編碼結(jié)束后置位EndBlock。 本實用新型的優(yōu)點在于
1、 本實用新型的符合CCSDS標準的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)無損壓縮編碼 效率高(利用CCSDS提供的實驗圖像進行測試，無損壓縮比平均為2.0)。
2、 本實用新型的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)的核心設(shè)計是針對分組后原始數(shù)據(jù) 進行運算，采用解碼的重同步機制可以防止空間數(shù)據(jù)傳輸中的誤碼擴散，功耗低(《 lwatt/Msamples/sec)。
3、 本實用新型的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)支持基于幀(Frame)的輸入圖像 格式和基于條帶(Strip)的輸入圖像格式，適合于近地觀測和深層空間探測任務。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無損壓縮算法的框圖2是本實用新型星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)的頂層設(shè)計電路框圖3是本實用新型星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)中預處理模塊的電路框圖4是本實用新型星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)中預測器的電路框圖5是本實用新型星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)中預測方法的像素位置示意圖6是本實用新型星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)中RICE熵編碼模塊的電路框圖。
具體實施方式

CCSDS在1997年公布了適用于空間科學數(shù)據(jù)的無損壓縮標準(CCSDS 121.0-B-1),建議采用RICE算法，如圖1所示。本實用新型對該算法進行了改進并 對改進后算法進行了高速硬件實現(xiàn)。
本實用新型提供的圖像無損壓縮處理系統(tǒng)包括基于JPEG-LS預測方式的預處 理模塊和自適應熵編碼模塊。預處理模塊包含預測器和映射器，預測器去除了數(shù)據(jù) 的相關(guān)性，然后映射它們?yōu)槔陟鼐幋a的特征值，對這些特征值進行自適應熵編碼 可以得到很好的壓縮效果。熵編碼模塊是一系列變長編碼器的集合，選定一種最高 壓縮比的編碼器與標識符一起傳輸。由于每塊(J個前處理樣本)均可選擇編碼模 式(基本序列編碼、分裂樣本編碼、低熵值編碼和無壓縮編碼四種模式)，所以RICE 算法能適應信源統(tǒng)計特性的變化。
本實用新型采用基于JPEG-LS的預處理模塊，有效提高了壓縮比。
圖像無損壓縮處理系統(tǒng)總體架構(gòu)
本實用新型的無損壓縮處理系統(tǒng)采用的算法基于CCSDS 121.0-B-l數(shù)據(jù)壓縮算 法，壓縮處理系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。主要包括預處理模塊PrePrcessor和 熵編碼模塊Encoder。預處理模塊通過數(shù)據(jù)線Dataln每次接收一個n位的圖像數(shù)據(jù)， 信號NewBlock表示是否為一個新Block的開始，若此信號置位則開始對這個Block的 圖像數(shù)據(jù)進行預處理；預處理的結(jié)果通過數(shù)據(jù)線DataOut送入RICE熵編碼器產(chǎn)生不定 碼長Len的碼字Word，當前Block編碼結(jié)束后，置位EndBlock信號；碼字拼接模塊 ByteBuilder接收碼字Word和碼長Len，拼接碼流按定長碼字Byte輸出。
預處理模塊
預處理模塊硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3所示，主要包括預測器Predictor (如圖4)和 映射器Mapper。本發(fā)明采用JPEG-LS預測器，在像素位置如圖5所示的情況下，JPEG-LS 預測器如下
如果;C2 如果A . 其他
其中，；。為x。的預測值。
其中，輸入圖像數(shù)據(jù)Dataln為n比特，與對應像素的預測值DataPre相減，得 到n + l比特的數(shù)據(jù)DataMap。映射器Mapper對DataMap做映射變換，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù) Data0ut。預測結(jié)果；。由多路選擇器進行選擇，待選值分別為min(:^,xj， max^,;cj 和A -x2 +x3;再通過映射可以得到近似幾何分布的預測殘差序列。
x0 二
max(
=max
min(x,, ;c2, x3) (1)熵編碼模塊
RICE熵編碼模塊結(jié)構(gòu)，如圖6所示。其中，累加器Accumulator對預處理器 Preprocessor的輸出DataOut進行累加，將和Sum送入選擇器Selector,在Selector 中進行一個簡單的査表操作，得到最優(yōu)編碼選項K;編碼器Encoder根據(jù)最優(yōu)編碼選 項K對DataOut進行編碼，輸出碼字Word和碼長Len，當本數(shù)據(jù)塊編碼結(jié)束后置位 EndBlock。
權(quán)利要求1、一種星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括基于JPEG-LS預測方式的用于去相關(guān)處理的預處理模塊、用于產(chǎn)生不定碼長Len的碼字Word的RICE熵編碼模塊和碼字拼接模塊；所述預處理模塊，通過數(shù)據(jù)線每次接收一個n位的圖像數(shù)據(jù)DataIn，進行去相關(guān)處理預處理后，將預處理結(jié)果DataOut通過數(shù)據(jù)線送入RICE熵編碼模塊；所述RICE熵編碼模塊，對上述的預處理結(jié)果DataOut進行編碼后將碼字Word和碼長Len送入碼字拼接模塊；所述碼字拼接模塊，對上述的碼字Word和碼長Len拼接碼流按定長碼字Byte輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預處 理模塊包括預測器和映射器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)，其特征在于，所述RICE 熵編碼模塊包括累加器、選擇器和編碼器；所述累加器，對預處理結(jié)果DataOut進行累加得到和，并將和送入選擇器； 所述選擇器，對上述的和進行查表操作，得到編碼選項K; 所述編碼器，根據(jù)編碼選項K對預處理結(jié)果DataOut進行編碼，輸出碼字Word 和碼長Len。
專利摘要本實用新型涉及一種星載圖像無損壓縮處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)包括控制模塊、JPEG-LS預測模塊、RICE編碼模塊和碼流拼接模塊，其處理過程是輸入的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)控制模塊按16個采樣點分組；分組后的數(shù)據(jù)進入預處理模塊進行去相關(guān)處理，得到一組相互獨立的數(shù)據(jù)，再經(jīng)RICE編碼模塊和碼流拼接模塊得到壓縮碼流。本實用新型的無損壓縮編碼效率高，且由于處理系統(tǒng)的核心設(shè)計是針對分組后原始數(shù)據(jù)進行運算，采用解碼的重同步機制可以防止空間數(shù)據(jù)傳輸中的誤碼擴散，功耗低，滿足星載圖像無損壓縮的要求。
文檔編號H04N7/26GK201418137SQ20082012386
公開日2010年3月3日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者王懷超, 陳曉敏, 陳裕華, 顧曉東 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心