星载图像帧间无损-近无损压缩系统设计与实现

发布时间：2020-05-25 03:34

【摘要】：图像无损/近无损压缩具有信息保真度高的优势,在卫星遥感、深空探测等空间应用领域具有广泛的应用需求。本论文涉及某卫星遥感高帧频凝视相机图像数据的无损/近无损压缩系统设计与实现,面临高保真、强实时、高可靠压缩技术难题,需解决压缩与保真矛盾、实时压缩资源需求大与星上资源有限矛盾。图像单帧无损/近无损压缩比一般较低,利用图像帧间的相关性可提升压缩比。本文针对图像帧间无损压缩方法、FPGA高效计算结构以及星载压缩系统开展应用研究。首先,针对图像压缩与保真矛盾,基于LOCO-3D帧间压缩算法,提出了一种帧间图像无损/近无损一体化压缩方法,改进设计了帧内、帧间预测器组,通过预测误差最小化准则在线选择最佳预测器,实现帧内/帧间预测一体化,无损压缩比相比JPEG-LS帧内压缩方法提高60%、相比LOCO-3D帧间压缩方法提高18%。其次,针对星载有限资源约束下实时压缩难题,提出了帧间无损-近无损一体化压缩FPGA高效计算架构,设计了多路并行预测结构,破解了上下文地址冲突和像素重建环路延时瓶颈,提高了像素吞吐率,在XILINX宇航级FPGA(XQR4VSX55-10CF1140)平台上实现,压缩像素率高达38.36 Mpixel/s。最后,结合应用需求,设计了结合SRAM型和反熔丝型FPGA的星载图像实时压缩系统,突破了SRAM型FPGA“动态刷新+三模冗余”、图像缓存汉明编码、码流缓存RS检纠错编码的抗单粒子翻转关键技术,完成了系统级验证,满足应用需求。研制的星载图像压缩系统通过功能和性能测试,对512×512×12bit的测试图像集,平均无损压缩比为2.6,近无损压缩比(Near=2)为5.3,典型压缩延时为900?s,满足任务需求,验证了本文成果的有效性。
【图文】：

获得最终码流。1nni iinn nX a XE X X [16]为基于帧间 DPCM 的代表算法。L间临近像素建立当前像素的预测系数阶数，12 阶系数训练窗口如图 1-1 所线性预测系数 ai均相等，利用最小二数和近邻像素计算当前像素对应的预终码流。LOPT-3D 计算出的预测值为获得较好的压缩效果，但求解最小二算，计算复杂度较高。

(e) 序列 5 (f) 序列 6 (g) 序列 7 (h) 序列 8图 2-7 卫星遥感测试图像表 2-3 LOCO-3D 预测器 3 修改前后无损压缩比对比表序列 修改前 修改后 优化后压缩比提升1 2.10 2.43 15.38%2 2.10 2.52 20.14%3 2.03 2.36 15.66%4 2.06 2.34 15.78%5 2.49 2.91 16.71%6 2.42 2.79 15.12%7 1.92 2.20 14.19%8 2.89 3.71 28.00%平均值 2.25 2.66 18.06%（2）帧内-帧间压缩算法切换LOCO-3D 帧间压缩算法[16]和帧内压缩标准JPEG-LS都是基于LOCO-I压缩算法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN791

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本文编号：2679495