航天遥测数据无损压缩技术研究与实现
发布时间：2017-07-17 10:28
本文关键词：航天遥测数据无损压缩技术研究与实现
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【摘要】：由于航天遥测系统的被测参数众多,并且采样精度逐渐提高,航天遥测数据总量逐渐增大,在信道传输速率不变的情况下延长了传输的时间,同时占用了更多的航天器处理资源。因此,对航天遥测数据进行无损压缩技术的研究具有重要意义,一方面可以提高信道传输效率,另一方面可以降低占用的航天器处理资源,尤其是发射机功率等。本文以航天遥测数据的无损压缩技术为研究对象,从帧间联合压缩算法、改进字典搜索方式的LZW算法、帧间联合压缩算法FPGA实现三个方面进行研究,主要包括:1)针对航天遥测数据无损压缩算法的研究目前主要从遥测帧内的空间冗余度出发,设计高效的压缩方式以获得最优的压缩效果。而航天遥测数据不仅具有帧内局部相关性,还具有帧间全局相关性,借鉴MPEG帧间压缩的思想,提出帧间联合压缩算法,该算法采用LZW和游程编码分别对帧内和帧间冗余度进行压缩,同时对该算法的输出结构做出改进。仿真结果表明帧间联合压缩算法比传统的无损压缩算法压缩率降低0.3以上,获得更优的压缩效果。2)由于LZW算法基于字典对序列进行压缩和解压缩处理,对字典的搜索方式关系到压缩处理的延时。目前,常用的顺序搜索、并行搜索和哈希表搜索方式都各有其局限性,本文提出一种基于多叉树的多字符并行搜索方式,该搜索方式在不影响压缩率的条件下可以加快字典搜索速度。仿真结果表明改进的字典搜索方式在影响压缩率的情况下可以缩短压缩延时,压缩延时仅为顺序搜索方式的40%。3)从实际的项目应用需求角度出发,本文对帧间联合压缩算法进行FPGA实现。该帧间联合压缩算法的FPGA实现包括结构与功能模块划分、处理流程说明、游程编码与LZW单元的实现四个部分,时序仿真结果验证了帧间联合压缩算法FPGA实现电路的可行性和有效性。
【关键词】：航天遥测数据 帧间联合压缩算法 多字符并行搜索 FPGA实现
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V556.1
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-12
- 第1章 绪论12-17
- 1.1 课题研究背景及意义12-13
- 1.2 国内外研究现状13-15
- 1.2.1 无损压缩算法研究现状13-14
- 1.2.2 航天遥测数据无损压缩算法研究现状14-15
- 1.3 论文的主要工作和内容安排15-17
- 第2章 航天遥测数据特性及常规无损压缩算法17-29
- 2.1 引言17
- 2.2 航天遥测数据特性分析17-18
- 2.3 常规无损压缩算法分析18-25
- 2.3.1 霍夫曼编码18-19
- 2.3.2 算术编码19-21
- 2.3.3 游程编码21-22
- 2.3.4 LZ编码22-25
- 2.4 无损压缩算法性能分析25-28
- 2.4.1 压缩率比较26
- 2.4.2 压缩解压时间26-27
- 2.4.3 算法复杂度27-28
- 2.5 本章小结28-29
- 第3章 一种帧间联合压缩算法29-43
- 3.1 引言29
- 3.2 帧间联合压缩算法原理29-34
- 3.3 帧间联合压缩算法输出结构改进34-39
- 3.3.1 关键帧输出结构改进34-36
- 3.3.2 帧间差值输出结构改进36-39
- 3.4 帧间联合压缩算法局限性分析39-40
- 3.5 仿真结果分析40-42
- 3.6 本章小结42-43
- 第4章 一种改进字典搜索方式的LZW算法43-57
- 4.1 引言43
- 4.2 字典搜索方式与存储结构分析43-48
- 4.2.1 字典搜索方式分析43-46
- 4.2.2 字典存储结构分析46-48
- 4.3 改进字典搜索方式的LZW算法48-54
- 4.3.1 字典大小讨论48-50
- 4.3.2 字典更新策略讨论50-51
- 4.3.3 改进字典搜索方式的原理51-54
- 4.4 仿真结果分析54-56
- 4.5 本章小结56-57
- 第5章 帧间联合压缩算法FPGA实现57-69
- 5.1 引言57
- 5.2 帧间联合压缩算法FPGA实现分析57-58
- 5.3 帧间联合压缩算法FPGA实现设计58-66
- 5.3.1 结构与功能模块划分58-59
- 5.3.2 处理流程说明59-60
- 5.3.3 游程编码FPGA实现60-61
- 5.3.4 LZW单元FPGA实现61-66
- 5.4 实现结果分析66-68
- 5.5 本章小结68-69
- 结论与展望69-71
- 1 结论69
- 2 展望69-71
- 参考文献71-76
- 攻读学位期间发表论文76-77
- 致谢77
【参考文献】
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本文编号：553169
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