[发明专利]一种低比特率星载图像压缩处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像压缩领域，特别是涉及一种适于空间应用的、符合CCSDS标 准的低比特率星载图像压缩系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国航天技术的迅猛发展，星上传感和探测设备无论在数量还是 精度上都比以前大大增加，在有效观测时间段内卫星获取的图像数据量越来越大， 这些“海量”图像数据给存储和传输带来了极大的压力。由于星上存储器的容量受 制于体积、重量、功耗等方面的限制不可能无限增大，同时星—地下行链路的传输 能力受制于传输带宽和地面站有限的可视时间限制，于是在轨图像压缩就成为星上 数据处理的一个必备环节。而开发高性能的星载低比特率图像压缩系统就成为解决 空间数据存储和传输问题的必然选择。

星载相机往往采用推扫方式采集图像，像素的比特深度一般为8～16bits，数据 率大，这就要求星载图像压缩系统实时处理能力强，同时要求系统须满足体积小、 重量轻、功耗低等要求，另外空间数传信道的恶劣性要求压缩算法的抗误码性能高。 基于小波变换的SPIHT算法需附加使用的3个集合链表使得存储需求大；无链表的 SPIHT算法降低了存储需求，同时也降低了压缩性能；而通用的JPEG2000因其算法过 于复杂(每个像素点运算次数超过300次)而难以适用于空间领域。通用的算法在实 现小波变换时一般是与整帧图像数据做卷积，计算复杂且需要大量的存储空间，无 法满足空间图像压缩的需求。针对该问题，F.W.Wheeler和W.A.Pearlman提出分块 独立进行的SPIHT算法。空间数据系统咨询委员会(The Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS)曾先后提出的FIY小波变换和条带式JPEG2000压缩算 法，为基于固定行图像数据的变换编码。JPL的ICER算法也是分段独立变换和编码的。 分块变换编码适合推扫成像的空间图象处理，可以减少对存储容量的要求、有助于 实现最佳area-time-power的硬件系统，并且能够限制误码扩散。然而各块独立进行 小波变换(块边界之外的数据由块内数据周期延拓或镜像延拓得到)带来的“块效 应”会极大地降低重构图像的主、客观质量，该情况在低比特率压缩时尤为严重。

发明内容

本发明目的在于，提供一种低比特率星载图像压缩处理系统及方法，以解决空 间应用中图像的高倍压缩问题，开发一种适于空间应用的、符合CCSDS122.0-B-1 标准的、具有最佳area-time-power的FPGA图像压缩芯片以解决空间数据存储和传输 的瓶颈问题。

为了达到上述目的，本发明提出了一种低比特率星载图像压缩处理系统及方法。 该系统及方法将原始图像划分为32*32(或者64*64、128*128)的小块图像进行压 缩，(具体分块大小由具体应用需求而定)对直流系数进行无损编码、交流系数采用 结合熵编码的比特平面编码技术，在压缩性能和编码复杂度之间取得了折中，适合 空间应用。

本发明提供的一种低比特率星载图像压缩处理系统，包括：

一控制模块，用于协调图像分块、小波变换、扫描编码以及码流拼接模块的运 作；

一小波变换模块，用于将输入的图像数据进行频带分解，做去相关的处理，得 到该图像数据的小波分解系数，并将该小波分解系数送入CCSDS扫描编码模块。

一CCSDS扫描编码模块，用于对小波分解系数进行扫描和编码，并将编码送 入码流拼接模块。及

一码流拼接模块，用于将输入的编码拼接成以字为单位的码流。

其中，所述控制模块先将图像数据分成32*32(或者64*64、128*128)的小块 图像，然后将该小块图像送入小波变换模块进行小波变换。小波变换模块和扫描编 码模块、码流拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水；扫描编码模块是各比特 平面间进行流水。