[发明专利]符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及图像处理技术领域中的符合CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)图像压缩标准的比特平面编码硬件结构及方法。本发明可以高效低资源地实现比特平面编码器，适用于航空航天的图像压缩系统。

背景技术

CCSDS图像压缩方法广泛应用于图像压缩领域，针对图像数据压缩标准CCSDS122.0-B-1，其算法描述中对各个比特平面采用串行的编码方法，若硬件按照串行的方法进行编码，则系统编码效率较低，无法满足卫星图像压缩系统高吞吐率的要求。

中国科学院空间科学与应用研究中心申请的专利“一种符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法”(专利申请号：200810226720.4，公开号：CN101742299A)中公开了一种涉及CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法。该系统结构由控制模块、JPEG-LS预处理模块、RICE编码模块和码流拼接模块组成。该方法通过控制模块将16个采样点分组，分组后数据进入预处理模块进行去相关处理，再经RICE编码模块和码流拼接模块得到压缩码流。该专利申请装置的不足之处是：采用串行的编码方式，编码速率较低。该专利申请的方法不足之处是：所实现的方法仅仅支持图像的无损压缩，不能进行有损图像压缩处理。

西北工业大学申请的专利“IEEE1394接口视频信号实时CCSDS编码系统与智能总线接口方法”(专利申请号：201010577962.5，公开号：CN102075747A)中公开了一种IEEE1394接口视频信号实时CCSDS编码系统与智能总线接口方法。该编码结构包括离散小波变换、直流系数编码、交流系数比特深度编码和交流系数编码四个模块。该方法采用时钟切换和数据接收发送的优先级设置，并充分利用了高速逻辑阵列并行性可重构性的特点，实现了图像数据在低速IEEE1394总线和高速智能总线的双向数据交互，提高了数据传输速度。该专利申请编码结构的不足之处是：采用状态机跳转的方式依次完成各部分编码，编码效率较低。该专利申请方法的不足之处是：仅仅采用数据接收和发送的速率优化方法，对于CCSDS编码系统中的比特平面编码部分的实现方法未提及。

张学全等人发表的论文“CCSDS星载图像压缩模块的FPGA设计与实现”(《半导体光电》2009年12月第30卷第6期)中提出了一种采用CCSDS图像压缩算法的FPGA实现方法。该论文中提出了CCSDS图像压缩算法的整体架构，其中编码结构由预处理、直流编码、位平面扫描与编码以及码字拼接四个部分组成。该结构对于位平面扫描采用并行处理的方法，但是在后续的比特平面编码模块，仍然采用依次编码的方法，使得编码效率严重受限。该FPGA实现方法的不足之处是：未针对FPGA内部结构来合理分配硬件资源，导致硬件资源开销较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于CCSDS图像压缩标准标准的硬件结构及方法，采用并行流水技术，高效低资源地实现比特平面编码器。

本发明的硬件结构包括扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块；所述的位置存储器的输出端分别与扫描模块、比特平面编码模块的输入端相连，扫描模块的输出端与比特平面编码模块的输入端相连，比特平面编码模块的输出端与码流组织模块的输入端相连；其中：

所述的扫描模块，用于对各子集中小波系数的16个比特平面进行“或”操作获得重要性信息；

所述的位置存储器，用于提供各个小波系数所属集合的信息；

所述的比特平面编码模块，用于对小波系数进行压缩编码；

所述的码流组织模块，用于对压缩编码产生的码字进行拼接后输出。

本发明的编码方法包括以下步骤：

(1)接收小波系数数据：

按照子集相邻的顺序依次接收外部输入的小波系数数据，每一个时钟周期接收一个小波系数数据；

(2)提供位置信息：

顺序循环访问位置存储器，每一个时钟周期内选取一个位置信息；

(3)扫描重要性信息：

3a)扫描模块将小波系数的各个比特位做“或”运算，将结果作为当前小波系数的重要性信息；

3b)扫描模块将小波系数各个比特平面以集合为单位做“或”运算，将结果作为系数集合的重要性信息；

(4)生成系数字：

4a)系数字生成模块将CCSDS标准中定义的各种类型系数字的生成条件和结果，存储在系数字查找表中；