[发明专利]基于JPEG 2000的卫星图像无损压缩系统及方法

权利要求书

1.基于JPEG 2000的卫星图像无损压缩系统，其特征在于，包括图像预处理模块、离散小波变换模块、位平面编码模块、MQ算数编码模块和率失真优化模块；

所述的图像预处理模块，用于对采集到的卫星图像数据，进行预处理，为不同类型的图像提供一个统一的格式，便于后续进行处理；图像预处理模块包括三个环节：图像分块、DC电平移位和分量变换；

所述的离散小波变换模块，包括5/3滤波器和解交织单元；所述5/3滤波器通过5/3小波变换算法对分量变换后的图像数据进行离散小波变换；所谓5/3小波变换算法，即计算过程包含5个高通滤波系数和3个低通滤波系数；5/3滤波器会对接收到的图像数据进行缓存，输入的图像会先经过行变换再列变换从而完成二维小波变换；

所述的解交织单元，经过行列变换后得到的小波系数是按原始数据的顺序排列的，因此需要通过解交织处理将经过行列变换后得到的小波系数中的高低频系数进行分离，最终分为LL，LH，HL和HH即四个子带矩阵，分别存放在四个地址连续的RAM中；其中，LL为水平方向和垂直方向的低频分量，LH为水平方向上的低频分量、垂直方向的高频分量，HL为水平方向上的高频分量、垂直方向的低频分量，HH为水平方向和垂直方向的高频分量；

所述的位平面编码模块用于对解交织后的四个子带的小波系数以比特为最小单位进行编码；数据被分为不同等级的位平面，按照小波系数的有效位长度L，划分为L个位平面，编码从具有非零元素的最高位平面，到最不重要的位平面结束；对于每一个位平面又可以分解为三个通道：重要性传播通道、幅值精炼通道和清除通道；由全局控制单元通过三个通道的使能信号，将数据划分到三个不同的通道中；不同通道的数据分别进行编码，得到判决位信息D和上下文信息CX；

所述的MQ算数编码模块，用于接收位平面编码模块传输来的判决位信息D和上下文信息CX，通过序列映射得到压缩数据CD；在硬件实现上，设置寄存器A和寄存器C，分别存储概率区间宽度a和概率区间的下限c，Qe表示当前概率区间的概率；处理时采用四级流水线实现MQ算数编码模块，生成无损压缩后的码流B；

所述的率失真优化模块用于对每个码流内部进行调整调整和排列，然后在对码流进行输出；经过位平面编码和MQ算数编码后，产生的码流是内嵌的，需要对码流B进行重组和码率控制，使其整合成符合JPEG2000标准的码流，方便对压缩后的数据进行解码。

2.基于JPEG2000的卫星图像无损压缩方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一，通过图像预处理模块对于采集到的卫星图像数据进行预处理，为不同类型的图像提供一个统一的格式，便于后续使用编码器进行处理；图像预处理包括三个环节：图像分块、DC电平移位和分量变换；

步骤二，通过离散小波变换模块中的5/3滤波器对分量变换后的图像数据进行5/3小波变换算法处理；

步骤三，通过二维离散小波变换模块中的解交织单元实现小波系数中的高低频系数进行分离；

步骤四，通过位平面编码模块对解交织后的四个子带的小波系数以比特为最小单位进行编码，以进一步消除各系数间的相关信息，减少冗余信息，然后对其输出并进行基于概率区间编码的MQ算术编码；

步骤五，通过MQ算数编码模块接收位平面编码码块传输来的D和CX，通过序列映射得到压缩数据CD；

步骤六，通过率失真优化模块，对每个码流内部进行调整调整和排列，然后在对码流进行输出。

3.根据权利要求2所述的基于JPEG2000的卫星图像无损压缩方法，其特征在于，步骤一图像预处理包括三个环节：图像分块、DC电平移位和分量变换；

首先是图像分块，将采集到的卫星图像数据分割成互不重叠，大小相同的矩形块；

然后是DC电平移位，消除信号中的直流偏移分量；原始卫星图像数据输入的是无符号数，而压缩过程使用的是有符号数，卫星图像数据中低频信息能量比高频信息能量大，因此需要去除图像中的直流分量，实现数据范围关于零点对称，同时使能量集中在低频；

最后是分量变换；对于彩色或多分量图像，在小波变换之前还必须逐点进行分量变换，将卫星图像数据从RGB空间转换到YUV空间，适于无损压缩；无损压缩所需的分量变换的公式如下: