[发明专利]基于JPEG 2000的卫星图像无损压缩系统及方法

说明书

本发明公开了基于JPEG2000的卫星图像无损压缩系统及方法，系统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；本发明针对卫星图像对质量和压缩速度的需求，对JPEG2000压缩系统进行了整体的硬件方案实现。采用分块处理的方式实现小波变换，采用四级流水线实现MQ算数编码。针对率失真模块实现复杂的问题，通过状态机控制码率信息表，地址信息单元和压缩数据缓存单元，输出最终正确格式的比特流文件。

技术领域

本发明涉及图像压缩处理技术领域，具体涉及一种基于JPEG2000的卫星图像无损压缩系统及方法。

背景技术

图像压缩作为图像处理广泛应用的一个部分，自计算机普及以来就受到人们的广泛关注。如今由于移动通信和互联网的发展，对图像的需求量不断增加，相应的给有限的传输带宽和存储空间带来的巨大的压力。经典的图像压缩方案是JPEG，能够通过对非敏感信息的舍弃得到有损压缩图像，这种方式在日常生活和对图像精度要求不高的情况下比较适用，但是由于JPEG静态压缩算法在低码率下会出现严重的失真，所以对于图像失真比较敏感的卫星图像传输、医疗影像和监控视频等领域并不适用。另外，尤其在卫星系统和监控系统中，对图像精度要求提升的同时，压缩处理的实时性同样面临着考验。为此，本发明设计一种基于JPEG 2000的无损图像压缩编码器，能够在嵌入式开发平台FPGA上运行，在保证无损压缩的同时也提升了设备的压缩速率。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于JPEG 2000的卫星图像无损压缩系统及方法。

本发明的目的之一是提供一种压缩率高，压缩实时性好的卫星图像无损压缩编码器。

基于JPEG 2000的卫星图像无损压缩系统，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(MSB)，到最不重要的位平面(LSB)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(SSP)、幅值精炼通道(MRP)和清除通道(CUP)。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(context)。

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。