【摘要】：圖像無損/近無損壓縮具有信息保真度高的優(yōu)勢,在衛(wèi)星遙感、深空探測等空間應用領域具有廣泛的應用需求。本論文涉及某衛(wèi)星遙感高幀頻凝視相機圖像數(shù)據(jù)的無損/近無損壓縮系統(tǒng)設計與實現(xiàn),面臨高保真、強實時、高可靠壓縮技術難題,需解決壓縮與保真矛盾、實時壓縮資源需求大與星上資源有限矛盾。圖像單幀無損/近無損壓縮比一般較低,利用圖像幀間的相關性可提升壓縮比。本文針對圖像幀間無損壓縮方法、FPGA高效計算結構以及星載壓縮系統(tǒng)開展應用研究。首先,針對圖像壓縮與保真矛盾,基于LOCO-3D幀間壓縮算法,提出了一種幀間圖像無損/近無損一體化壓縮方法,改進設計了幀內、幀間預測器組,通過預測誤差最小化準則在線選擇最佳預測器,實現(xiàn)幀內/幀間預測一體化,無損壓縮比相比JPEG-LS幀內壓縮方法提高60%、相比LOCO-3D幀間壓縮方法提高18%。其次,針對星載有限資源約束下實時壓縮難題,提出了幀間無損-近無損一體化壓縮FPGA高效計算架構,設計了多路并行預測結構,破解了上下文地址沖突和像素重建環(huán)路延時瓶頸,提高了像素吞吐率,在XILINX宇航級FPGA(XQR4VSX55-10CF1140)平臺上實現(xiàn),壓縮像素率高達38.36 Mpixel/s。最后,結合應用需求,設計了結合SRAM型和反熔絲型FPGA的星載圖像實時壓縮系統(tǒng),突破了SRAM型FPGA“動態(tài)刷新+三模冗余”、圖像緩存漢明編碼、碼流緩存RS檢糾錯編碼的抗單粒子翻轉關鍵技術,完成了系統(tǒng)級驗證,滿足應用需求。研制的星載圖像壓縮系統(tǒng)通過功能和性能測試,對512×512×12bit的測試圖像集,平均無損壓縮比為2.6,近無損壓縮比(Near=2)為5.3,典型壓縮延時為900?s,滿足任務需求,驗證了本文成果的有效性。
【圖文】：

獲得最終碼流。1nni iinn nX a XE X X [16]為基于幀間 DPCM 的代表算法。L間臨近像素建立當前像素的預測系數(shù)階數(shù)，12 階系數(shù)訓練窗口如圖 1-1 所線性預測系數(shù) ai均相等，利用最小二數(shù)和近鄰像素計算當前像素對應的預終碼流。LOPT-3D 計算出的預測值為獲得較好的壓縮效果，但求解最小二算，計算復雜度較高。

(e) 序列 5 (f) 序列 6 (g) 序列 7 (h) 序列 8圖 2-7 衛(wèi)星遙感測試圖像表 2-3 LOCO-3D 預測器 3 修改前后無損壓縮比對比表序列 修改前 修改后 優(yōu)化后壓縮比提升1 2.10 2.43 15.38%2 2.10 2.52 20.14%3 2.03 2.36 15.66%4 2.06 2.34 15.78%5 2.49 2.91 16.71%6 2.42 2.79 15.12%7 1.92 2.20 14.19%8 2.89 3.71 28.00%平均值 2.25 2.66 18.06%（2）幀內-幀間壓縮算法切換LOCO-3D 幀間壓縮算法[16]和幀內壓縮標準JPEG-LS都是基于LOCO-I壓縮算法
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN791

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本文編號：2679495