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卫星图像传输中的码率控制算法

徐晓庆  
【摘要】:随着卫星图像的分辨率不断提高,卫星上需要下传的数据量不断增强,而卫星下行信道带宽是有限的,这就需要在卫星上完成高效的图像压缩编码任务。JPEG2000具有压缩效率高、抗误码能力强、码流渐进传输等优异的压缩特性,正得到越来越广泛的应用。对于卫星图像而言,基于小波变换的JPEG2000算法不失为一种较理想卫星图像压缩方案。而JPEG2000的码率控制算法的优劣,会直接影响整个图像的编码效率和压缩图像质量。因此,研究更加有效的JPEG2000的码率控制算法,来减少编码计算冗余、提高编码速度和减少内存占用等资源消耗,对于卫星图像的传输有重要现实意义。 由于JPEG2000采用的带优化截断的嵌入式块编码算法(EBCOT)复杂度很高,影响了它的应用。EBCOT是由Tier1编码和Tier2编码两个部分组成。Tier1编码占了整个编码器的大部分计算时间。Tier2部分给出了压缩后率失真优化算法(PCRD)进行码率控制,删除冗余编码通道。但这种算法需要对Tier1的所有数据进行编码,并且储存所有编码通道。而在低码率时,有大量编码扫描过的通道是不会被包含进最终码流中。针对JPEG2000的PCRD在Tier1中存在的问题,本文提出一些改进的码率控制算法: (1)根据第一个编码块的最小率失真斜率作为第一个门限值和循环判断这两个特点,将大于门限值的率失真斜率的编码通道设为“1”状态,编码完所有的编码块后,若累加码率小于目标码率,减小门限值继续上述过程。对最终小于门限值的“0”状态编码通道不进行编码,因此通过循环判断,大量冗余编码通道无需编码。 (2)根据编码块的有效位平面数和率失真斜率的特点,提出一个简单的公式,通过此公式求得的率失真斜率提前截断一部分冗余的编码通道,因而Tier1不需要编码所有的编码通道。 (3)对编码块的有效位平面数进行排序,通过简单的公式求得的率失真斜率,将其作为Tier1编码的门限值,提前截断不需要的编码通道,提高了编码效率。 (4)首先按照编码块的有效位平面数对编码块进行排序,接着利用压缩倍数和目标码率之间的特点,提出一个自适应公式,通过这个自适应公式计算出近优化的率失真斜率,提前截断大量不需要的编码通道。 实验结果表明,本文提出的算法使得卫星图像在保持原有的信噪比的情况下,大大减少了Tier1的冗余度,同时也缩小了Tier2搜索最优率失真斜率门限值和最优截断点的范围,从而减少了卫星图像的计算量和存储量,提高了编码效率。


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