遥感图像编码算法及其硬件实现技术研究
【摘要】:
卫星遥感成像系统可以获取到丰富的地形地貌、地质构造等有用信息,因此它被广泛应用于测绘、情报侦察、资源勘探、环境监测和探月工程等诸多领域。随着卫星遥感成像技术的发展,遥感图像的分辨率不断提高,卫星上需要下传的数据量不断增加,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。所以,研究高效卫星遥感图像编码算法及其硬件实现技术具有重要的理论意义和应用价值。
论文对标准JPEG2000和SPIHT的核心算法等进行了深入分析研究,通过优化其算法结构、改进编码流程等途径,提出了新的小波变换结构、JPEG2000码率控制算法结构和感兴趣区域(ROI)编码算法等,这些算法和硬件结构具有处理能力高,计算量和存储量少,以及适合于星载环境应用的优点。在以上新算法结构的基础上,用FPGA设计和实现了高性能的遥感图像压缩编码器硬件系统,并在我国的探月卫星上得到了应用。本文的主要研究成果可概括如下:
1)提出了一种适合硬件实现的JPEG2000码率控制算法及其相应的硬件结构。它首先对小波变换和量化后编码码块的有效比特平面进行独立的熵估计,并计算出所有编码码块的估计熵总和,并依据估计熵总和指导码率预分配。该算法不仅可以有效减少图像编码器的运算量和存储量,提高编码效率,而且具有图像重建质量高和硬件结构简单的优点。
2)基于码率预分配算法,提出了一种新的感兴趣区域(ROI)编码算法。算法首先对ROI进行T1编码,实现ROI的有损到无损编码。然后使用基于熵估计的码率预分配方法,确定背景区域(BG)所属码块的码率,据此控制BG码块的T1编码深度,达到有效简化编码过程的目的。
3)提出了一种新的高效干涉多光谱图像压缩算法。该算法利用小波域匹配预处理来消除光谱序列图像帧间的相关性,对预测残差图像的高频区域采用基于码率预分配的ROI编码方法。该算法能有效提高恢复光谱的分辨率,提高编码效率,更好地保护光谱信息。
4)提出了一种JPEG2000标准码率控制算法的VLSI结构。通过改进率失真斜率的估算方法、优化码流截取流程等技术途径,使得码率截取组织部分即T2编码器的数据处理速率得到了有效提升,其硬件复杂度得到了降低,并能很好地实现码流分层输出和ROI编码。
5)提出了一种改进的小波变换算法结构和一种改进的SPIHT比特平面编码算法,并设计和实现了一个由FPGA构成的图像编码器硬件系统。改进后的小波变换算法结构运算处理速度得到明显提升,并节省了外部存储器。改进的SPIHT编码算法在小波域进行分片压缩编码,增强了算法的抗误码性能,并能通过标准JPEG2000率失真优化截取码率控制算法实现高效码流组织,通过率失真斜率提升实现ROI编码功能。
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1 |
武文波;李涛;王琨;秦前清;;方向自适应提升小波在遥感图像中的研究[J];中国图象图形学报;2010年04期 |
2 |
郑力;何国金;;基于小波和分形的遥感图像快速编码[J];科学技术与工程;2007年15期 |
3 |
王相海;方锦;宋传鸣;;基于DCT分层结构的遥感图像分级多描述编码算法[J];遥感学报;2011年05期 |
4 |
米德伶;冯鹏;魏彪;潘英俊;金炜;;扩展方向树的遥感图像小波包压缩算法[J];光电工程;2008年01期 |
5 |
袁华;章皖秋;;基于小波变换遥感图像融合技术研究[J];电脑知识与技术;2011年02期 |
6 |
赵耿
,方锦清;一种基于混沌的密码编码算法[J];中国原子能科学研究院年报;2003年00期 |
7 |
苏东卫,慈林林,陈晓峰;高频频带再分解在遥感图像压缩中的应用[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年08期 |
8 |
蔡红苹;蒋咏梅;粟毅;;一种基于区域生长原理的油库目标聚类定位方法[J];遥感学报;2006年03期 |
9 |
黄普明,鞠德航,周诠;遥感图像零树数据压缩方案[J];空间电子技术;1995年03期 |
10 |
薛重生,王霞;基于分形几何的遥感图像纹理分析方法及应用[J];地质科技情报;1997年S1期 |
11 |
王海晖,彭嘉雄,吴巍;一种多传感器遥感图像的配准方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2002年08期 |
12 |
张艳宁,郑江滨,候云舒,赵荣椿;基于SOM和SVM的遥感图像目标识别[J];系统工程与电子技术;2002年07期 |
13 |
;ERDAS IMAGINE遥感图像处理系统的特点[J];国土资源遥感;2002年03期 |
14 |
柳强,张根耀;遥感图像的获取方法研究[J];哈尔滨工业大学学报;2003年12期 |
15 |
吴传庆,赵永超,童庆禧,郑兰芬;基于光谱信息的遥感图像空间域自适应滤波[J];遥感学报;2004年01期 |
16 |
王宇宙,赵宗涛,王旭红;基于数学形态学的遥感图像分割算法[J];微电子学与计算机;2004年04期 |
17 |
牟胜梅,刘光明;海量遥感图像数据实时预处理系统结构设计[J];计算机工程与科学;2004年10期 |
18 |
徐欣锋,黄廉卿,徐抒岩,王家骐;一种高分辨力遥感图像星上压缩方案[J];仪器仪表学报;2004年S1期 |
19 |
强赞霞,彭嘉雄;基于融合及数学形态学的遥感图像目标检测[J];计算机工程;2005年10期 |
20 |
刘文岭;郑小慎;;天津海岸带遥感图像综合解译技术研究[J];微计算机信息;2006年13期 |
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