多分辨率重采样实时解压缩硬件系统研制

主要介绍基于多分辨率重采样算法的图像实时解压缩硬件系统体系结构的设计，首先描述多分辨率重采样算法的解压流程；而后提出实现多分辨率重采样解压算法的超大规模集成电路结构；最后以可编程序门列成功实现，实验表明，解压缩硬件系统数据处理速度快，满足图像恢复实时性要求。     

JPEG-LS码率控制算法改进及硬件实现

JPEG-LS码率控制算法是一种基于上下文建模的无损/近无损图像压缩标准,具有实现方法简单、占用资源少等优点,适用于卫星图像压缩等硬件资源有限的场合.该算法在近无损压缩模式下码率不可控制.在对JPEG-LS算法进行分析的基础上,提出一种新的基于动态码率表的JPEG-LS码率控制算法,并将新算法应用于硬件设计中.测试结果表明,新算法比现有算法码率控制精度更高,压缩后恢复图像信噪比及结构相似比更高.将该算法在Xilinx Virtex4平台上实现,最高运行频率达60MHz,可以满足星载系统对图像压缩的需求.      

最新CCSDS图像压缩算法研究与实现

2005年CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推出了一项新的图像数据压缩算法标准,制定算法标准的目的是为了解决有效载荷设备的数据压缩以及如何分段压缩能使地面更好地接收图像数据和解压缩.算法的应用能够减少静态图像的数据量,这样不仅可以降低传输带宽,减少数据存储,而且在给定码率情况下能缩短传输时间,这对空间数据压缩具有重要意义.针对CCSDS最新推出的图像压缩算法进行了研究并对其性能进行了阐述,分析了算法硬件实现的可行性,并将算法软件实现的结果与其他图像压缩算法的实现结果进行了测试比较,结果表明在低码率下压缩性能与JPEG 2000,SPIHT相当,甚至更好,完全符合星载图像压缩在低码率下传输的要求.      

面向星载应用的图像压缩专用芯片研制

以高数据吞吐量和低系统结构复杂性为优化目标,根据图像传感器输出特点,综合应用双缓存、数据流驱动、并行处理与流水线设计、同步电路设计等多项关键技术,设计了具有数据处理速度和超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integrated)结构复杂性最佳匹配的空间域重采样压缩算法VLSI结构,该结构的压缩性能仅与图像宽度相关,与图像传感器输出时序无关,既可以采用外部时钟,又可使用与图像传感器相同的时钟源,在这2种情况下,都能够保证在无限长时间内,在连续工作状态下,每个时钟周期实时处理一个图像数据.实践证明,基于该VLSI结构的压缩专用芯片,处理速度快,功耗低,满足星载应用高速实时与低功耗要求.      

图像压缩系统设计

对基于FPGA+DSP架构的图像压缩系统进行了介绍，描述了其系统结构、原理及实现。根据实际需求,采用FPGA+DSP的系统架构设计了一种高性能的图像实时压缩装置，并对系统硬件电路、软件、结构等方面进行了优化设计，实现了飞行试验环境条件下多路视频的采集、压缩、传输、按时序切换等功能，具有处理延时小、功耗低、环境适应性好等特点，并通过了高低温、振动冲击、电磁兼容等多项环境试验考核，具有较高的应用价值。     

基于结构描述的图像压缩方法研究

目前在遥感图像压缩领域,应用最为广泛的是以SPIHT算法为代表的基于小波变换的压缩技术,但是遥感图像含有极为丰富的高频信息,而变换域压缩编码的压缩原理是保留低频信息删减高频信息,这种矛盾导致了变换域编码对遥感图像进行高倍率压缩时,图像会有较大失真。为了减小压缩过程中高频信息的失真,从对图像空间结构描述入手,提出了一个基于空域的图像压缩算法,并与SPIHT算法进行了对比试验,证明了该算法的压缩质量明显好于SPIHT算法,具有一定的应用前景。     

变码长图像编码数据实时解码器的设计与实现

给出了基于空间得采样图像压缩方法实时解码器的设计与实现。解码器的设计针对压缩编码算法的多模式处理及变码长的特点，找到一套简单有效的措施，实现了有非匀速环节的解码算法，设计中通过灵活的数据并串相互转换很好的控制了解码过程的变码长、非匀速问题，同时精细的并行流水线结构和高效的算术运算设计为提高解码器的速度性能，为高速下实现实时解码提供了保证。最终基于FPGA实现的解码器工作速度可达264Mbit/s。     

图像压缩系统设计

对基于FPGA+DSP架构的图像压缩系统进行了介绍,描述了其系统结构、原理及实现。根据实际需求,采用FPGA+DSP的系统架构设计了一种高性能的图像实时压缩装置,并对系统硬件电路、软件、结构等方面进行了优化设计,实现了飞行试验环境条件下多路视频的采集、压缩、传输、按时序切换等功能,具有处理延时小、功耗低、环境适应性好等特点,并通过了高低温、振动冲击、电磁兼容等多项环境试验考核,具有较高的应用价值。     

面向星载应用的空间域四叉树层次化图像压缩算法

为满足卫星应用领域对高分辨率遥感图像实时传输与存储的要求，针对该类图像特征，提出基于空间域四叉树数据结构的图像数据亚采样与多模式自适应预测编码相结合的压缩算法。该算法使用四叉树数据结构与三种预测编码模式，针对图像块纹理差别，自适应地选取相应的亚采样与量化编码方式，通过采样方式与量化方式的变化，达到保存高分辨率遥感图像细节与小目标绝不丢失的要求，实现了对遥感图像中目标边缘和变化剧烈的细节的高保真效果，同JPEG相比，恢复图像峰值信噪更高、图像纹理细节保持能力更强。利用具有可编程序门阵列器件物理实现上述算法，获得高速图像压缩专用芯片，该芯片数据处理速度达到288Mbit／s，功耗低于1W。     

图像数据实时压缩技术研究

提出一种基于多模式自适应压缩算法的图像实时压缩技术,以此技术为基础,利用硬件设计描述语言VHDL和现场可编程序门阵列FPGA,设计成功系统专用集成芯片,以此芯片为核心,构成图像数据实时压缩系统.该系统采用阵列式处理与流水方式工作相结合的组织结构,数据处理速度与系统容量具有良好的可扩充性.系统单路数据处理速度为100Mbit/s,数据压缩比动态可调,图像恢复精度优于JPEG.本系统体积小、重量轻、功耗低、性能稳定可靠,适用于各种256级灰度图像.      

一种图像缩放算法的SoC协同加速设计方法

针对无人机自主着陆的跑道检测、识别、跟踪等视觉算法中需要对大量图像进行缩放处理以便后续计算,但又对实时性要求比较高的情况,根据输入输出像素点的映射关系提出了一种适用于硬件加速的图像缩放算法,简化算法结构的同时利用现场可编程门阵列进行模块硬件功能的设计对算法加速,并采用软硬件协同的体系结构搭建实时图像处理系统。实验结果表明,该缩放算法处理精度高、耗时少,且用硬件逻辑实现后,可以进一步提速171倍,硬化后的系统可以通过摄像头获取图像数据,实时处理后在显示器中显示,达到30帧/s的处理速度,可以应用于实时性要求较高的图像处理算法中。      

合成仪器体系架构与关键技术研究

合成仪器技术作为下一代自动测试系统中的一项关键技术,在装备综合保障中占据重要地位。介绍了合成仪器的基本概念、体系架构及特点,详细论述分析了合成仪器中涉及的包括信号调理、ADC/DAC、数据处理器与总线、系统软件等关键技术及实现,并展望了合成仪器的发展前景。     

基于云计算的航天器控制系统自组织体系结构

针对目前航天器控制系统中计算单元冗余备份过多但系统动态效能不足的问题,提出一种航天器控制系统自组织体系结构,通过高速对等网络将系统建立在云计算的基础上,取消单节点的冗余备份,以系统整体能力为单个节点做备份,当出现节点故障时动态迁移其程序和数据到其他正常节点以继续其功能,从而实现系统在故障时计算体系的动态聚合重构.     

飞行器自主保障系统海量数据存储设计与研究

随着飞行器数据规模扩大,数据存储成为核心技术。针对某飞行器地面自主保障信息系统海量数据存储需求,通过软件定义虚拟化存储,设计了一种采用完全对称架构和改进哈希算法的数据存储系统,系统无单点故障,具有很高的数据存储安全性,存储架构对称,容量可无限扩展,算法改进后,读写速度和负载均衡性能明显提高。     

基于FPGA的可变尺寸块运动估计高效结构

针对可变尺寸块运动估计(VBSME,Variable Block-Size Motion Estimation)的硬件结构在现场可编程门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Array)上实现时消耗资源多且速度慢的问题,提出了一种面积和速度优化的VBSME硬件结构.其中,绝对差累加和(SAD,Sum of Absolute Differences)的计算采用基于随机存储器(RAM,Random Access Memory)的累加计算方式,比基于寄存器合并的方式节省了面积并增加了速度;通过采用脉动比较链而非总线结构,增强了多个SAD值的比较能力,并能高效地实现对部分差排除算法(PDE,Partial Difference Elimination)的支持.基于Virtex-II型FPGA器件,本结构消耗了2261个slice,时钟频率达到164MHz,在搜索窗口为16×16时可实时处理标清格式的视频.与同类设计相比,设计的面积可减少77%,速度增加218%,FPGA的硬件效率显著提升.     

多层次多策略的分布式网络信息过滤系统模型

在分析现有网络信息过滤技术的基础上,描述了一种多层次、多策略、可扩展的分布式网络信息过滤系统模型框架.该模型框架包括网络信息数据分析、过滤及转发等功能,采用细粒度的内容过滤策略,在保证信息数据安全性的基础上,提高了数据转发的速度,缩短了数据传送的延时,并可以插件的形式灵活地挂载过滤程序,具有很好的开放性和可扩展性.该系统模型可以根据具体的需求,以模块的形式灵活地重组和配置各项功能,可在分布式环境下协同工作,提高了系统的性能.本系统的各种数据处理过程对用户是完全透明的,减少了对用户的影响.      

HLA/RTI下周期与非周期任务调度的实时性改进

为了把高层体系结构的标准应用到实时系统中,必须确保运行时支撑环境的实时性.联邦成员间相关的任务之间有优先顺序约束关系,在联邦成员内调度运行时较难提供可预测的响应,因而难以保证所有任务尤其是非周期任务的实时性.以任务调度理论的角度在联邦成员内部综合调度周期与非周期任务运行的D-EDF（Double-Earliest Deadline First）策略,既能舍弃部分冗余数据使周期性任务在截止时间前高效完成,又能调度非周期性任务规则的运行提高实时响应速度,使得联邦成员可以高效地处理有优先顺序约束关系的任务,进而改进了运行时支撑环境的实时性.最后证明了D-EDF调度策略的可行性.      

企业信息系统领域的软件建筑模型

将软件建筑的基本概念以及研究成果引入到企业信息系统建设中,提出了企业信息系统领域的软件建筑模型.首先对软件工程方法学的发展做了简要评述,指出了软件建筑在软件过程中的重要性.随后提出了企业信息系统领域的基于软件建筑模型,包括软件建筑模型、参考需求、参考建筑等.描述了基于该模型的软件开发过程,讨论了若干相关研究工作.