机载高分辨率遥感图像实时压缩系统研究

介绍了图像压缩系统的5种主要架构,分析、比较了这5种架构的优缺点。基于现场可编程门阵列(FPGA)的图像压缩系统架构,提出了一种适合机载应用的高分辨率遥感图像实时压缩系统,该系统具有体积小、功耗低的特点。另外,还针对JPEG-LS(JPEG-Lossless)算法的特点,提出了一种简单有效的位率控制和抗误码方法,并在基于VIRTEX-ⅡFPGA的实时压缩系统中进行了具体应用,实现了机载遥感图像的无损和近无损图像实时压缩。该系统预留了充分的硬件资源,可支持EZW和SPIHT等复杂度较高的高倍率图像压缩算法的应用。     

基于分布式信源编码和感兴趣区域编码的干涉多光谱图像压缩

基于干涉多光谱图像特点和应用环境要求,提出一种基于分布式信源编码和感兴趣区域编码的干涉多光谱图像压缩算法。编码端通过关键帧预测出边信息帧,然后联合估计的边信息帧和插值分布的概率模型在编码端进行比特平面码率估计,最后采用基于率失真提升的感兴趣区域编码,调整图像不同区域的率失真斜率来进行更合理的码率分配。实验结果表明,该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息。在不同压缩比的情况下,这种编码方式在干涉多光谱图像压缩系统中可获得较好的效果,算法复杂度低。     

高速传输图像压缩系统设计与实现

介绍一种高速传输图像压缩系统的设计和硬件实现方案。编码方法用一种改进的 SPIHT压缩编码算法 ,基于一片十万门 FPGA实现压缩核心算法的硬件。该系统目前已经实现了对帧尺寸为 1 2 8× 1 2 8,8bpp,帧频为 1 0 0 f/s的连续图像进行高速实时压缩 ,若作优化还可达到更高的帧频 ( >1 5 0 f/s)     

CCD遥感图像的实时压缩系统设计与实现

文章研究高速CCD遥感图像压缩的系统设计与实现。与其它图像数据相比,CCD遥感图像数据具有高速率、高量化位数的特点。针对CCD相机输出图像的数据特点,基于ADV212压缩芯片,提出了一种高速CCD遥感图像压缩系统的构架方案。该方案采用FPGA+ADV212+SRAM的硬件结构方式,以FPGA作为系统的主控,SRAM完成输入数据的缓存处理,ADV212完成图像数据的高效压缩处理。文章最后构建了压缩系统的实验验证平台,对系统的性能进行了实验验证。试验结果表明,文中提出的系统压缩方案,压缩前后图像品质没有明显差异,可以满足遥感图像压缩系统的实时处理要求。     

易于硬件实现的遥感图像两倍压缩算法

结合干涉多光谱遥感图像航天应用的要求,参考CCSDS标准无损压缩算法,提出了一种易于硬件实现的干涉多光谱遥感图像无损／近无损压缩算法。该算法在对12bit干涉多光谱图像进行2倍压缩时压缩性能与JPEG 2000标准算法相当,但算法复杂度和所需存储空间大大降低,在单片FPGA内部即可实现全部压缩功能,可以很好地满足航天应用的要求。     

基于FPGA的高速并行DVB-S2标准LDPC译码

最新的CCSDS、DVB-S2等相关卫星标准都采用低密度校验(Low Density Parity Code,LDPC)码,其中DVB-S2中LDPC码由于码字长、码率多,不易于硬件实现。文章针对该码校验矩阵特性,给出一种基于改进最小和算法的高速并行译码器的FPGA实现方案。方案采用180并行,6bit位宽,在20次迭代下,基于Xilinx SC5VSX95T芯片的测试表明:设计方案支持200 MHz的时钟频率。     

CCSDS基于小波变换的图像压缩

通过分析一种CCSDS建议的基于小波变换的图像数据压缩的基本原理、编解码方法、系统实现和压缩性能,初步研究深空通信对于图像压缩的特殊要求。通过与现在流行的基于小波变换的图像压缩算法JPEG2000进行比较发现, CCSDS推荐的算法的性能与JPEG2000基本相当,且同样支持无损和有损压缩及渐进传输,但其算法复杂度更低,包丢失不会造成图像大面积损坏,因而更适合于深空通信。     

大孔径静态干涉多光谱图像压缩算法

基于大孔径静态干涉成像光谱仪的成像特点,提出了一种适合于干涉多光谱图像的不等重要性权值率失真优化等级树压缩算法。该算法根据干涉多光谱图像在空间和频域的特点,对小波系数从空间方向树上按空间域中各光程差对恢复光谱信息的贡献重要性不同赋予不同的重要性权值,这样不仅弥补了SPIHT算法在码率分配上的不足,而且有效的保护了频域中的光谱信息。实验结果表明,该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息,在8倍压缩比下,满足该类干涉多光谱图像压缩系统的质量要求。     

“高分二号”卫星遥感相机图像采集与功能验证系统设计

"高分二号"卫星遥感相机是国家高分专项重点项目,其视频电子学设备采用了Gbit高速串行数传接口,同时应用了图像预处理算法,传统的快视设备无法满足其测试要求。文章设计了一种高速图像采集与算法验证系统,以Virtex-5现场可编程门阵列为处理核心、Gbit串行/解串芯片为图像输入接口,集成JPEG2000协议芯片、DDR2缓存以及Camera Link图像显示接口。介绍了硬件实现的关键技术,并描述了系统对相机成像功能、高速数传以及图像压缩的验证。该验证系统保障了相机研制,为图像采集和处理提供了参考。     

基于HLS的红外遥感图像连通域快速提取方法

连通域提取是红外遥感图像目标检测算法中的重要组成部分,包含在粗检算法中,能够筛去多数虚警,提升粗检效果,减少检测算法的运算量,降低系统功耗。现有的一些连通域提取算法基于CPU处理方式设计,不适合部署在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件端。本文采用高层次综合(HLS)的开发模式,设计了适合FPGA加速的连通域提取方法,相比传统的硬件描述语言开发方法具有更高的灵活性和效率。通过只扫描一次二值图像,将面积、范围和连通信息均记录在远小于图像的等价表中,通过简化标记规则和等价表刷新的方法,既提高了运算速度又节省了大量缓存,最终在硬件平台实测256×256的8 bit图像达到了797帧/s的处理速度。     

基于SPIHT算法的遥感图像高速实现方案

基于小波变换的SPIHT图像压缩方案是目前公认性能较好的一种实用高性能图像压缩编码算法，但原始SPIHT算法链表式编码限制了其在高速处理中的应用。本文提出了一种改进的SPIHT压缩编码算法，在确保恢复图像质量与原始算法基本上相当的基础上，改进算法可以采用并行流水结构实现，有利于高速处理中的应用，为该算法在遥感图像中的应用提供了理论依据和工程基础。     

一种基于RapidIO总线的高速图像数据传输设计

为解决传统图像处理系统带宽不足的问题,设计了一种基于高速串行RapidIO总线的图像处理系统,该系统通过Camera Link接口接收图像数据,经过FPGA预处理之后,通过RapidIO总线传输到DSP内存中,进行复杂的算法处理。本设计通过FPGA实现了RapidIO接口,采用了基于FIFO缓存的设计方法,来实现Camera Link接口与RapidIO接口间的匹配和转换。试验证明:该系统工作稳定可靠,数据传输速率高,满足应用需求。     

短帧长Turbo编译码的FPGA实现研究

对深空通信中短帧长信息的Turbo编译码FPGA实现进行了研究。设计了Turbo编译码方法,编码由两个分量编码器并行级联组成,选择递归系统卷积码,编码采用特殊行列交织器;译码由两个独立的软输入软输出译码器串行联级联组成,采用近似Log-Map算法。给出了Turbo编译码的现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现,给出了Turbo编译码单元的接口和顶层接口时序,以及Map译码单元流程。仿真结果表明:对帧长小于500b、码率为1/2的Turbo编译码器的FPGA实现了编码数据实时输出,译码延时0.45ms,满足输入数据速率要求。实测结果验证了仿真结果与理论性能相符。     

基于FPGA的FDMA多路扩频信号源的设计与实现

介绍了一种基于FPGA的FDMA多路扩频信号源的方案设计及其实现,采用了码元成形技术,使得各个频带间的频谱泄漏很低,将扩频技术与FDMA技术相结合,提高了系统的用户容量;通过Matlab的系统级仿真使得方案的性能指标得以实现,在最终的方案实现时进行了算法和资源的优化。使用该信号源可方便地测试一般通信信号处理系统的性能指标。     

基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法实现

针对运动场景和噪声混叠的红外图像,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的红外图像运动补偿滤波算法。首先,算法设计采用运动补偿滤波算法,通过帧间相关性和阈值判断等方法,有效实现图像区域检测分类;其次,对分类后的区域选定不同参数的滤波处理,有效抑制噪声,改善图像显示质量;最后,硬件使用流水线结合并行处理的解决方案,能够有效提高图像处理的速度。实验结果表明:基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法设计资源消耗低,将运行优化算法耗时降低到了1 ms内,为红外图像实时处理应用提供了基础。     

基于JPEG2000实时压缩率控制的FPGA实现

提出一种JPEG2000高速实时图像压缩硬件实现的率控制方案。该方案采用多路T1编码器,在每个通道编码结束时计算所有编码块到该通道为止的累计压缩字节数,当目标比特率小于某个通道的累计字节数时,若该通道比最低通道高,则把该通道设置为最低通道,从而渐进升高最低编码通道,避免编码那些产生被丢弃码流的通道,提高了编码效率,节省了存储空间。经FPGA仿真验证,该实时压缩系统每秒能处理250帧512×512的灰度图像。     

多光谱遥感图像压缩系统中的ROI编码方法

提出了一种基于EBCOT(率失真优化截取内嵌码块编码)算法的矩形ROI(感兴趣区域)编码的干涉多光谱卫星遥感图像压缩方法。该方法不需要对小波域的系数进行提升，而是在码流组织时通过对多光谱区域的误差跟踪提高恢复图像的质量。从而克服了传统方法因为增强系数与图像复杂度不匹配带来的ROI与BG的PSNR质量不协调的问题，该算法的解码器不需要知道该图像是否存在ROI，不需要反提升过程，完全正常解码即可，而且该方法保留了EBCOT的优良特性。实验表明，这种编码方式在干涉多光谱卫星图像压缩系统中可获得理想的效果。     

星上高光谱图像无损压缩方法

针对星上高光谱图像压缩问题,本文从消除高光谱图像的谱间与谱内空间冗余信息入手,提出了基于KLT与自由无损图像格式(FLIF)算法的高光谱图像无损压缩算法。KLT用于去除图像的谱间冗余信息,FLIF算法的MANIAC决策树能够在压缩过程中动态更新上下文环境内容,实时调整上下文环境的数量,多上下文环境建模的设计大幅提升了压缩性能。仿真实验表明:在高分五号卫星上的高光谱数据集上,本方案取得了不错的压缩比特率结果。此外,针对KLT变换后图像的特点,本文提出了多压缩器灵活切换的加速方法,在可见光波段让压缩耗时缩短为未优化前的1/5。     

准循环LDPC码译码器的FPGA实现

文章提出了一种可以兼容不同码率规则和非规则准循环低密度校验码（LDPC）的部分并行译码结构,基于该部分并行结构在Altera公司的StratixII—EP2S90器件上验证并实现了DTMB标准中三种准循环低密度校验码的译码器。FPGA资源统计表明,在并行路数相同的情况下,采用该部分并行结构可以节省大约45％的逻辑单元。     

一种适合于遥感图像的逐行扫描压缩算法

在ChristosChrysafis基于逐行小波变换编码的基础上,提出了一种低复杂性基于逐行扫描的图像压缩算法。该算法不需要对图像分块,在对小波系数进行均匀量化之后,根据不同子带的上下文统计特征进行概率建模,采用改进的低复杂性Golomb Rice算法进行熵编码。试验表明,采用这种算法,在对大幅面图像压缩时存储器需求远小于基于SPIHT等算法的存储器需求的同时,其熵编码复杂性也大幅降低,特别适合于功率和空间受限的遥感图像压缩系统中。