受限带宽下自适应码率航天器图像编码器制造技术

本发明专利技术提供了一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，该图像编码器用于：视频采集处理单元，用于空间环境下的光电转换及图像数据处理功能；图像压缩编码单元，用于将采集到的图像压缩转换后进行图像编码；图像数据传输管理单元，用于对图像压缩编码及数据传输按照预设的管理方法进行视频编码和传输。使用本发明专利技术，可以解决在空间环境下由于信道带宽的限制，导致无法实时传输多帧频大视场视频图像的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
受限带宽下自适应码率航天器图像编码器


[0001]本专利技术涉及空间飞行器数据传输
，特别涉及在受限带宽下的一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器研制方法。

技术介绍

[0002]随着我国航天技术的快速发展，航天器运行轨道也逐步从网络布局成熟近地轨道探测逐步向深空航天探测领域发展，由于深空探测通信网链路组网不成熟，航天器设计复杂，使得航天器下行传输带宽受到极大的限制，在满足航天器主任务的基础上，视频监视产生的巨大数据量对信道造成极大的传输压力，一但图像数据量产生突发，不仅会影响成像效果，还会影响航天器同信道下的其他重要功能任务，造成不可估量的损失。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，以解决现有的飞行器视频传输带宽分配受限，传输数据突增导致信道压力大的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，包括：
[0005]视频采集处理单元，可用于空间环境下的光电转换及图像预处理功能；
[0006]图像压缩编码单元，用于将采集到的图像压缩转换后进行图像编码；
[0007]图像数据传输管理单元，对图像压缩编码及数据传输按照一定的管理方法进行视频编码和传输。
[0008]较佳地，所述的视频采集处理单元包括，可见光镜头、图像传感器芯片、FPGA芯片，所述可见光镜头是将光学相应谱段信号采集至所述图像传感器芯片对应靶面，所述图像传感器芯片用于将靶面采集到的光学信号转换为电信号通过LVDS接口传输至所述FPGA芯片，所述FPGA芯片用于将采集到图像电信号进行预处理、图像BT1120数据转换，接收压缩编码后的数据缓存并传输发送。
[0009]较佳地，所述可见光镜头为自研125
°
可见光镜头，所述图像传感器芯片为CMOS型图像传感器，所述的FPGA芯片为现场可编程门阵列。
[0010]较佳地，所述图像压缩编码单元，利用自带图像缩放数据转换VDCE协处理器模块的DSP处理器单元，将FPGA芯片传输的BT1120数据进行数据压缩，再将压缩后的图像通过MPEG4编码库进行图像编码。
[0011]较佳地，所述DSP处理器单元为一款专业图像数字处理芯片。
[0012]较佳地，所述图像数据传输管理单元，利用Q值调整管理方法、帧频控制方法、码流限制控制方法达到满足受限带宽下的自适应码率视频传输。
[0013]较佳地，所述Q值调整管理方法，利用编码结果动态调整Q值的方法，所述帧频控制方法，利用编码结果动态调整帧频的方法，所述码流限制控制方法，利用与输出接口参数判断输出门经过一级缓存处理，按照低速带宽要求进行数据传输发送的方法
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015](1)本专利技术基于有空间飞行经历的视频图像处理平台进行控制设计；
[0016](2)本专利技术具备动态调整图像编码参数和动态调整图像缩放比例的能力；
[0017](3)本专利技术具备监控信道带宽负载并对视频输出接口进行数据流控制的能力；
[0018](4)本专利技术适合用于空间受限带宽下自适应码率视频传输功能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术以实施例的受限带宽下自适应码率航天器编码器的整体流程示意图；
[0020]图2为本专利技术一实施例的视频采集处理单元原理框图；
[0021]图3为本专利技术一实施例的图像压缩编码单元原理框图；
[0022]图4为本专利技术一实施例的图像数据传输管理单元原理框图；
[0023]图5为本专利技术一实施例的图像数据传输管理单元中实现Q值调整管理、帧频控制、码流限制控制方法流程框图；
[0024]图6为本专利技术一实施例的最终码率控制效果图。
具体实施方式
[0025]以下将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本专利技术的一部分实例，并不是全部的实例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0026]为了便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本专利技术实施例的限定。
[0027]参考图1所示，本实施例提供了一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，包括：
[0028]视频采集处理单元，可用于空间环境下的光电转换及图像预处理功能；
[0029]图像压缩编码单元，用于将采集到的图像压缩转换后进行图像编码；
[0030]图像数据传输管理单元，对图像压缩编码及数据传输按照一定的管理方法进行视频编码和传输。
[0031]为了减小信道带宽压力，降低视频传输码率，保证视频监视的连续性，本专利技术基于现有航天器图像编码硬件平台，对受限带宽下的视频传输进行自适应码率调节作为未来飞行器视频传输的重要研究方向。本专利技术的图像编码器用于：首先将采集视频图像利用数据转换引擎进行水平和垂直缩放，将高分辨率图像在保证原视场的前提下进行分辨率压缩，达到降低原图大小的目的；然后对缩放过后的图像利用MPEG4编码库，将每幅原图再次进行压缩编码；最后根据每幅压缩后图像的数据量根据一定的方法对视频压缩参数Q值以及帧频进行管理，避免传输数据量突增造成信道拥堵。使用本专利技术，可以解决在空间环境下由于信道带宽的限制，导致无法实时传输多帧频大视场视频图像的问题。
[0032]参考图2所示，本实施例中视频采集处理单元包括镜头组、光传感器、FPGA、DDR2、存储器、晶振、对外接口以及内总线。其中镜头组采用定制的光学镜头，光学镜头对可见光
谱段光学信号进行采集，将采集到的光信号传输至光传感器，光传感器芯片将靶面采集到的光学信号转换为电信号，图像像素分辨率为2048*2048,通过并行同步视频接口送入传送至FPGA，FPGA芯片将采集到图像电信号进行预处理、图像BT1120数据转换,将分辨率调整为16:9制式1920*1080分辨率传输至内总线，通过内总线接收压缩编码后图像数据流，并将数据流按照要求速率通过对外接口进行视频数据流发送；这里的DDR2用于进行FPGA芯片的数据缓存；存储器用于作为FPGA芯片的程序存储芯片；晶振用于为所述FPGA芯片提供时钟源；内总线用于与图像压缩编码单元进行数据交互；对外接口接收FPGA均速恒定速率图像数据发送，并接受外部控制信号。本实施例中，FPGA将处理后的原始图像数据(BT1120)通过内总线发送给图像压缩编码单元以进一步进行编码和视频传输控制。此外，FPGA监视从图像数据传输管理单元获取到的MPEG4图像编码数据，当该数据量存储超过门限时，通知图像数据传输管理单元，对压缩图像数据进行码流限制控制方法调整码流大小。
[0033]本实施例中的镜头组为自研的一款拥有125
°
大视场可见光镜头，光传感器为一款支持2048*2048像素靶面的CMV4000，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，其特征在于，包括：视频采集处理单元，用于空间环境下的光电转换及图像数据处理功能；图像压缩编码单元，用于将采集到的图像压缩转换后进行图像编码；图像数据传输管理单元，用于对图像压缩编码及数据传输按照预设的管理方法进行视频编码和传输。2.根据权利要求1所述的受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，其特征在于，所述的视频采集处理单元，包括：可见光镜头、图像传感器芯片和FPGA芯片，其中，所述可见光镜头用于将光学相应谱段信号采集至所述图像传感器芯片对应靶面；所述图像传感器芯片，用于将靶面采集到的光学信号转换为电信号通过LVDS接口传输至所述FPGA芯片；所述FPGA芯片，用于将采集到图像电信号进行预处理和图像BT1120数据转换，及接收压缩编码后的数据缓存并传输发送。3.根据权利要求2所述的受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，其特征在于，所述可见光镜头为125
°
大视场可见光镜头。4.根据权利要求2所述的受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，其特征在于，所述图像传感器芯片为CMOS型图像传感器。5.根据权利要求2所述的受限带宽下自适应码率航天器图像编码器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑璧青，张震，王琰，徐起，叶盛，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：