一种符合ＣＣＳＤＳ标准的图像无损压缩处理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种符合ＣＣＳＤＳ标准的图像无损压缩处理系统及方法。该处理系统包括：控制模块、ＪＰＥＧ－ＬＳ预处理模块、ＲＩＣＥ编码模块和码流拼接模块。所述系统及方法的处理过程是：输入的图像数据经控制模块按１６个采样点分组；分组后的数据进入预处理模块进行去相关处理，得到一组相互独立的数据，再经ＲＩＣＥ编码模块和码流拼接模块得到压缩码流。本发明专利技术无损压缩处理系统及方法的无损压缩编码效率高，且由于处理系统的核心设计是针对分组后原始数据进行运算，采用解码的重同步机制可以防止空间数据传输中的误码扩散，功耗低；另外，改进的编码选项计算方法大大提高了硬件的处理速度，能满足星载图像无损压缩的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像无损压縮处理系统及方法，特别是涉及一种适用于空间应用 的符合CCSDS标准的图像无损压縮处理系统及方法。
技术介绍
近年来，随着我国航天技术的迅猛发展，星上传感和探测设备无论在数量还是精 度上都比以前大大增加，形成了海量数据，从而对星上数据存储和下行传输造成了一定的 困难。由于航天器通信带宽有限，不可能无限制的增大存储设备的容量，于是在轨图像压縮 就成为星上数据处理的一个必备环节，而开发高性能星载图像压縮系统也成为当务之急。 如何能在具有严格功耗、重量、体积的要求下，最优的实现高速图像无损压縮系 统，取决于设计的方案。以通用微处理器或者DSP为核心的嵌入式系统，虽然能够相对较为 方便的完成压縮算法，但存在一个严重的缺陷 一 需要较高的时钟频率(超过200MHz)，才能 满足实时性要求，这将引发一系列电磁兼容问题，带来设计上的诸多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了克服上述现有技术的不足，从而提供了一种符合CCSDS 标准的图像无损压縮处理系统及方法。本专利技术的图像无损压縮处理系统及方法，对CCSDS 建议的无损数据压縮标准进行了两个方面的改进(1)采用了基于JPEG-LS的预处理模块， 有效提高了压縮比；(2)最优编码选项的选取无须遍历计算所有编码选项，本专利技术的编码模块仅利用预处理器输出(预测残差)的和t《直接得到最优编码选项，大大提高了硬件,=0的处理速度(频率为100MHz时的数据处理速度为25Mpixels/s)，可以满足低功耗和实时性 要求。 为实现上述目的，本专利技术提供的的图像无损压縮处理系统包括基于JPEG-LS预 测方式的预处理模块，RICE熵编码模块和码字拼接模块。 本专利技术采用基于CCSDS121.0-B-1推荐的图像压縮算法，并根据空间应用的特点 改进了编码选项选择算法，输入的图像数据经控制模块按16个采样点分组；分组后的数据 进入预处理模块进行去相关处理得到一组相互独立的数据，再经RICE编码模块和码流拼 接模块得到压縮码流。 所述预处理模块通过数据线每次接收一个n位的图像数据Dataln，信号NewBlock 表示是否为一个新数据块Block的开始，若NewBlock信号置位则开始对该数据块Block的 图像数据进行预处理，即去相关处理，并将预处理结果Data0ut通过数据线送入RICE熵编 码模块。 所述RICE熵编码模块对预处理结果DataOut进行累加得到和S咖，然后对和Sum 查表，得到编码选项K，最后根据编码选项K对预处理结果DataOut进行编码，产生不定码 长Len的码字Word,并将码字Word和码长Len送入码字拼接模块，当前块编码结束后，置位4EndBlock信号; 所述编码选项K的选择公式为 J/2+J (2k+1) < F0《J/2+J (2k+2) 其中，J为编码块的长度；尸。+1/;^>,为预处理结果DataOut的和Sum ; 当F。 > J/2[(n-k)2k+1+l-2k]成立时，不进行编码。 所述码字拼接模块接收码字Word和码长Len，拼接码流按8位或16位定长码字 Byte输出。 其中，所述预处理模块包括预测器和映射器。 所述预测器将输入为n比特的图像数据，与对应像素的预测值DataPre相减，得到 n+1比特的数据DataM即。 所述映射器对数据DataM即做映射变换，产生预处理结果Data0ut，该预处理结果 DataOut为近似几何分布的预测残差序列。 其中，所述RICE熵编码模块包括累加器、选择器和编码器。 所述累加器对预处理结果DataOut进行累加得到和Sum,并将和Sum送入选择器。 所述选择器对和Sum进行查表操作，得到最优编码选项K。 所述编码器根据最优编码选项K对于预处理结果DataOut进行编码，输出码字 Word和码长Len，当本数据块Block编码结束后置位EndBlock。 通常最优编码选项的选取是通过遍历所有编码选项来完成的，这种串行的选择算 法会大大降低硬件系统的性能，成为整个压縮系统的瓶颈。本专利技术则仅仅利用预处理模块输出(预测残差)Si的和^《，直接得到最优编码选项。对于最优编码选项的选取，仅仅通过累加、移位和比较等易于硬件实现的操作就可以完成。 本专利技术提供的一种符合CCSDS标准的图像无损压縮处理方法，包括以下步骤 (1)预处理模块通过数据线每次接收一个n位的图像数据Dataln，若NewBlock信 号置位则开始对该数据块的图像数据进行预处理，即去相关处理，并将预处理结果DataOut 通过数据线送入RICE熵编码模块；所述信号NewBlock表示是否为一个新数据块的开始。 (2) RICE熵编码模块对预处理结果DataOut进行累加得到和Sum,然后对和Sum查 表，得到编码选项K，最后根据编码选项K对预处理结果DataOut进行编码，产生不定码长 Len的码字Word,并将码字Word和码长Len送入码字拼接模块，当前块编码结束后，置位 EndBlock信号; 所述编码选项K的选择公式为 J/2+J (2k+1) < F0《J/2+J (2k+2) 其中，J为编码块的长度；F。=f《+ J，'2^为预处理结果DataOut的和Sum ; 当F。 > J/2 [ (n-k) 2k+1+l_2k]成立时，不进行编码； (3)码字拼接模块接收码字Word和码长Len，拼接码流按定长码字Byte输出。 其中，所述预处理模块采用基于CCSDS121. 0-B-1推荐的图像压縮算法，并根据空 间应用的特点改进了编码选项选择算法，输入的图像数据Dataln经控制模块按16个采样5点分组；分组后的数据进入预处理器进行去相关处理得到一组相互独立的数据，再经RICE 编码模块和码流拼接模块得到压縮码流。 其中，所述步骤(1)进一步包括预处理模块中的预测器将输入为n比特的图像数 据与该图像数据对应像素的预测值DataPre相减，得到n+l比特的数据DataM即，然后将该 数据DataMap送到预处理模块中的映射器；所述映射器对数据DataMap做映射变换，产生预 处理结果Data0ut的步骤；所述预处理结果DataOut为近似几何分布的预测残差序列。 本专利技术的优点在于 1、本专利技术的图像无损压縮处理系统及方法的无损压縮编码效率高(利用CCSDS提 供的实验图像进行测试，无损压縮比平均为2. 0)。 2、本专利技术的图像无损压縮处理系统及方法的核心设计是针对分组后原始数据进 行运算，采用解码的重同步机制可以防止空间数据传输中的误码扩散，功耗低(《lwatt/ Msamples/sec)。 3、本专利技术的图像无损压縮处理系统及方法采用改进的编码选项计算方法的编码 模块大大提高了硬件的处理速度(频率为100MHz时的数据处理速度为25Mpixels/s)，能满 足星载图像无损压縮的要求。 4、本专利技术的图像无损压縮处理系统及方法支持基于帧(Frame)的输入图像格式 和基于条带(Strip)的输入图像格式，适合于近地观测和深层空间探测任务。附图说明 图1是现有技术的无损压縮算法的框图； 图2是本专利技术图像无损压縮处理系统的顶层设计电路框图； 图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种符合ＣＣＳＤＳ标准的图像无损压缩处理系统，其特征在于，所述系统包括：基于ＪＰＥＧ－ＬＳ预测方式的预处理模块，ＲＩＣＥ熵编码模块和码字拼接模块；所述预处理模块通过数据线每次接收一个ｎ位的图像数据ＤａｔａＩｎ，若ＮｅｗＢｌｏｃｋ信号置位则开始对该数据块的图像数据进行预处理，即去相关处理，并将预处理结果ＤａｔａＯｕｔ通过数据线送入ＲＩＣＥ熵编码模块；所述信号ＮｅｗＢｌｏｃｋ表示是否为一个新数据块的开始；所述ＲＩＣＥ熵编码模块对预处理结果ＤａｔａＯｕｔ进行累加得到和Ｓｕｍ，然后对和Ｓｕｍ查表，得到编码选项Ｋ，最后根据编码选项Ｋ对预处理结果ＤａｔａＯｕｔ进行编码，产生不定码长Ｌｅｎ的码字Ｗｏｒｄ，并将码字Ｗｏｒｄ和码长Ｌｅｎ送入码字拼接模块，当前块编码结束后，置位ＥｎｄＢｌｏｃｋ信号；所述编码选项Ｋ的选择公式为：Ｊ／２＋Ｊ（２↑［ｋ＋１］）＜Ｆ↓［０］≤Ｊ／２＋Ｊ（２↑［ｋ＋２］）其中，Ｊ为编码块的长度；Ｆ↓［０］＝＊δ↓［ｉ］＋Ｊ；＊δ↓［ｉ］为预处理结果ＤａｔａＯｕｔ的和Ｓｕｍ；当Ｆ↓［０］＞Ｊ／２［（ｎ－ｋ）２↑［ｋ＋１］＋１－２↑［ｋ］］成立时，不进行编码；所述码字拼接模块接收码字Ｗｏｒｄ和码长Ｌｅｎ，拼接码流按定长码字Ｂｙｔｅ输出。...

【技术特征摘要】
一种符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统，其特征在于，所述系统包括基于JPEG-LS预测方式的预处理模块，RICE熵编码模块和码字拼接模块；所述预处理模块通过数据线每次接收一个n位的图像数据DataIn，若NewBlock信号置位则开始对该数据块的图像数据进行预处理，即去相关处理，并将预处理结果DataOut通过数据线送入RICE熵编码模块；所述信号NewBlock表示是否为一个新数据块的开始；所述RICE熵编码模块对预处理结果DataOut进行累加得到和Sum，然后对和Sum查表，得到编码选项K，最后根据编码选项K对预处理结果DataOut进行编码，产生不定码长Len的码字Word，并将码字Word和码长Len送入码字拼接模块，当前块编码结束后，置位EndBlock信号；所述编码选项K的选择公式为J/2+J(2k+1)＜F0≤J/2+J(2k+2)其中，J为编码块的长度；为预处理结果DataOut的和Sum；当F0＞J/2[(n-k)2k+1+1-2k]成立时，不进行编码；所述码字拼接模块接收码字Word和码长Len，拼接码流按定长码字Byte输出。F2008102267204C0000011.tif,F2008102267204C0000012.tif2. 根据权利要求1所述的图像无损压縮处理系统，其特征在于，所述预处理模块采用 基于CCSDS121. O-B-l推荐的图像压縮算法；输入的图像数据Dataln经控制模块按16个采 样点分组，分组后的数据进入预处理模块进行去相关处理得到一组相互独立的数据，再经 RICE编码模块和码流拼接模块得到压縮码流。3. 根据权利要求1或2所述的图像无损压縮处理系统，其特征在于，所述预处理模块包 括预测器和映射器；所述预测器将输入为n比特的图像数据与该图像数据对应像素的预测值DataPre相 减，得到n+1比特的数据DataM即，然后将该数据DataM即送到映射器；所述映射器对数据DataM即做映射变换，产生预处理结果DataOut ;所述预处理结果 DataOut为近似几何分布的预测残差序列。4. 根据权利要求1或2所述的图像无损压縮处理系统，其特征在于，所述RICE熵编码 模块包括累加器、选择器和编码器；所述累加器对预处理结果DataOut进行累...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓东，王怀超，陈裕华，陈晓敏，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]