本发明专利技术公开了一种符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构及方法。本发明专利技术的硬件结构包括：扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块。本发明专利技术的编码方法的具体步骤包括：(1)接收小波系数数据；(2)提供位置信息；(3)扫描重要性信息；(4)生成系数字；(5)映射符号值；(6)计算编码方式；(7)熵编码；(8)输出合成码流。本发明专利技术采用“或”运算获取重要性信息的方法，降低了计算复杂度，采用只读存储器ROM实现映射编码，降低了硬件资源开销。本发明专利技术采用并行流水结构，通过多个比特平面复用同一映射编码模块的方法，克服了现有技术编码效率低、硬件资源开销大的缺陷，高效低资源地实现了比特平面编码。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信
，更进一步涉及图像处理
中的符合CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems)图像压缩标准的比特平面编码硬件结构及方法。本专利技术可以高效低资源地实现比特平面编码器，适用于航空航天的图像压缩系统。
技术介绍
CCSDS图像压缩方法广泛应用于图像压缩领域，针对图像数据压缩标准CCSDS122.0-B-1，其算法描述中对各个比特平面采用串行的编码方法，若硬件按照串行的方法进行编码，则系统编码效率较低，无法满足卫星图像压缩系统高吞吐率的要求。中国科学院空间科学与应用研究中心申请的专利“一种符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法”(专利申请号:200810226720.4，公开号:CN101742299A)中公开了一种涉及CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法。该系统结构由控制模块、JPEG-LS预处理模块、RICE编码模块和码流拼接模块组成。该方法通过控制模块将16个采样点分组，分组后数据进入预处理模块进行去相关处理，再经RICE编码模块和码流拼接模块得到压缩码流。该专利申请装置的不足之处是:采用串行的编码方式，编码速率较低。该专利申请的方法不足之处是:所实现的方法仅仅支持图像的无损压缩，不能进行有损图像压缩处理。西北工业大学申请的专利“ IEEE1394接口视频信号实时CCSDS编码系统与智能总线接口方法”(专利申请号:201010577962.5，公开号:CN102075747A)中公开了一种IEEE1394接口视频信号实时CCSDS编码系统与智能总线接口方法。该编码结构包括离散小波变换、直流系数编码、交流系数比特深度编码和交流系数编码四个模块。该方法采用时钟切换和数据接收发送的优先级设置，并充分利用了高速逻辑阵列并行性可重构性的特点，实现了图像数据在低速IEEE1394总线和高速智能总线的双向数据交互，提高了数据传输速度。该专利申请编码结构的不足之处是:采用状态机跳转的方式依次完成各部分编码，编码效率较低。该专利申请方法的不足之处是:仅仅采用数据接收和发送的速率优化方法，对于CCSDS编码系统中的比特平面编码部分的实现方法未提及。张学全等人发表的论文“CCSDS星载图像压缩模块的FPGA设计与实现”(《半导体光电》2009年12月第30卷第6期)中提出了一种采用CCSDS图像压缩算法的FPGA实现方法。该论文中提出了 CCSDS图像压缩算法的整体架构，其中编码结构由预处理、直流编码、位平面扫描与编码以及码字拼接四个部分组成。该结构对于位平面扫描采用并行处理的方法，但是在后续的比特平面编码模块，仍然采用依次编码的方法，使得编码效率严重受限。该FPGA实现方法的不足之处是:未针对FPGA内部结构来合理分配硬件资源，导致硬件资源开销较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于CCSDS图像压缩标准标准的硬件结构及方法，采用并行流水技术，高效低资源地实现比特平面编码器。本专利技术的硬件结构包括扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块；所述的位置存储器的输出端分别与扫描模块、比特平面编码模块的输入端相连，扫描模块的输出端与比特平面编码模块的输入端相连，比特平面编码模块的输出端与码流组织模块的输入端相连；其中:所述的扫描模块，用于对各子集中小波系数的16个比特平面进行“或”操作获得重要性信息；所述的位置存储器，用于提供各个小波系数所属集合的信息；所述的比特平面编码模块，用于对小波系数进行压缩编码；所述的码流组织模块，用于对压缩编码产生的码字进行拼接后输出。本专利技术的编码方法包括以下步骤:(I)接收小波系数数据:按照子集相邻的顺序依次接收外部输入的小波系数数据，每一个时钟周期接收一个小波系数数据；(2)提供位置信息:顺序循环访问位置存储器，每一个时钟周期内选取一个位置信息；(3)扫描重要性信息:3a)扫描模块将小波系数的各个比特位做“或”运算，将结果作为当前小波系数的重要性信息；3b)扫描模块将小波系数各个比特平面以集合为单位做“或”运算，将结果作为系数集合的重要性信息；(4)生成系数字:4a)系数字生成模块将CCSDS标准中定义的各种类型系数字的生成条件和结果，存储在系数字查找表中；4b)系数字生成模块将步骤(3)中获得的小波系数和系数集合重要性信息，输入到系数字查找表中，在表中查找与之对应的系数字；(5)映射符号值:5a)将系数字的类型值、长度、符号映射关系表，存储到只读存储器ROM中；Sb)符号映射模块根据符号映射关系表将系数字映射成符号值，并将符号值存储于双端口存储器中；(6)计算编码方式:6a)编码选项计算模块对符号值按类别对应的不同编码方式的码字长度求和；6b)比较求和值，将最小求和值的编码方式，作为符号值对应的熵编码方式；(7)熵编码:7a)熵编码器将符号值对应的各种熵编码方式的码字表存储于只读存储器ROM中；7b)熵编码器依次读取步骤5b)中双端口存储器中的符号值，按熵编码方式在只读存储器ROM中查找对应的码字；(8)输出合成码流:码流组织模块将熵编码产生的码字按照CCSDS标准中的码流格式进行组织，得到合成码流，输出合成码流。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:第一，本专利技术在比特平面编码模块中采用并行流水结构，通过多个比特平面复用一个符号映射模块和熵编码器的方法，克服了现有技术编码效率低、硬件资源开销大的缺陷，使得本专利技术高效、低资源地实现了压缩编码。第二，本专利技术在扫描模块中采用流水线的处理方式，克服了现有技术采用并行扫描的方式消耗过多硬件资源的缺陷，使得本专利技术具有硬件资源开销小的优点。第三，本专利技术针对现场可编程门阵列FPGA芯片的内部结构，采用只读存储器ROM实现编码映射，克服了现有技术全部采用逻辑资源实现映射编码的缺陷，使得本专利技术的硬件结构能够在硬件资源较少的FPGA芯片上得以实现。第四，本专利技术采用“或”运算获取重要性信息的方法，克服了现有技术采用阈值比较的方法的计算复杂度高的缺陷，使得本专利技术具有计算复杂度低的优点。附图说明图1为本专利技术硬件结构的示意图；图2为本专利技术编码方法的流程图；图3为本专利技术小波系数子集示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照图1，本专利技术的硬件结构如下:本专利技术的硬件结构包括扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块；所述的位置存储器的输出端分别与扫描模块、比特平面编码模块的输入端相连，扫描模块的输出端与比特平面编码模块的输入端相连，比特平面编码模块的输出端与码流组织模块的输入端相连。扫描模块对各子集中小波系数的16个比特平面进行“或”操作获得重要性信息；位置存储器提供各个小波系数所属集合的信息；比特平面编码模块依据位置信息对小波系数的重要性信息进行压缩编码；码流组织模块对压缩编码产生的码字按照CCSDS标准中的码流格式进行组织后输出。比特平面编码模块包括16个系数字生成模块、8个符号映射模块、16个编码选项计算模块、16个双端口存储器和4个熵编码器；图1中用编号I到16表示系数字生成模块和双端口存储器的数量，用编号I到8表示符号映射模块的数量，用编号I到4表示熵编码器的数量。系数字生成模块用于将各个比特平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构，包括扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块；所述的位置存储器的输出端分别与扫描模块、比特平面编码模块的输入端相连，扫描模块的输出端与比特平面编码模块的输入端相连，比特平面编码模块的输出端与码流组织模块的输入端相连；其中：所述的扫描模块，用于对各子集中小波系数的16个比特平面进行“或”操作获得重要性信息；所述的位置存储器，用于提供各个小波系数所属集合的信息；所述的比特平面编码模块，用于对小波系数进行压缩编码；所述的码流组织模块，用于对压缩编码产生的码字进行拼接后输出。
【技术特征摘要】
1.一种符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构，包括扫描模块、位置存储器、比特平面编码模块和码流组织模块；所述的位置存储器的输出端分别与扫描模块、比特平面编码模块的输入端相连，扫描模块的输出端与比特平面编码模块的输入端相连，比特平面编码模块的输出端与码流组织模块的输入端相连；其中: 所述的扫描模块，用于对各子集中小波系数的16个比特平面进行“或”操作获得重要性信息； 所述的位置存储器，用于提供各个小波系数所属集合的信息； 所述的比特平面编码模块，用于对小波系数进行压缩编码； 所述的码流组织模块，用于对压缩编码产生的码字进行拼接后输出。2.根据权利要求1所述的符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构，其特征在于，所述的比特平面编码模块包括16个系数字生成模块、8个符号映射模块、16个编码选项计算模块、16个双端口存储器和4个熵编码器；所述的系数字生成模块的输出端连接到符号映射模块的输入端，符号映射模块的输出端分别与编码选项计算模块、双端口存储器的输入端相连，编码选项计算模块和双端口存储器的输出端连接到熵编码器的输入端；其中: 所述的系数字生成模块， 用于将各个比特平面的重要性信息编码成系数字； 所述的符号映射模块，用于将系数字映射成符号； 所述的编码选项计算模块，用于选择最优的熵编码方式； 所述的双端口存储器，用于缓存映射产生的符号值； 所述的熵编码器，用于对符号值进行熵编码。3.根据权利要求1所述的符合CCSDS标准的比特平面编码硬件结构，其特征在于，所述的比特平面编码模块采用只读存储器ROM实现符号映射和熵编码。4.一种符合CCSDS标准的比特平面编码方法，包括以下步骤: (1)接收小波系数数据: 按照子集相邻的顺序依次接收外部输入的小波系数数据，每一个时钟周期接收一个小波系数数据； (2)提供位置信息: 顺序循环访问位置存储器，每一个时钟周期内选取一个位置信息； (3)扫描重要性信息: 3a)扫描模块将小波系数的各个比特位做“或”运算，将结果作为当前小波系数的重要性信息； 3b)扫描模块将小波系数各个比特平面以集合为单位做“或”运算，将结果作为系数集合的重要性信息； (4)生成系数字: 4a)系数字生成模块将CCSDS标准中定义的...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷杰，陆懿，李云松，王舒瑶，刘凯，郭杰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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