一种空间TDICCD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种空间TDICCD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统及方法，该控制系统包括：图像小波变换、位平面编码、熵编码、码流组织；其中，图像小波变换前设有帧构造单元、图像块信息估计和一次码率分配；位平面编码中设有码段熵估计、二次码率分配和位平面深度控制器；图像为CCD图像，是以行为单位，通过帧构造单元建立以M×N大小图像为帧单元进行压缩。本发明专利技术的空间TDICCD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统及方法，通过两次码率分配，可以针对不同的图像内容和不同码段进行自适应的码率分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间TDICXD相机图像压缩领域，具体涉及一种空间TDICXD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统及方法。
技术介绍
目前适于星上载荷图像压缩应用的压缩算法为CCSDS制定的面向深空应用的图像压缩算法。CCSDS图像压缩算法中码率控制可以使压缩的码流适合卫星数据传输带宽和图像实时传输要求，它是空间C⑶图像压缩编码器单元的重要组成部分，在很大程度上影响着压缩编码器的性能。CCSDS算法提供了两种参考的解决方法，即基于质量截断和码率截断，但具体的实现需要开发者自己的设计。当使用质量截断方式控制压缩码率时，可以使重构图像最终的质量比较高，但压缩码流码率的精确控制是非常困难的，因为在一幅图像不同的编码段中，即使在相同质量的条件下，码率的差别会很大，在不同的图像中差别会更大。另外，质量截断参数与图像的PSNR之间并不是简单的对应关系，对于不同的图像，即使没有置相同的质量截断参数，它们的PSNR差别也很大，只有通过大量的实验，确定图像质量截断参数的相关信息，才能保证质量截断方法的良好效果。因此，在实际工程应用中，很少采用质量截断方法实现对图像压缩码率的控制。当选择码率截断方法时，在图像压缩的过程中，当使用多个编码段时，如果采用码率截断对各个段平均分配码率，必然会导致压缩性能的降低。压缩效率的差异是图像各个部分的内容不同造成的，也就是说，相对于细节丰富的区域，图像的平滑区域更易于压缩，因为细节丰富的区域包含的信息量较多。当每个编码段的压缩码流的数据量相同时，不同编码段的重构图像质量却不相同，甚至差别很大，因此，整幅图像的质量却不是最优化的，这就导致了整幅重构图像质量的下降。此外，通常情况下，最后一个编码段包含的块数目会小于前面那些编码段，因为整幅图像包含的块总数不能被一个编码段包含的块数目整除。显然，给最后一个编码段均分相同的码率是不合理的。另外，空间C⑶相机图像是以行为单位的，压缩时通常的办法是将图像组织成图像帧(例如每帧大小为4096X 128)为单位进行压缩的。空间(XD相机拍摄的遥感图像不同于自然图像，它具有大量的边缘轮廓和纹理区域等高频信息，且细节丰富复杂。而一些重要的目标通常包含在这些边缘和纹理信息比较丰富的区域，特别地，目前对遥感图像中重要目标的判别，主要依靠几何轮廓特征进行确认。如果图像帧中所有内容均采用均等分配码率必然不能很好的保护图像边缘和纹理信息比较丰富的区域。
技术实现思路
为了解决上述空间TDIC⑶相机图像压缩算法CCSDS中码率控制不足，同时考虑到空间TDICXD相机图像特点，本专利技术提供一种空间TDIC⑶相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下:一种空间TDIC⑶相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统，包括:图像小波变换、位平面编码、熵编码、码流组织；其中，图像小波变换前设有帧构造单元、图像块信息估计和一次码率分配；位平面编码中设有码段熵估计、二次码率分配和位平面深度控制器；图像为CCD图像，是以行为单位，通过巾贞构造单元建立以MXN大小图像为巾贞单元进行压缩；该控制系统:可对于每帧图像将其分为K块,每块大小为MX Q，Q=N/K ；CXD图像经帧构造单元后的图像块分两路输出，一路进入图像块信息估计模块估计出每个图像块的信息量，送入一次码率分配单元进行码率分配；另一路进入小波变换模块后量化的码段又分两路输出，一路进行位平面编码，另一路通过熵估计模块估计出每个码段的熵，送入二次码率分配模块，二次码率分配模块根据每个图像块的码率分配每个码段的码率，并通过位平面深度控制器反馈给位平面编码器；进行码段位平面编码后，进行熵编码，对位平面编码器输出的压缩码流计数，最后，将码流进行组织，输出最终的码流。在上述技术方案中，所述的图像帧构造单元可以:构造一帧图像，以此一帧大小图像进行压缩；将一帧均等分成若干块，对每一块根据图像信息进行码率分配；将每一块依次输入到小波变换模块和图像信息量估计模块。在上述技术方案中，所述的图像信息估计模块可以利用SED边缘检测算法对图像块信息进行估计，并将估计出的每个图像块信息量输出给一次码率分配模块。在上述技术方案中，所述的一次码率分配模块将输入的每个图像块信息量进行累加得到整帧图像的估计信息量和每个图像块预分配的权重，输出每个图像块的编码字节数给二次码率分配模块。在上述技术方案中，所述的码段熵估计模块可以利用领域预测算法对量化后的码段进行估计，并将估计出的每个码段熵输出给码率分配模块。在上述技术方案中，所述的二次码率分配模块可以将输入的每个码段的熵进行累加得到整个所有段的估计熵和每个码段的预分配权重，根据一次码率分配模块的每个图像块的码率，输出每个图像块中每个码段码率给位平面深度控制器模块。在上述技术方案中，所述的位平面编码控制器模块可以将位平面和熵编码器输出的每个码段字节数进行累加，并与二次码率分配模块输入的码段字节数据进行比较，输出码段累加字节数给位平面编码和熵编码器；每个码段达到目标的字节数时反馈给位平面编码和熵编码器，终止编码。在上述技术方案中所述的空间TDICXD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统的控制方法，包括以下步骤:步骤一、以行为单位的CXD图像每输出M行作为一帧图像，将一帧图像在细分为K个图像块，每个图像块宽度不变，行数为Q行；步骤二、对每个图像块一方面进行小波变换处理，另一方面进行SED边缘检测计算图像块信息量估计值；步骤三、求出所有图像块的信息量I= E Ii,进而求出每个图像块的信息量权重；步骤四、对每个图像块进行码块分配；步骤五、图像经过小波变换和量化后，在小波变换域中，使用预测方法估计熵值；步骤六、将系数预测僅。与实际值<相减得到差值<，根据差值<来求得该系数的熵估计值；步骤七、重复步骤一和步骤二，将一个编码段内所有小波系数的熵估计值I(c, i, j)求出；步骤八、求取段的预测熵值后，将所有编码段的Hs相加，得到所有段的熵估计值H；步骤九、计算各个编码段的熵在所有编码段中所占的比例，然后根据此比例为各个编码段分配相应的码率Rs;步骤十、根据码率分配关系，求出最终编码段s中的分配的目标字节数；步骤十一、对初始值为I的编码段s进行熵编码，并对位平面编码器输出的压缩码流计数，如果Cs ( Ps,编码继续；否则，终止对该编码段的编码，组织该编码段的码流，并将编码码流输出；步骤十二、如果完成对所有编码段的编码，则对图像的压缩编码结束，否则s加1，返回步骤十一。在上述技术 方案中，步骤二具体包括:图像经过小波变换后，在小波变换域中，使用预测方法估计熵值；设某个编码段s内的小波系数用4表示，其中i，j G s ;对小波系数C〖进行预测，设系数编码的预测值为9预测算法根据小波系数-临域的信息来估计其预测值与，估计小波系数的预测值计算公式为: Csjj；位于首行首列Csjj^； 位—r首行 C、； 位于首列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间TDICCD相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统，其特征在于，包括：图像小波变换、位平面编码、熵编码、码流组织；其中，图像小波变换前设有帧构造单元、图像块信息估计和一次码率分配；位平面编码中设有码段熵估计、二次码率分配和位平面深度控制器；图像为CCD图像，是以行为单位，通过帧构造单元建立以M×N大小图像为帧单元进行压缩；该控制系统：可对于每帧图像将其分为K块，每块大小为M×Q，Q=N/K；CCD图像经帧构造单元后的图像块分两路输出，一路进入图像块信息估计模块估计出每个图像块的信息量，送入一次码率分配单元进行码率分配；另一路进入小波变换模块后量化的码段又分两路输出，一路进行位平面编码，另一路通过熵估计模块估计出每个码段的熵，送入二次码率分配模块，二次码率分配模块根据每个图像块的码率分配每个码段的码率，并通过位平面深度控制器反馈给位平面编码器；进行码段位平面编码后，进行熵编码，对位平面编码器输出的压缩码流计数，最后，将码流进行组织，输出最终的码流。

【技术特征摘要】
1.一种空间TDIC⑶相机应用的CCSDS图像压缩码率控制系统，其特征在于，包括:图像小波变换、位平面编码、熵编码、码流组织； 其中，图像小波变换前设有帧构造单元、图像块信息估计和一次码率分配；位平面编码中设有码段熵估计、二次码率分配和位平面深度控制器；图像为CCD图像，是以行为单位，通过巾贞构造单元建立以MXN大小图像为巾贞单元进行压缩； 该控制系统: 可对于每帧图像将其分为K块，每块大小为MX Q，Q=N/K ； CCD图像经帧构造单元后的图像块分两路输出，一路进入图像块信息估计模块估计出每个图像块的信息量，送入一次码率分配单元进行码率分配；另一路进入小波变换模块后量化的码段又分两路输出，一路进行位平面编码，另一路通过熵估计模块估计出每个码段的熵，送入二次码率分配模块，二次码率分配模块根据每个图像块的码率分配每个码段的码率，并通过位平面深度控制器反馈给位平面编码器； 进行码段位平面编码后，进行熵编码，对位平面编码器输出的压缩码流计数，最后，将码流进行组织，输出最终的码流。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的图像帧构造单元可以:构造一帧图像，以此一帧大小图像进行压缩；将一帧均等分成若干块，对每一块根据图像信息进行码率分配；将每一块依次输入到小波变换模块和图像信息量估计模块。3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的图像信息估 计模块可以利用SED边缘检测算法对图像块信息进行估计，并将估计出的每个图像块信息量输出给一次码率分配模块。4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的一次码率分配模块将输入的每个图像块信息量进行累加得到整帧图像的估计信息量和每个图像块预分配的权重，输出每个图像块的编码字节数给二次码率分配模块。5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的码段熵估计模块可以利用领域预测算法对量化后的码段进行估计，并将估计出的每个码段熵输出给码率分配模块。6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的二次码率分配模块可以将输入的每个码段的熵进行累加得到整个所有段的估计熵和每个码段的预分配权重，根据一次码率分配模块的每个图像块的码率，输出每个图像块中每个码段码率给位平面深度控制器模块。7.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述的位平面编码控制器模块可以将位平面和熵编码器输出的每个码段字节数进行累加，并与二次码率分配模块输入的码...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进，金龙旭，李国宁，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：