遙感圖像編碼算法及其硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星遙感成像系統(tǒng)可以獲取到豐富的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等有用信息，因此它被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、情報(bào)偵察、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)和探月工程等諸多領(lǐng)域。隨著衛(wèi)星遙感成像技術(shù)的發(fā)展，遙感圖像的分辨率不斷提高，衛(wèi)星上需要下傳的數(shù)據(jù)量不斷增加，而衛(wèi)星下行信道帶寬是有限的，這就需要在衛(wèi)星上完成高效的圖像壓縮編碼任務(wù)。所以，研究高效衛(wèi)星遙感圖像編碼算法及其硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 論文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000和SPIHT的核心算法等

2、進(jìn)行了深入分析研究，通過(guò)優(yōu)化其算法結(jié)構(gòu)、改進(jìn)編碼流程等途徑，提出了新的小波變換結(jié)構(gòu)、JPEG2000碼率控制算法結(jié)構(gòu)和感興趣區(qū)域(ROI)編碼算法等，這些算法和硬件結(jié)構(gòu)具有處理能力高，計(jì)算量和存儲(chǔ)量少，以及適合于星載環(huán)境應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。在以上新算法結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用FPGA設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了高性能的遙感圖像壓縮編碼器硬件系統(tǒng)，并在我國(guó)的探月衛(wèi)星上得到了應(yīng)用。本文的主要研究成果可概括如下：
　　 1)提出了一種適合硬件實(shí)現(xiàn)的JPEG2000碼

3、率控制算法及其相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)。它首先對(duì)小波變換和量化后編碼碼塊的有效比特平面進(jìn)行獨(dú)立的熵估計(jì)，并計(jì)算出所有編碼碼塊的估計(jì)熵總和，并依據(jù)估計(jì)熵總和指導(dǎo)碼率預(yù)分配。該算法不僅可以有效減少圖像編碼器的運(yùn)算量和存儲(chǔ)量，提高編碼效率，而且具有圖像重建質(zhì)量高和硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
　　 2)基于碼率預(yù)分配算法，提出了一種新的感興趣區(qū)域(ROI)編碼算法。算法首先對(duì)ROI進(jìn)行T1編碼，實(shí)現(xiàn)ROI的有損到無(wú)損編碼。然后使用基于熵估計(jì)的碼率預(yù)分配

4、方法，確定背景區(qū)域(BG)所屬碼塊的碼率，據(jù)此控制BG碼塊的T1編碼深度，達(dá)到有效簡(jiǎn)化編碼過(guò)程的目的。
　　 3)提出了一種新的高效干涉多光譜圖像壓縮算法。該算法利用小波域匹配預(yù)處理來(lái)消除光譜序列圖像幀間的相關(guān)性，對(duì)預(yù)測(cè)殘差圖像的高頻區(qū)域采用基于碼率預(yù)分配的ROI編碼方法。該算法能有效提高恢復(fù)光譜的分辨率，提高編碼效率，更好地保護(hù)光譜信息。
　　 4)提出了一種JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)碼率控制算法的VLSI結(jié)構(gòu)。通過(guò)改進(jìn)率失

5、真斜率的估算方法、優(yōu)化碼流截取流程等技術(shù)途徑，使得碼率截取組織部分即T2編碼器的數(shù)據(jù)處理速率得到了有效提升，其硬件復(fù)雜度得到了降低，并能很好地實(shí)現(xiàn)碼流分層輸出和ROI編碼。
　　 5)提出了一種改進(jìn)的小波變換算法結(jié)構(gòu)和一種改進(jìn)的SPIHT比特平面編碼算法，并設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)由FPGA構(gòu)成的圖像編碼器硬件系統(tǒng)。改進(jìn)后的小波變換算法結(jié)構(gòu)運(yùn)算處理速度得到明顯提升，并節(jié)省了外部存儲(chǔ)器。改進(jìn)的SPIHT編碼算法在小波域進(jìn)行分片壓縮編碼，增