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基于LOCO-I算法的高速星载图像无损压缩FPGA实现研究

作　者: 陈军
导　师: 顾晓东
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 计算机应用技术
关键词: 图像无损压缩 LOcO I算法 FPGA
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着星载成像类载荷的数量和精度的提高，在有效观测时间段内卫星获取的图像数据量越来越大。受地面接收站地理分布限制，卫星多采用先存储后下行的机制，，即先将采集到的数据放到星上存储器中，之后在过站时向地面传送。由于受体积，重量，功耗等方面限制，卫星数据存储和传输能力有限，海量的图像数据给卫星数据管理造成极大的压力，进行星载图像压缩是解决该问题必然选择。常用的有损图像压缩算法能以微小的信息损失为代价，从而获得较高的压缩比，但其算法复杂度与无损压缩相比较高。而获取航天器断获取的图像是非常珍贵的，有时候进行无损压缩又是必须的。星载图像压缩的硬件平台主要有AsIc、FPGA和DsP三种，其中基于FPGA的实现方式以其可靠性高、功耗低、速度快、算法适应性好、开发成本中等而成为小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择。L0c0．I算法的全称为图像的低复杂度无损压缩算法，该算法使建模和编码两部分达到了最优结合，从而在较低复杂度上实现了较高的压缩比，其优异的性能满足星载图像无损压缩对硬件复杂度和实时性的要求。本文在对L0c0．I算法进行深入研宄的基础上，充分利用了流水和并行技术，给出了基于该算法的高速星载图像无损压缩核的设计和实现，该方案实现了低延时和全流水，且消耗的资源较少。验证系统实验结果表明压缩核在50Mhz频率下数据处理速度即可达到400Mbps，满足星载图像无损压缩的实际要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
图索引  10-12
表索引  12-13
第1章引言  13-19
  1.1 课题的背景及意义  13-14
  1.2 课题发展历史、研究现状  14-17
    1.2.1 采角预测编码的星载无损图像压缩方案  14-15
    1.2.2 基于离散余弦变换的星载图像压缩方案  15-16
    1.2.3 基于小波变换的星载图像压缩方案  16-17
  1.3 本文重要内容和结构  17-18
    1.3.1 本文重要内容  17-18
    1.3.2 本文章节安排  18
  1.4 本章小结  18-19
第2章图像压缩理论及星载图像压缩技术  19-33
  2.1 数据压缩原理  19-25
    2.1.1 信息量与嫡  19-20
    2.1.2 信宿获得的信息量  20-22
    2.1.3 信源产生冗余的原因  22-25
    2.1.4 数据压缩分类  25
  2.2 图像压缩技术  25-29
    2.2.1 图像的冗余静类  26
    2.2.2 图像压缩的一般方法  26-28
    2.2.3 图像压缩系统洼能指标  28-29
  2.3 星载图像压缩技术  29-32
    2.3.1 星载图像压缩的特点  30
    2.3.2 载图像压缩平台  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 LOCO-1无损图像压缩算法研究  33-48
  3.1 LOCO-1无损图像压缩算法简介  33-36
  3.2 LOCO-1无损图像压缩算法原理  36-40
    3.2.1 几何分布及其最优码  36-37
    3.2.2 双边几何分布  37-39
    3.2.3 自适应预测偏差约正  39-40
  3.3 LOCO-1无损图像压缩算法具体实现  40-47
    3.3.1 编码模式选择  40-41
    3.3.2 常规编码模式  41-45
    3.3.3 游程编码模式  45-47
    3.3.4 LOCO-1算法复杂度分析  47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 LOCO-1算法FPGA实现设计  48-69
  4.1 FPGA可编程技术  48-55
    4.1.1 FPGA P为部结构  48-49
    4.1.2 FPGA 设计原侧思想s技巧  49-52
    4.1.3 典型的FPGA发流程  52-55
  4.2 LOCO-1的FPGA架构设计  55-58
    4.2.1 LOCO-1硬俘实现分析  55-56
    4.2.2 FPGA实现的系统架构  56-58
    4.2.3 流水线设计重点  58
  4.3 LOCO-1的FPGA底层模块设计  58-67
    4.3.1上下文像素产生及模式翔决  60-62
    4.3.2 常规模式流水  62-65
    4.3.3 游程模式流水  65-66
    4.3.4 限长Golomb-Rice编码及码流组织  66-67
  4.4 本章小结  67-69
第5章 LOCO-1图像无损压缩核的综合仿真与硬件验证  69-84
  5.1 开发环境及验证流程  69-71
    5.1.1 FPGA目标器件选择  69
    5.1.2 开发环境介绍  69-70
    5.1.3 验证方法  70-71
  5.2 综合与仿真结果  71-74
    5.2.1 综合结果分析  71-73
    5.2.2 防真结果  73-74
  5.3 硬件验证方案设计及实现  74-83
    5.3.1 FPGA发板简介  75
    5.3.2 硬件验证方图像设计  75-79
    5.3.3 压缩结果对比  79-83
  5.4 本章小结  83-84
第6章结论  84-87
  6.1 本文的总结  84-86
  6.2 未来工作展望  86-87
参考文献  87-91
硕士期间工作成果  91-92
致谢  92-93

基于LOCO-I算法的高速星载图像无损压缩FPGA实现研究

内容摘要

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