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遥感图像压缩编码器总体结构研究与实现

作　者: 邱云辉
导　师: 张犁
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 遥感图像压缩编码器并行硬件结构流水线
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 7次
引　用: 0次
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内容摘要

在当前图像应用领域中，遥感图像作为一种高可靠和大范围获取信息的方式在国民经济中起着日益重要的作用。但是随着图像传感器生产技术的进步，获取的图像信息量急剧增加，给处理系统带来一系列难题。因此研究和实现一种高性能遥感图像压缩编码器，是降低数据存储成本，缓解通信网络带宽压力，突破处理速度限制的现实需求。本文围绕这一需求在以下四个方面做了研究：首先，介绍了该遥感图像压缩编码器的结构和原理。在H.264/AVC压缩标准的基础上，其结构采用最优KLT变换和CAVLC完成码流估计，从而具有更好的压缩编码性能，但是硬件实现复杂度高于现有的压缩编码器。其次，通过权衡系统的设计约束，本文确定了采用三级流水线结构实现遥感图像压缩编码器。其中，第一级流水线存储和分配遥感图像；第二级流水线通过并行结构实现I4、I8和I16模式的方向预测及率失真比较；第三级流水线采用内嵌两级流水线的方式实现熵编码器。为了优化结构和增大数据吞吐率，在第二级流水线中，I4、I8模式采用九级流水线实现，I16模式采用串行方式实现。再次，实现了三级流水线结构中的方向预测电路、参考像素缓存和交换电路。通过层次存储结构，快速完成不同块的参考像素存储和交换，避免了数据冲突；采用冗余微码控制的可复用方向预测电路，实现了I4和I8模式的全部方向预测，实验表明，与全并行方向预测电路相比，在满足性能一致性的条件下其资源消耗大幅降低。最后，本文设计和介绍了高性能遥感图像压缩编码器实时处理系统。在系统中，压缩编码器电路通过USB和上位机的人机交互界面进行通信。为了有效评价压缩编码性能，使用42幅具有不同特征的遥感图像进行测试，统计结果显示本系统处理后解码的图像PSNR比JPEG2000平均提高0.5dB以上。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 研究意义与背景  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 研究内容及章节安排  10-11
第二章遥感图像压缩编码器原理  11-17
  2.1 遥感图像压缩编码器结构  11-12
  2.2 帧内图像的方向预测  12-14
  2.3 KLT 变换、量化和率失真比较  14-15
  2.4 熵编码器  15-16
  2.5 本章小结  16-17
第三章遥感图像压缩编码器硬件结构研究与设计  17-31
  3.1 遥感图像压缩编码器的实现方法分析  17-18
  3.2 遥感图像压缩编码器的总体结构设计  18-25
    3.2.1 结构设计的两个基本原则  18-19
    3.2.2 流水线和并行处理  19-23
    3.2.3 遥感图像压缩编码器的总体结构  23-25
  3.3 三种亮度块的方向预测及率失真比较电路结构设计  25-30
    3.3.1 I4/I8 亮度块的方向预测及率失真比较电路结构  25-28
    3.3.2 I16 亮度块的方向预测及率失真比较电路结构  28-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章关键模块的电路结构设计与实现  31-45
  4.1 层次化的参考像素缓存和交换电路  31-35
    4.1.1 I4 模式下的三级参考像素缓存和交换电路  32-34
    4.1.2 I8 模式下的三级参考像素缓存和交换电路  34-35
  4.2 帧内图像的方向预测电路设计与实现  35-44
    4.2.1 I4/I8 模式下的冗余微码控制方向预测电路  35-42
    4.2.2 I16 模式下的方向预测电路  42-44
  4.3 本章小结  44-45
第五章遥感图像压缩编码器系统平台的实现和测试  45-59
  5.1 系统平台的结构  45
  5.2 硬件平台的实现  45-47
  5.3 软件平台的实现  47-48
  5.4 遥感图像在系统平台上的测试和分析  48-57
  5.5 本章小结  57-59
第六章总结与展望  59-61
  6.1 本论文研究内容总结  59
  6.2 存在的问题和进一步的工作  59-61
致谢  61-63
参考文献  63-65
附录A  65-67
附录B  67-69
附录C  69-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71-72

遥感图像压缩编码器总体结构研究与实现

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