遙感圖像編碼算法及其硬件實現(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，因此它被廣泛應用于測繪、情報偵察、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測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現(xiàn)技術(shù)具有重要的理論意義和應用價值。
　　 論文對標準JPEG2000和SPIHT的核心算法等

2、進行了深入分析研究，通過優(yōu)化其算法結(jié)構(gòu)、改進編碼流程等途徑，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，計算量和存儲量少，以及適合于星載環(huán)境應用的優(yōu)點。在以上新算法結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用FPGA設(shè)計和實現(xiàn)了高性能的遙感圖像壓縮編碼器硬件系統(tǒng)，并在我國的探月衛(wèi)星上得到了應用。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現(xiàn)的JPEG2000碼

3、率控制算法及其相應的硬件結(jié)構(gòu)。它首先對小波變換和量化后編碼碼塊的有效比特平面進行獨立的熵估計，并計算出所有編碼碼塊的估計熵總和，并依據(jù)估計熵總和指導碼率預分配。該算法不僅可以有效減少圖像編碼器的運算量和存儲量，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)簡單的優(yōu)點。
　　 2)基于碼率預分配算法，提出了一種新的感興趣區(qū)域(ROI)編碼算法。算法首先對ROI進行T1編碼，實現(xiàn)ROI的有損到無損編碼。然后使用基于熵估計的碼率預分配

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，達到有效簡化編碼過程的目的。
　　 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處理來消除光譜序列圖像幀間的相關(guān)性，對預測殘差圖像的高頻區(qū)域采用基于碼率預分配的ROI編碼方法。該算法能有效提高恢復光譜的分辨率，提高編碼效率，更好地保護光譜信息。
　　 4)提出了一種JPEG2000標準碼率控制算法的VLSI結(jié)構(gòu)。通過改進率失

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，其硬件復雜度得到了降低，并能很好地實現(xiàn)碼流分層輸出和ROI編碼。
　　 5)提出了一種改進的小波變換算法結(jié)構(gòu)和一種改進的SPIHT比特平面編碼算法，并設(shè)計和實現(xiàn)了一個由FPGA構(gòu)成的圖像編碼器硬件系統(tǒng)。改進后的小波變換算法結(jié)構(gòu)運算處理速度得到明顯提升，并節(jié)省了外部存儲器。改進的SPIHT編碼算法在小波域進行分片壓縮編碼，增