专利名称：一种低比特率星载图像压缩处理系统及方法
技术领域：
本发明涉及图像压縮领域，特别是涉及一种适于空间应用的、符合CCSDS标准的 低比特率星载图像压縮系统及方法。
背景技术：
近年来，随着我国航天技术的迅猛发展，星上传感和探测设备无论在数量还是精 度上都比以前大大增加，在有效观测时间段内卫星获取的图像数据量越来越大，这些"海 量"图像数据给存储和传输带来了极大的压力。由于星上存储器的容量受制于体积、重量、 功耗等方面的限制不可能无限增大，同时星_地下行链路的传输能力受制于传输带宽和地 面站有限的可视时间限制，于是在轨图像压縮就成为星上数据处理的一个必备环节。而开 发高性能的星载低比特率图像压縮系统就成为解决空间数据存储和传输问题的必然选择。
星载相机往往采用推扫方式采集图像，像素的比特深度一般为8 16bits，数据 率大，这就要求星载图像压縮系统实时处理能力强，同时要求系统须满足体积小、重量轻、 功耗低等要求，另外空间数传信道的恶劣性要求压縮算法的抗误码性能高。基于小波变换 的SPIHT算法需附加使用的3个集合链表使得存储需求大；无链表的SPIHT算法降低了存 储需求，同时也降低了压縮性能；而通用的JPEG2000因其算法过于复杂(每个像素点运算 次数超过300次)而难以适用于空间领域。通用的算法在实现小波变换时一般是与整帧图 像数据做巻积，计算复杂且需要大量的存储空间，无法满足空间图像压縮的需求。针对该问 题，F. W. Wheeler和W. A. Pearlman提出分块独立进行的SPIHT算法。空间数据系统咨询委 员会(The Consultative Committee forSpace Data Systems, CCSDS)曾先后提出的FIY 小波变换和条带式JPEG2000压縮算法，为基于固定行图像数据的变换编码。JPL的ICER算 法也是分段独立变换和编码的。分块变换编码适合推扫成像的空间图象处理，可以减少对 存储容量的要求、有助于实现最佳area-time-power的硬件系统，并且能够限制误码扩散。 然而各块独立进行小波变换(块边界之外的数据由块内数据周期延拓或镜像延拓得到)带 来的"块效应"会极大地降低重构图像的主、客观质量，该情况在低比特率压縮时尤为严重。
发明内容
本发明目的在于，提供一种低比特率星载图像压縮处理系统及方法，以解决空间 应用中图像的高倍压縮问题，开发一种适于空间应用的、符合CCSDS 122.0-B-l标准的、具 有最佳area-time-power的FPGA图像压縮芯片以解决空间数据存储和传输的瓶颈问题。
为了达到上述目的，本发明提出了一种低比特率星载图像压縮处理系统及方法。 该系统及方法将原始图像划分为32*32 (或者64*64、 128*128)的小块图像进行压縮，(具 体分块大小由具体应用需求而定)对直流系数进行无损编码、交流系数采用结合熵编码的 比特平面编码技术，在压縮性能和编码复杂度之间取得了折中，适合空间应用。
本发明提供的一种低比特率星载图像压縮处理系统，包括 —控制模块，用于协调图像分块、小波变换、扫描编码以及码流拼接模块的运作；
4
—小波变换模块，用于将输入的图像数据进行频带分解，做去相关的处理，得到该 图像数据的小波分解系数，并将该小波分解系数送入CCSDS扫描编码模块。
— CCSDS扫描编码模块，用于对小波分解系数进行扫描和编码，并将编码送入码 流拼接模块。及 —码流拼接模块，用于将输入的编码拼接成以字为单位的码流。其中，所述控制模块先将图像数据分成32 * 32(或者64 * 64、 128 * 128)的小
块图像，然后将该小块图像送入小波变换模块进行小波变换。小波变换模块和扫描编码模
块、码流拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水；扫描编码模块是各比特平面间进行流水。 其中，所述控制模块首先通过判断同步头和图像的长宽、压縮倍数的帧头信息，计 算块首(块左上角像素)的行列编号；然后通过设置块内像素的行号和列号，判断图像读取 的进度；最后通过块内行列编号、图像首地址、ram编号，连续输出1024(或者4096、 16384) 个数据，完成对图像数据的分块过程。该系统的核心设计是针对小块图像进行运算，采用解 码的重同步机制可以防止空间数据传输中的误码扩散，功耗低(《lwatt/Msamples/sec); 另外，大量采用的并行运算和流水结构提高了系统的处理速度(频率为100MHz时的数据处 理速度为20Mpixels/s)。 其中，所述小波变换模块采用折叠结构，利用两个一维小波变换核依次对输入的 数据进行行、列变换，最终得到二维小波分解系数。其特点是重用了一维小波变换核，节省 了片上逻辑资源，通过采用两块缓存，减轻了寻址的复杂度。此架构与同时进行行、列变换 架构相比速度较慢，但小波变换的处理速度并非整个压縮系统的瓶颈，牺牲速度节省逻辑 资源占用是一种合理的做法。同时，采用两个双端口 RAM，缓存MemoryA和缓存MemoryB使 用了免费IP core，无需外部RAM，不仅优化了设计，提高了运行速度，还縮短了开发时间。
其中，所述CCSDS扫描编码模块内直流系数编码和交流系数编码并行处理。
其中，所述CCSDS扫描编码模块包括块扫描模块和熵编码模块。
所述块扫描模块内部的扫描顺序按先孙子系数、后儿子系数、最后父亲系数，一次 扫描得到16个"家族树"的交流系数深度；并行计算16个家族树的转义字；其中，对大于1 比特的转义字另开辟存储空间缓存； 所述熵编码模块计算编码选项时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族
树的转义字副本的读取，第二部分完成对8 15家族树的转义字副本的读取。 其中，所述块扫描模块对16个家族树并行扫描；所述熵编码模块在编码的过程
中，遍历所有编码选项的码字长度挑选码长最小的选项为最优编码选项，然后根据选项查
表编码。 其中，所述小波变换模块和块扫描模块复用Dwt—ram中的数据；所述扫描编码模 块产生的直流系数码流和交流系数编码码流通过二选一选择器进入码流拼接模块；经由内 部缓存FIF01传来的原始图像帧头信息和码流拼接模块得到的码流通过二选一选择器进 入内部缓存FIF02输出；其中，所述二选一选择器由控制模块控制。 其中，所述码流拼接模块在码字拼接并输出的环节添加位计数器，如果计数器满 足了压縮比，则立刻停止编码。这样可以省去不必要的工作，降低功耗。
本发明提供的一种低比特率星载图像压縮处理方法，包括以下步骤
5
(1)控制模块按原图像的次序顺序地将图像数据送入小波变换模块； (2)小波变换模块对输入的图像数据进行频带分解，做去相关的处理，得到该图像
数据的小波分解系数，并将该小波分解系数送入CCSDS扫描编码模块； (3) CCSDS扫描编码模块对小波分解系数进行扫描和编码，并将编码送入码流拼接
模块； (4)码流拼接模块将输入的编码拼接成以字为单位的码流； 其中，所述控制模块先将图像数据分成32 * 32(或者64 * 64、 128 * 128)的小 块图像，然后将该小块图像送入小波变换模块进行小波变换。小波变换模块和扫描编码模 块、码流拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水；扫描编码模块是各比特平面间进行 流水。 其中，所述步骤(1)进一步包括控制模块首先通过判断同步头和图像的长宽、压 縮倍数的帧头信息，计算块首(块左上角像素)的行列编号；然后设置设置块内像素的行号 和列号，用于判断图像读取的进度；最后通过块行列编号、图像首地址、ram编号，连续输出 1024 (或者4096、 16384)个数据到小波变换模块的步骤。 其中，所述步骤(2)进一步包括小波变换模块采用折叠结构，利用两个一维小波
变换核依次对输入的数据进行行、列变换，最终得到二维小波分解系数的步骤。 其中，所述步骤(3)进一步包括CCSDS扫描编码模块内直流系数编码和交流系数
编码并行处理的步骤。 其中，所述步骤(3)进一步包括 对小波分解系数的扫描顺序按先孙子系数、后儿子系数、最后父亲系数，一次扫描 得到16个"家族树"的交流系数深度；并行计算16个家族树的转义字；其中，对大于1比特 的转义字另开辟存储空间缓存；计算编码选项时分两部分并行处理，第一部分完成对O 7 家族树的转义字副本的读取，第二部分完成对8 15家族树的转义字副本的读取的步骤。
其中，所述步骤(3)进一步包括对小波分解系数的16个家族树并行扫描；在编 码的过程中，遍历所有编码选项的码字长度挑选码长最小的选项为最优编码选项，然后根 据选项查表编码的步骤。 其中，所述步骤(2)和(3)进一步包括小波变换模块和块扫描模块复用Dwt—ram 中的数据；CCSDS扫描编码模块产生的直流系数码流和交流系数编码码流通过二选一选择 器进入码流拼接模块；经由内部缓存FIF01传来的原始图像帧头信息和码流拼接模块得到 的码流通过二选一选择器进入内部缓存FIF02输出的步骤；其中，所述二选一选择器由控 制模块控制。 其中，所述步骤(4)进一步包括码流拼接模块在码字拼接并输出的环节添加位 计数器，如果计数器满足了压縮比，则立刻停止编码的步骤。
本发明的优点在于 1 、本发明提供的图像压縮处理系统及方法压縮效果介于JPEG2000和EZW之间，在 低比特率压縮(压縮比8 : 1和16 : 1)时效果与JPEG2000相当。 2、本发明提供的图像压縮处理系统及方法的核心设计是针对小块图像进行运 算，采用解码的重同步机制可以防止空间数据传输中的误码扩散，功耗低(《lwatt/ Msamples/sec)。
6
3、本发明提供的图像压縮处理系统及方法大量采用的并行运算和流水结构提高 了芯片的处理速度(频率为100MHz时的数据处理速度为20Mpixels/s)，能满足星载图像高 倍压縮的需求。 4、本发明提供的图像压縮处理系统及方法经过测试和验证，系统性能可以满足航 天应用要求。算法支持基于帧(Frame)的输入图像格式(CCD相机产生的图像)和基于条 带(Strip)的输入图像格式(推扫类型的传感器产生的图像)，能进行渐进图像压縮，适合 于近地观测和深层空间探测任务。
图1是本发明实施例图像压縮处理系统及方法CCSDS压縮算法框架； 图2是本发明实施例图像压縮处理系统及方法中算法总体架构图； 图3是本发明实施例图像压縮处理系统及方法中分块方法框图； 图4是本发明实施例图像压縮处理系统中二维小波变换架构； 图5是本发明实施例图像压縮处理系统中二维DWT硬件结构图； 图6是本发明实施例图像压縮处理系统及方法中小波变换系数位置分布图； 图7是本发明实施例图像压縮处理系统及方法中一个比特平面内段编码顺序； 图8是本发明实施例图像压縮处理系统中扫表和编码模块结构图； 图9是本发明实施例图像压縮处理系统中码流拼接模块结构框图。
具体实施例方式
本发明基于CCSDS122.0-B-1推荐的图像压縮算法，并根据空间应用的特点创 新性的增加了图像分块模式，输入的图像数据经控制模块分成若干32*32(或者64*64、 128*128)的小块图像；分块后的图像数据进入小波变换模块、扫描编码模块和码流拼接模 块得到压縮码流。其中小波模块用来对输入图像进行频带分解以达到去相关的目的，比特 平面编码模块对变换后的小波系数进行扫描和编码。小波变换模块和扫描编码模块、码流 拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水；扫描编码模块是各比特平面间进行流水。扫 描编码模块内直流系数编码和交流系数编码并行处理。块扫描模块内部的扫描顺序按先孙 子系数、后儿子系数、最后父亲系数，确保一次扫描能得到16个"家族树"的交流系数深度； 并行计算16个家族树的转义字。由于单比特的转义字不编码，为减少读取次数加速计算， 本发明对大于一比特的转义字另开辟存储空间缓存，称之为副本。熵编码模块计算编码选 项时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族树的转义字副本的读取，第二部分完成 对8 15家族树的转义字副本的读取。本发明所实现的星载图像压縮芯片压縮效果介于 JPEG2000和EZW之间，在低比特率压縮(压縮比8 : 1和16 : 1)时效果与JPEG2000相 当。由于芯片的核心设计是针对小块图像进行运算，采用解码的重同步机制可以防止空间 数据传输中的误码扩散，功耗低(《lwatt/Msamples/sec);另外，大量采用的并行运算和 流水结构提高了芯片的处理速度(频率为lOOMHz时的数据处理速度为20Mpixels/s)，能满 足星载图像高倍压縮的需求。经过测试和验证，系统性能可以满足航天应用要求。算法支 持基于帧(Frame)的输入图像格式(CCD相机产生的图像)和基于条带(Strip)的输入图 像格式(推扫类型的传感器产生的图像)，能进行渐进图像压縮，适合于近地观测和深层空
7间探测任务。 CCSDS122. 0_b_l是2005年发布的为航天应用制定的的图像压縮标准，其低比特 率压縮效果好于JPEG2000，码率连续可调。算法采用了 一种广泛应用的变换编码模型， CCSDS压縮算法框架如图1所示，其中小波模块用来对输入图像进行频带分解以达到去相 关的目的，比特平面编码模块对变换后的小波系数进行扫描和编码。
压縮算法总体架构 压縮算法总体架构图如图2所示，依算法特点，将数据输入缓存，小波变换，比特 平面编码(包括块内扫描，交流系数熵编码，码字拼接)及输出缓存依次连接形成四级流 水，小波变换模块和扫描编码模块、码流拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水，扫描 编码模块是各比特平面间进行流水，流水模块间的协调由接口控制模块来完成。由于直流 系数编码和交流系数编码完全独立，块扫描模块(BlockScan)内部的扫描顺序按先孙子系 数、后儿子系数、最后父亲系数，确保一次扫描能得到16个"家族树"的交流系数深度；并 行计算16个家族树的转义字。由于单比特的转义字不编码，为减少读取次数加速计算，本 发明对大于一比特的转义字另开辟存储空间缓存，称之为副本。熵编码模块计算编码选项 时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族树的转义字副本的读取，第二部分完成对 8 15家族树的转义字副本的读取。 利用轮询的缓存结构可以实现将图像数据连续送入缓存，小波变换在处理当前图 像块的同时，缓存同时接收下一块的图像。每个缓存区各自至少可以存储一个图像块，当其 中一个正在进行小波变换时，输入下一块图像到另一个缓存，都完成后，依次缓存任务功能 继续工作。如此减少数据缓冲时间，保证了图像数据的连续处理。
8bit灰度图像输入及分块方法 分块方法框图如图3所示。取512*512大小8bit灰度图象为实验对象，外加同步 头及图像宽，高，压縮倍数，有效数据数目等头信息之后，送入FIF01 ， FIF01 —旦为非空，其 FIF01的空信号将置低，输入输出和缓存控制(10 and Ram ctrl)模块一旦接收到此信号， 首先判断是否具有空的外部缓存(External Ram)，如果没有，将放弃操作，如果有，将开始 从FIF01中读取数据，并同时判断同步头，如果同步头读取不成功，则丢弃数据，继续判读 同步头，如果同步头读取成功，则由fifo2—sel信号选通FIF02并将同步头及图像的头信息 送入，然后，将接下来的图像数据送入外部缓存中，外部缓存为2片以上(包括2片)具有 可以存储一幅图像容量的静态ram。与此同时，输入输出和缓存控制模块时刻检测外部缓存 是否有存满一幅图像的标志， 一旦检测到，则发送sencLready信号，通知BPE_Ctrl模块已 准备好发送，并等待BPE_Ctrl模块的sencLstart信号， 一旦接收到此信号，则将此图像分 块输出。分块大小为32 * 32(或者64 * 64、 128 * 128)，因为分块大小是固定的，所以可 以计算出块首地址，再依次先行后列遍历块中各像素，实现无间隙的连续输出1024(或者 4096U6384)个像素。输出像素的同时，置高Datajn—en，使得小波变换模块接收输入的数 据。 小波变换架构 小波变换是压縮算法的一个重要组成部分，本发明采用了一种资源占用较少的折 叠结构(如图4所示)来实现小波变换。此架构利用一维小波变换核，依次进行行、列变 换得到二维小波分解系数，其特点是重用了一维小波变换核，节省了片上逻辑资源，通过采用两块缓存，减轻了寻址的复杂度。此架构与同时进行行、列变换架构相比速度较慢，但小 波变换的处理速度并非整个压縮系统的瓶颈，牺牲速度节省逻辑资源占用是一种合理的做 法。 9/7整数小波变换是对9/7离散小波的非线性逼近，去相关过程中的取整操作给 算法带来了非线性，这种非线性变换严格来说并不是真正的离散小波变换，然而却存在严 格的逆变换来实现无损压縮。算法采用对称延拓的方式处理边界，其公式如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 9</formula>
数Cj。
输入图像数据Xi，根据(1)公式计算高通系数Dj，然后再根据公式(2)计算低通系 由小波提升算法公式可以看出，主要是加减运算以及除法运算，而除法主要是除以2 的幂，在硬件中可以通过简单右移操作实现快速运算，其实现语句如下
历< =Xdj-SHIFT_RIGHT(Xb+Xc+1， 1)_SHIFT_RIGHT(Xb+Xc-Xa—Xd，4);
Cj <= Xcj+SHIFT_RIGHT(Da+Db_2，2); 二维DWT的硬件电路结构，如图5所示。硬件结构图中主要含有两个一维小波变 换过程，行变换Prow和列变换Pcol ;两个双端口 RAM,缓存MemoryA和缓存MemoryB使用了 免费IP core，无需外部RAM，不仅优化了设计，提高了运行速度，还縮短了开发时间；控制 单元Ctrl Unit控制整个小波变换的过程地址信号的产生，小波变换的级数等。Datain_ PI和Datain_P2是图像原始数据，最初存入MemoryA中，IN2n和IN2n+l为分裂后的两个子 集数据，经行变换后存储在MemoryB中，Adr_MB_Pl和Adr_MB_P2为MemoryB的地址信号， 行变换后的小波系数再经列变换后存储在MemoryA中，Adr—MA—Pl和Adr_MA_P2为MemoryA 的地址信号，控制信号Sol—Prow、Eol—Prow、Sol—Pcol和Eol_Pcol用于控制边界处理，小波 变换最终结果存储在MemoryA中。
比特平面编码 比特平面编码是一种有效的渐进编码方法，有利于灵活的进行码率控制，实现累 进传输和随机截断。比特平面编码主要包含三个步骤扫描、转义字熵编码(以下简称熵编码)和码流拼接。扫描编码模块是各比特平面间进行流水。扫描编码模块内直流系数编码和交流系数编码并行处理。块扫描模块内部的扫描顺序按先孙子系数、后儿子系数、最后父亲系数，确保一次扫描能得到16个"家族树"的交流系数深度；并行计算16个家族树的转义字。由于单比特的转义字不编码，为减少读取次数加速计算，本发明对大于一比特的转义字另开辟存储空间缓存，称之为副本。熵编码模块计算编码选项时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族树的转义字副本的读取，第二部分完成对8 15家族树的转义字副本的读取。 根据CCSDS 122. 0_B_1的算法，对9/7小波变换得到的小波系数，按照分解后在各频带对应的位置，形成四叉树结构，小波变换系数位置分布图如图6所示。按此结构，LL3子带的每一个成员(直流系数)，对应一个家族树((父亲Pi，儿子Ci，孙子Hi。，Hu，Hi2，Hj，i=1，2，3)共63个交流系数，形成一个包含64个系数的方块，作为一个扫描单元。由于这64个系数对应原始图像一块连续的区域，子带内和子带间统计相关性较强，所以有利于通过扫描进一步去相关。 对每一块扫描之前，首先进行预处理，对不同频带的系数进行加权。计算交流系数深度(ACD印th)，然后对直流系数和交流系数深度进行量化，之后并行进行直流系数编码和交流系数深度编码。直流系数编码和交流系数深度编码按照CCSDS协议的方法进行Rice编码。 交流系数编码包含按比特平面进行扫描和熵编码两部分内容。按比特平面进行扫描时，先将每个扫描单元按照LL3中系数的排列顺序，先行后列，逐个进行扫描。其中，对每个块的扫描方法如CCSDS 122. 0-B-1所述，本发明将连续的16个扫描单元同时并行扫描，对于每一个比特平面，将扫描形成的转义字对应送入16块片内双口 RAM， 16个扫描单元形成一个段(segment)的内容，统一进行熵编码，各个比特平面的编码互不相关。编码时，首先读取16块ram中的扫描结果，通过查表遍历编码选项来计算最优选项，然后根据此选项进行编码，具体查表的方法见CCSDS122. 0-B-l。交流系数编码是按照比特平面从高到低逐层扫描，比特平面的最高层由交流系数深度决定，段内的一个比特平面内的熵编码顺序如图7所示。 各个比特平面之间的编码是互相独立的，但是扫描的过程中，下一层的扫描结果与上一层的扫描结果紧密相关，比特平面间可以形成流水结构。首先，扫描模块按比特平面进行扫描，扫描结果送入双口 RAM ;然后编码模块即可进行编码，同时扫描模块可进行下一个平面的扫描。为提高扫描速度，本发明对16个家族树并行扫描，扫表和编码模块结构图，如图8所示。在编码的过程中，遍历所有编码选项的码字长度挑选码长最小的选项为最优编码选项，然后根据选项查表编码。比特平面b的具体编码过程如下
stage 0 :编码直流系数的补码表达中第b个最重要的比特。
Stage 1 :编码父系数typesb[P] 、 signsb[P]。
Stage 2 :编码儿子系数
1) tranB， 2) tran。，在tranB ^ 0且t隨(B) # _1的情况下 3)typeSb[Cj和signSb(C》对每个i有t隨(D》半O，-l。
(i = 0，l，2)。
Stage 3 :编码孙子系数
t隨(Hij)
如果tranB = 0或者t隨(B) = -l，则无须进行stage3编码，否则:
1) tranG，
2) 加"H,.，
3) typeSb[Hij]禾P signsjHij];对每个i有t隨(G》^ 0， -1 ;对每个j有^ 0， -1
Stage 4 :编码类型值为2的AC的第b个比特值，对每一家族树而言，输出的比特
字符串由类型值tb(x) = 2的交流系数的第b个比特值按如下顺序组成 Pji = 0， 1，2)， Cji = 0， 1，2)， Hu(i = 0， 1，2 ;j = 0， 1，2，3); 注P = {p。， Pl， p2}——家族树中的父亲集合 B = {D。， D" D2}——家族树后代集合 Di = {Ci， —一家族树中第i家的后代系数 typesj V]—一比特平面b下系数集合V中每个系数x的第b个比特值构成的二进制字，以使tb(x) = Oorl。 signsb[v]-----比特平面b下系数集合V中每个系数x的符号比特构成的二进
制字，以使tb(x) = 1。 tword[A]——表示A = { A 。， A 1; A A J中类型值为0或1的入i序列组成的
二进制字。 码字拼接 本发明中输出码流以16位的字为单位进行传输，因此必须将编码输出的零散的变长码字拼接成以字为单位的码流。码流拼接模块结构如图9所示。将零散的码字首先截取有效位，与剩余码流拼接，如果形成新的单位码流则输出，并将新的剩余位右移；若不足以形成新的单位码流，则拼接后一同作为剩余位暂存。同时，为了对有损压縮的压縮比进行灵活控制，要求可以随时截断码流，就需要在码字拼接并输出的环节添加位计数， 一旦计数器满足了压縮比，将立刻停止编码工作。这样做可以省去不必要的工作，降低功耗。
权利要求
一种低比特率星载图像压缩处理系统，所述系统包括一控制模块，用于协调图像分块、小波变换、扫描编码以及码流拼接模块的运作；一小波变换模块，用于将输入的图像数据进行频带分解，做去相关的处理，得到该图像数据的小波分解系数，并将该小波分解系数送入CCSDS扫描编码模块；一CCSDS扫描编码模块，用于对小波分解系数进行扫描和编码，并将编码送入码流拼接模块；及一码流拼接模块，用于将输入的编码拼接成以字为单位的码流；其特征在于，所述控制模块先将图像数据分成32＊32或64＊64、128＊128的小块图像，然后将该小块图像送入小波变换模块。
2. 根据权利要求1所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述控制模块首先通过判 断同步头和图像的长宽、压縮倍数的帧头信息，计算块首的行列编号；然后通过设置块内像 素的行号和列号，判断图像读取的进度；最后通过块内行列编号、图像首地址、ram编号，对 应地，连续输出1024或4096、 16384个数据到小波变换模块，完成对图像数据的分块过程。
3. 根据权利要求1所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述小波变换模块采用折 叠结构，利用两个一维小波变换核依次对输入的数据进行行、列变换，最终得到二维小波分 解系数。
4. 根据权利要求1所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述CCSDS扫描编码模块内 直流系数编码和交流系数编码并行处理。
5. 根据权利要求1所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述CCSDS扫描编码模块包 括块扫描模块和熵编码模块；所述块扫描模块内部的扫描顺序按先孙子系数、后儿子系数、最后父亲系数，一次扫描 得到16个"家族树"的交流系数深度；并行计算16个家族树的转义字；其中，对大于1比特 的转义字另开辟存储空间缓存；所述熵编码模块计算编码选项时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族树的 转义字副本的读取，第二部分完成对8 15家族树的转义字副本的读取。
6. 根据权利要求5所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述块扫描模块对16个家 族树并行扫描；所述熵编码模块在编码的过程中，遍历所有编码选项的码字长度挑选码长 最小的选项为最优编码选项，然后根据选项查表编码。
7. 根据权利要求5所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述小波变换模块和块扫 描模块复用缓存Dwt_ram ;所述扫描编码模块产生的直流系数码流和交流系数编码码流通 过二选一选择器进入码流拼接模块；经由内部缓存FIFOl传来的原始图像帧头信息和码流 拼接模块得到的码流通过二选一选择器进入内部缓存FIF02输出；其中，所述二选一选择 器由控制模块控制。
8. 根据权利要求1所述的图像压縮处理系统，其特征在于，所述码流拼接模块在码字 拼接并输出的环节添加位计数器，如果计数器满足了压縮比，则立刻停止 编码。
9. 一种低比特率星载图像压縮处理方法，包括以下步骤(1) 控制模块按原图像的次序顺序地将图像数据送入小波变换模块；(2) 小波变换模块对输入的图像数据进行频带分解，做去相关的处理，得到该图像数据 的小波分解系数，并将该小波分解系数送入CCSDS扫描编码模块；(3) CCSDS扫描编码模块对小波分解系数进行扫描和编码，并将编码送入码流拼接模块；(4) 码流拼接模块将输入的编码拼接成以字为单位的码流；其特征在于，所述控制模块先将图像数据分成32 * 32或64 * 64、128 * 128的小块图像，然后将该小块图像送入小波变换模块进行小波变换。
10. 根据权利要求9所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(1)进一步包括控制模块首先通过判断同步头和图像的长宽、压縮倍数的帧头信息，计算块首的行列编号； 然后通过设置块内像素的行号和列号，判断图像读取的进度；最后通过块内行列编号、图像 首地址、ram编号，连续输出1024、4096或16384个数据到小波变换模块的步骤。
11. 根据权利要求9所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(2)进一步包括 小波变换模块采用折叠结构，利用两个一维小波变换核依次对输入的数据进行行、列变换， 最终得到二维小波分解系数的步骤。
12. 根据权利要求9所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括 CCSDS扫描编码模块内直流系数编码和交流系数编码并行处理的步骤。
13. 根据权利要求9所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括 对小波分解系数的扫描顺序按先孙子系数、后儿子系数、最后父亲系数，一次扫描得到16 个"家族树"的交流系数深度；并行计算16个家族树的转义字；其中，对大于1比特的转义 字另开辟存储空间缓存；计算编码选项时分两部分并行处理，第一部分完成对0 7家族树 的转义字副本的读取，第二部分完成对8 15家族树的转义字副本的读取的步骤。
14. 根据权利要求13所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包 括对小波分解系数的16个家族树并行扫描；在编码的过程中，遍历所有编码选项的码字 长度挑选码长最小的选项为最优编码选项，然后根据选项查表编码的步骤。
15. 根据权利要求13所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(2)和(3)进一 步包括小波变换模块和块扫描模块复用缓存Dwt—ram中的数据；CCSDS扫描编码模块产生 的直流系数码流和交流系数编码码流通过二选一选择器进入码流拼接模块；经由内部缓存 FIF01传来的原始图像帧头信息和码流拼接模块得到的码流通过二选一选择器进入内部缓 存FIF02输出的步骤；其中，所述二选一选择器由控制模块控制。
16. 根据权利要求9所述的图像压縮处理方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括 码流拼接模块在码字拼接并输出的环节添加位计数器，如果计数器满足了压縮比，则立刻 停止编码的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种低比特率星载图像压缩处理系统及方法。该系统包括控制模块、小波变换模块、CCSDS扫描编码模块和码流拼接模块，该系统及方法将图像数据分成若干32×32(或者64×64、128×128)的小块图像，然后送入小波变换模块、扫描编码模块和码流拼接模块得到压缩码流。小波变换模块和扫描编码模块、码流拼接模块之间是图像块与图像块之间的流水，扫描编码模块是各比特平面间进行流水。本发明的图像压缩处理系统及方法压缩效果介于JPEG2000和EZW之间，在低比特率压缩时效果与JPEG2000相当；采用解码的重同步机制防止空间数据传输中的误码扩散，功耗低；大量采用的并行运算和流水结构提高了芯片的处理速度，满足星载图像高倍压缩的需求。
文档编号H04N7/26GK101742300SQ20081022672
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者张学全, 王怀超, 陈晓敏, 陈裕华, 顾晓东 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心