[发明专利]一种符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像无损压缩处理系统及方法，特别是涉及一种适用于空间应用的符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法。 

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，形成了海量数据，从而对星上数据存储和下行传输造成了一定的困难。由于航天器通信带宽有限，不可能无限制的增大存储设备的容量，于是在轨图像压缩就成为星上数据处理的一个必备环节，而开发高性能星载图像压缩系统也成为当务之急。 

如何能在具有严格功耗、重量、体积的要求下，最优的实现高速图像无损压缩系统，取决于设计的方案。以通用微处理器或者DSP为核心的嵌入式系统，虽然能够相对较为方便的完成压缩算法，但存在一个严重的缺陷一需要较高的时钟频率(超过200MHz)，才能满足实时性要求，这将引发一系列电磁兼容问题，带来设计上的诸多不便。 

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述现有技术的不足，从而提供了一种符合CCSDS标准的图像无损压缩处理系统及方法。本发明的图像无损压缩处理系统及方法，对CCSDS建议的无损数据压缩标准进行了两个方面的改进：(1)采用了基于JPEG-LS的预处理模块，有效提高了压缩比；(2)最优编码选项的选取无须遍历计算所有编码选项，本发明的编码模块仅利用预处理器输出(预测残差)的和直接得到最优编码选项，大大提高了硬件的处理速度(频率为100MHz时的数据处理速度为25Mpixels/s)，可以满足低功耗和实时性要求。 

为实现上述目的，本发明提供的的图像无损压缩处理系统包括：基于JPEG-LS预测方式的预处理模块，RICE熵编码模块和码字拼接模块。 

本发明采用基于CCSDS121.0-B-1推荐的图像压缩算法，并根据空间应用的特点改进了编码选项选择算法，输入的图像数据经控制模块按16个采样点分组；分组后的数据进入预处理模块进行去相关处理得到一组相互独立的数据，再经RICE编码模 块和码流拼接模块得到压缩码流。 

所述预处理模块通过数据线每次接收一个n位的图像数据DataIn，信号NewBlock表示是否为一个新数据块Block的开始，若NewBlock信号置位则开始对该数据块Block的图像数据进行预处理，即去相关处理，并将预处理结果DataOut通过数据线送入RICE熵编码模块。 

所述RICE熵编码模块对预处理结果DataOut进行累加得到和Sum，然后对和Sum查表，得到编码选项K，最后根据编码选项K对预处理结果DataOut进行编码，产生不定码长Len的码字Word，并将码字Word和码长Len送入码字拼接模块，当前块编码结束后，置位EndBlock信号； 

所述编码选项K的选择公式为： 

J/2+J(2^k+1)<F₀≤J/2+J(2^k+2) 

其中，J为编码块的长度； F0=Σi=0Jδi+J;]]>为预处理结果DataOut的和Sum； 

当F₀>J/2[(n-k)2^k+1+1-2^k]成立时，不进行编码。 

所述码字拼接模块接收码字Word和码长Len，拼接码流按8位或16位定长码字Byte输出。 

其中，所述预处理模块包括：预测器和映射器。 

所述预测器将输入为n比特的图像数据，与对应像素的预测值DataPre相减，得到n+1比特的数据DataMap。 

所述映射器对数据DataMap做映射变换，产生预处理结果DataOut，该预处理结果DataOut为近似几何分布的预测残差序列。 

其中，所述RICE熵编码模块包括：累加器、选择器和编码器。