遙測圖像壓縮系統的設計與實現

張海江

（①遼寧葫蘆島92941部隊91分隊，遼寧 葫蘆島 125001；②遼寧沈陽東北大學，遼寧 沈陽 110004）

0 引言

隨著遙測技術的迅速發展，遙測數據量日益龐大，從存儲和傳輸等方面來說都需要對其進行壓縮。然而，傳統的圖象壓縮算法都無法取得理想的壓縮效果，使得遙測圖象數據的壓縮成為遙測技術發展的一個重要瓶頸。近幾年發展迅速的基于小波的JPEG2000壓縮算法要明顯優于傳統的編碼方法，可以很好的滿足遙測圖象壓縮“高保真、高壓縮比”的要求?；诖耍疚脑O計了一種基于JPEG2000的遙測圖像壓縮系統，圖1為JPEG2000的基本系統[3]。

1 JPEG2000的實現

基于JPEG2000圖象壓縮實現方式多種多樣，有的在PC上通過軟件實現，有的基于FPGA、DSP等硬件實現，還有的基于專用集成芯片來實現。軟件實現的方法明顯不適合本設計應用，而基于FPGA、DSP的硬件實現方式，雖然可以實現較高的速處理速度，但由于JPEG2000壓縮算法比較復雜，開發難度大，如若自己開發所有內容，無疑會增加系統開發時間，而購買現成算法雖然可以減少開發時間，但是成熟的商品算法都非常昂貴，設計成本將會成倍的增加，現階段基于硬件實現的大多是運算量相對較小，實現起來比較容易的部分。而完整的JPEG2000標準的實現較少。而基于專業芯片的實現方式，技術成熟，可靠性能高，在穩定性上有較好的保證，系統開發周期較短?，F今，能夠實現JPEG2000標準的專業芯片很少，其中AD公司生產的ADV212實現效果較好,而且有很好的壓縮性能和操作性，綜合考慮設計采用ADV212實現圖像數據的壓縮[6]。

圖1 JPEG2000的基本系統

2 系統總體設計

2.1 系統結構框

系統主要功能實現圖像數據的采集、存儲、壓縮和與下游設備的通信，其實現的結構如圖2所示。

圖2 系統結構

圖像采集模塊負責圖像數據的獲取，主要功能是將攝像頭輸入的模擬視頻圖像轉換數字格式的數據進行輸出，主要包括CCD攝像頭、ADV7181視頻圖像解碼芯片和27 MHz的時鐘；圖像壓縮模塊主要負責對圖像采集模塊輸出的數字圖像數據按JPEG2000標準進行壓縮，并輸出壓縮后的數據，主要通過ADV212芯片來實現；FPGA邏輯控制模塊負責各個芯片之間的時序匹配以及各芯片工作模式和某些工作參數的初始化配置，同時協調系統與下游設備的數據傳輸接口，本次設計采用的是Altera公司的一片EP2C35F484芯片；Flash采用大容量器件對圖像數據進行備份，設計中采用的是三星公司的一片1GB容量的K9K8G08U0A芯片；數據傳輸模塊負責將壓縮后的圖像數據通過USB接口傳送到PC和LVDS接口下發給下游設備，USB2.0的實現采用的是CY7C68013，LVDS采用的是MAX9218。

2.2 系統工作原理

ADV7181芯片在完成初始化配置后，自對動輸入的模擬視頻信號進行識別，經過A/D變換器采集后輸出標準的8-bit ITU-R BT.656 YCbCr4:2:2格式的數字視頻圖像數據，ADV7181數據輸出時序如圖3所示。ADV212可以與ADV7181無縫連接，可直接將其輸出的圖像數據壓縮然后輸出給Flash控制器和MAX9218。

圖3 ADV7181數據輸出時序

在本設計中，ADV212由于要實時壓縮圖像數據，輸入/輸出數據量大，使用VDATA接口作為圖像數據輸入口，使用HDATA接口作為壓縮數據的輸出口,以提高其數據吞吐率。VDATA總線寬度取8位，HDATA總線寬度為16位。設計系統中采用ADV212的外部DMA模式，系統控制模塊直接對ADV212內部碼FIFO進行操作不與ADV212之間進行交互，程序設計簡單容易實現。

系統控制模塊在整個工作過程中將壓縮數據通過LVDS下發給下游設備的同時將數據存儲到Flash中。在完成工作后，如果需要可通過USB2.0接口將Flash中的數據讀出與下游設備接收到的圖像數據進行比較。

3 系統結果測試

整個系統設計完成后，將原始數據用UltraEdit-32打開如圖4所示，從圖中可以看到，數據中的幀起始標志和幀結束標志以及JPEG2000標準中的文件起始標志和壓縮數據起始標志。

圖4 圖像數據

遙測圖象壓縮硬件系統中各部分均工作正常。實現了基于JPEG2000的遙測圖象壓縮。圖5為系統采集到的圖象以及經本系統壓縮后解壓縮的圖象。

圖5 遙測圖像

通過對壓縮后解壓圖象的觀察可以得知系統工作情況良好，能夠實現技術指標，壓縮效果較好，失真較小，保留了圖象中大部分的信息，處理速度快，符合遙測圖象壓縮的要求。

4 結語

對通信帶寬有限的大量遙測圖像的數據進行壓縮編碼,在節省傳輸帶寬和減少數據存儲量的同時將遙測信號更可靠、全面地進行傳輸或是存儲到記錄器中，這樣就能幫助相關人員更加準確地對各種情況作出判斷，因此對遙測圖像壓縮編碼系統的研究有著具有很大的價值和意義。

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