CN102348111A - 用于静止气象卫星数据广播的数据压缩结构识别码 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构识别码，具体涉及一种用于风云四号静止气象卫星数据广播的结构识别码，以及避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段的方法。本发明主要针对风云四号静止气象卫星数据广播的不可重发性，利用类似格雷码的结构提高了识别码的抗干扰性，并利用科学的打包方法完全避免了随机产生的压缩数据流中会产生打包识别码的可能性。

Description

用于静止气象卫星数据广播的数据压缩结构识别码

技术领域

本发明涉及一种结构识别码，具体涉及一种用于风云四号静止气象卫星数据广播的结构识别码，以及避免数据压缩产生的码流中包含结构识别码的数据打包方法。

背景技术

风云四号静止气象卫星是我国下一代静止轨道气象卫星，也是我国第一代三轴稳定静止气象卫星，和我国正在业务运行的风云二号静止气象卫星相比，搭载的有效载荷多通道扫描成像仪探测波段大大增加，空间分辨率和时间分辨率也超过风云二号，每15分钟的数据量达到5Gbits。

考虑到静止气象卫星的应用时效性，这些数据必须在卫星获取气象云图后的几分钟内通过卫星广播形式分发给用户，如果以原始图像方式进行广播分发数据量很大，每15分钟的数据量达到5Gbits，不仅卫星上的转发器负担太重，而且地面应用接收端所采用的天线直径也将达到10米以上，建设大直径天线会增加用户使用成本，阻碍接收端布置接收站，严重影响数据的分发使用范围，因此必须使用数据压缩方法压缩原始数据，使数据率降低，既降低卫星上的转发器负担，又方便用户利用小直径天线接收数据，利于卫星云图数据的应用。

风云四号静止气象卫星拟采用图像小波变换和算术编码的数据压缩方法，首先把卫星云图分割成64*64的子图像块，对每个图像块进行4层小波变换，然后把系数按照LL、LH、HL和HH的顺序进行排序，再把排序好的系数进行算术编码，概率模型使用基于上下文的自适应概率模型。广播分发时，若干个子块图像按照顺序排列成一个子图像区，叫做一帧，数据广播分发以帧为单位，广播分发经过算术编码得到的一帧的二进制码流。帧的上层打包规则采用空间数据系统咨询委员会(CCSDS，Consultative Committee forSpace Data Systems)推荐的标准，结构如图1，这里不做具体说明。本专利只讨论一帧内的结构识别码和打包规则。

为了使接收端软件正确识别接收到的二进制码流，必须采用一定的结构对图像产生的码流进行打包，并在固定的位置插入相应的识别码，本专利申请的受保护内容即打包时采用的识别码的码字及避免数据压缩产生的码流中包含结构识别码的码字的规则。

识别码包括附图1中的“数据开始标志”、“压缩开始标志”和“数据结束标志”。由于压缩结构中“压缩数据”部分是变长的，因此结构识别码特别重要，如果结构识别码发生了错误，又无法通过数据结构的长度来判断，则完全无法从错误的数据中恢复出需要的数据，而且“压缩数据”部分是小波系数经过算术编码得到的值，完全有可能产生和识别码相同的二进制码流，所以必须设定一个规则避免这种情况发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对图像压缩产生的二进制码流进行结构打包的结构识别码。本发明主要针对风云四号静止气象卫星数据广播的不可重发性，利用类似格雷码的结构提高了识别码的抗干扰性，并利用科学的打包方法完全避免了随机产生的压缩数据流中会产生打包识别码的可能性。

本发明所述的结构识别码根据格雷码算法生成的。

本发明所述的结构识别码采用“码组”的概念，每个组内的3个码字都有相同的结构识别意义，具体见表1。每个组内的识别码前12位采用固定值，后4位参照格雷码产生，格雷码的特点是对应位的码字改变了一位，码字对应的10进制值只增加或者减小1，因此连续N个(10进制值连续的)码字分为一组，当传输信道发生一个bit的误码且当误码发生在一定的bit区域内时，码字变为相邻的10进制值，但是同一组内连续的N个码字具有相同的结构识别意义，误码发生后的新码字并不影响结构识别的结果，允许了部分bit位的翻转错误。

因此，本发明有效地减小了传输过程中某位的翻转导致识别码错误的问题，提高了抗误码率。

本发明的另一个目的在于提供一种避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段的方法。

打包方法保证在码流的正确位置插入相应的标识，避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段。识别码采用“FFXX”(16进制)的结构，因此当数据压缩产生的二进制码流中包含“FF”，则解包程序会把“FF”连续后边的8位当成识别码，造成误读，因此设定规则：当数据压缩打包时产生了“FF”时，则自动填充“00”，使连续的16位变成“FF00”；在解包时，解包程序发现连续的16位码流为“FF00”时，自动转换成“FF”，丢弃后边的“00”。这样就避免了压缩数据中包含结构识别码的可能性。

表1  结构识别码

本发明涉及一种用于风云四号静止气象卫星数据广播的结构识别码，以及避免数据压缩产生的码流中包含结构识别码的方法，具体地说，是在小波变换和算术编码进行数据压缩产生的二进制码流的基础上，按照约定好的结构对码流进行结构打包时插入的识别码的码字，识别码的码字根据格雷码算法产生，并进行了合理的分组，增强了抗干扰性；及利用打包规则避免图像压缩产生的二进制码流中包含产生和约定的识别码一样的码流。

附图说明

图1、CCSDS组织推荐的压缩结构

具体实施方式

通过以下具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制。

实施例1、

当每帧图像进行小波变换、压缩及排序并按照CCSDS组织推荐的标准进行打包时。在“数据开始标志”处插入识别码字“FF03”，其二进制码流为“1111 1111 0000 0011”，“压缩开始标志”处插入“FF07”，其二进制码流为“1111 1111 0000 0111”，在“数据结束标志”出插入“FF0C”，其二进制码流为“1111 1111 0000 1100”，并且在加入数据压缩产生的二进制码流时，按照既定规则，在连续8个“1”后填充“0000 0000”；

在解包时，如果在二进制码流中连续出现8个“1”然后出现4个“0”时，则对后4位进行判断，如果是4个“0”，则连同前4个“0”一并丢弃；

如果发现后4位是“0011”、“0001”或者“0010”则确定为“数据开始标志”：“0001”和“0010”是“0011”发生某位误翻转后的值；

如果发现后4位是“0111”、“0110”或者“0101”则确定为“压缩开始标志”：“0110”和“0101”是“0111”发生某位误翻转后的值；

如果发现后4位是“1100”、“0100”或者“1101”则确定为“数据结束标志”：“0100”和“1101”是“1100”发生某位误翻转后的值。

实施例2、

一种避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段的方法，在数据压缩时产生了FF，则在码流FF后固定插入00，使连续的16位变成FF00；在解包时，解包程序发现连续的16位码流为FF00时，自动转换成FF，丢弃后边的00。

实施例3、

一种避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段的方法，在在数据压缩时，码流FF后固定插入00，以避免FF和其后的8位二进制码流产生结构为FFXX的结构识别码，在解包时遇到码流中的FF00则自动丢弃00，还原码流的本质，其中，所述结构识别码FFXX，XX为非零。

Claims (6)

1.一种用于风云四号静止气象卫星数据广播的结构识别码，所述识别码根据格雷码算法产生，每3个码字分为一组，同一组内的码字具有相同的结构识别意义。

2.根据权利要求1所述的结构识别码，其特征在于，所述结构识别码采用码组的方式，每个组内的识别码前12位采用固定值，后4位根据格雷码算法产生。

3.根据权利要求2所述的结构识别码，其特征在于，所述结构识别码如下：

4.根据权利要求2所述的结构识别码，其特征在于，所述结构识别码如下：结构识别码采用码组的方式，每个组内的3个码字都有相同的结构识别意义，每个组内的识别码前12位采用固定值，后4位根据格雷码产生，

其中，所述格雷码：对应位的码字改变了一位，码字对应的10进制值只增加或者减小1，因此连续N个(10进制值连续的)码字分为一组，当传输信道发生一个bit的误码且当误码发生在bit区域内时，码字变为相邻的10进制值，但是同一组内连续的N个码字具有相同的结构识别意义，误码发生后的新码字并不影响结构识别的结果，允许了部分bit位的翻转错误。

5.一种避免图像压缩产生的二进制码流中包含有与识别码相同的码字段的方法，其特征在于，在数据压缩时产生了FF，则在码流FF后固定插入00，使连续的16位变成FF00；在解包时，解包程序发现连续的16位码流为FF00时，自动转换成FF，丢弃后边的00。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在在数据压缩时，码流FF后固定插入00，以避免FF和其后的8位二进制码流产生结构为FFXX的结构识别码，在解包时遇到码流中的FF00则自动丢弃00，还原码流的本质，其中，所述结构识别码FFXX，XX为非零。

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