CN115174697B - 一种星载高光谱图像无损压缩器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种星载高光谱图像无损压缩器，包括：系统供电单元，用于将外部供电系统输入的30V一次电源转换为二次电源；高光谱图像压缩单元，用于使用TLK2711接口接收高光谱相机输出的4路多通道高光谱图像数据，采用基于CCSDS123.0‑B高光谱无损压缩规范的IP核进行压缩，并且通过FPGA的GTX接口发送给数据复接单元；数据复接单元，用于接收图像压缩单元发送的4路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出。本发明的图像压缩系统采用VPX板插式结构组合系统供电、高光谱图像压缩和图像复接单元，系统处理速率可达3.84Gbps，首次使用了基于CCSDS123.0‑B高光谱无损压缩规范的压缩模块，可同时处理最多近500个谱段的高光谱数据，显著提高了图像压缩效率，实现了星载高光谱图像无损压缩技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像无损压缩处理系统，尤其涉及一种星载高光谱图像无损压缩器。
背景技术
随着高分辨率高光谱遥感卫星的发展，星上高光谱原始数据量不断增大，而卫星下传带宽有限，给星载高光谱图像压缩任务带来了较大挑战。以往高光谱星载图像压缩器中通常采用单谱段JPEG2000或者JPEG-LS算法进行高光谱图像压缩，此类压缩方法只考虑了谱内的空间相关性，而忽略了谱间相关性，图像无损压缩比一般较小，难以满足星载高光谱图像压缩要求，CCSDS123.0-B多、高光谱无损压缩标准采用空间维和谱段维联合预测，去除了空间和谱间冗余，提高了无损压缩性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本申请实施例提供了一种星载高光谱图像压缩器，包括：
系统供电单元：用于将外部供电系统输入的一次电源转换为二次电源；
图像压缩单元：用于接收高光谱相机输入的高光谱数据，对多通道高光谱图像数据输入基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范进行压缩；
数据复接单元：用于接收图像压缩单元发送的4路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出。
底板单元：用于组合系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元，完成系统内部供电和数据传输
其中，所述多通道高光谱图像数据包括表征相机成像信息的辅助数据。
在一个可能的实现方式中，所述系统可接受3路高光谱图像数据输入，图像谱段数可达500，输入速率可达3.84Gbps。
系统供电单元采用两路滤波器和DC/DC转换器进行电平转换，将外部输入的30V一次电源转换为5V二次电源，用于给图像压缩单元和数据复接单元供电；
图像压缩单元采用现场可编程门阵列FPGA作为主要的处理芯片，所述FPGA对接收到的数据进行数据协议解析,提取图像数据进行缓存，通过数据调度模块控制缓存数据的读出写入,利用高光谱无损压缩模块对图像数据进行压缩，最后将压缩后的数据与辅助数据合并成一个压缩包，将压缩包进行传输帧切分后通过底板模块传输给数据复接模块,数据传输帧经过数据复接模块后复接成两路数据通过TLK2711芯片发送给外部。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的图像压缩系统采用VPX板插式结构组合系统供电、高光谱图像压缩和图像复接单元，可扩展性及模块单元性强，方便后续的系统扩展升级，能够在卫星上广泛推广使用。
2、本发明对外接口数据传输采用高速串行数据传输技术,使用TLK2711芯片完成对外数据接口通信,每路传输速率最高可达1.28Gbps。
3、本发明在图像压缩单元采用符合CCSDS123.0-B多、高光谱无损压缩标准的星载图像无损压缩处理系统无损压缩编码效率高(利用CCSDS提供的实验图像进行测试,无损压缩比平均大于2；数据调度缓存能力强，可同时处理最多近500个谱段的高光谱数据，满足新型高光谱相机需求；对原始载荷数据主动进行分块处理，防止了空间数据处理中的误码扩散。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和有点将会变得更明显。
图1为本申请一个示例性实施例提供的星载高光谱图像无损压缩器的模块组成框图；
图2为本申请一个示例性实施例提供的星载高光谱图像无损压缩器的实现流程框图；
图3为本申请一个示例性实施例提供的星载高光谱图像无损压缩器的供电单元组成框图；
图4为本申请一个示例性实施例提供的星载高光谱图像无损压缩器的压缩FPGA数据流程图；
图5为本申请一个示例性实施例提供的星载高光谱图像无损压缩器的复接FPGA数据流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种星载高光谱图像无损压缩器，包括：
系统供电单元，用于将外部供电系统输入的一次电源转换为二次电源；
高光谱图像压缩单元，用于获取多通道高光谱图像数据，并采用基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范的模块对多通道高光谱图像数据进行压缩；
数据复接单元，用于接收图像压缩单元发送的3路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出。
底板单元，用于组合系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元，完成系统内部供电和数据传输。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述多通道高光谱图像数据，包括：表征相机成像信息的辅助数据。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述高光谱图像压缩单元，包括：TLK2711数据接收电路、图像压缩FPGA、数据缓存DDR3和SPI FLASH配置电路，其中，所述TLK2711数据接收电路，用于接收外部高光谱相机数据，最多可接收3路TLK2711高光谱数据，输入数据包含表征相机成像信息的辅助数据；
所述图像压缩FPGA，用于完成高光谱图像无损压缩功能；
所述数据缓存DDR3，用于完成数据缓存功能；
所述SPI FLASH，用于配置电路以上电配置图像压缩FPGA。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述图像压缩FPGA，用于按照高光谱相机数据波段、通道类型分离并产生DDR3缓存地址，按照对应地址送入DDR3内进行缓存，当数据缓存满一个图像压缩块后从DDR3内取出，送入高光谱图像压缩单元进行图像无损压缩处理，将压缩后的压缩码流写回到DDR3内，按照固定的压缩包数据格式组成压缩数据包，并且将压缩数据包分割成数据传输帧通过FPGA的GTX端口通过底板单元发送给数据复接单元。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述高光谱图像压缩单元，用于按照CCSDS123.0-B高光谱无损压缩标准实现，压缩图像块按照图像宽×图像高×谱段数分割，图像高固定为32。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述数据复接单元，包括：数据复接FPGA、SPI FLASH配置电路和TLK2711数据发送电路，其中，
所述数据复接FPGA，用于通过底板单元接收图像压缩单元发送的4路GTX数据并且复接成两路数据后，通过TLK2711数据发送电路发送给外部；
所述SPI FLASH配置电路，用于上电配置数据复接FPGA。
优选的，上述星载高光谱图像无损压缩器中，所述系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元均插在底板单元上，通过底板单元完成系统内部供电和数据信息传输。
具体的，如附图1所示，一种星载高光谱图像无损压缩器，包括：
系统供电单元：用于将外部供电系统输入的一次电源转换为二次电源；
高光谱图像压缩单元：用于接收高光谱相机输入的高光谱数据，对多通道高光谱图像数据输入基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范进行压缩；
数据复接单元：用于接收图像压缩单元发送的4路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出；
底板单元：用于组合系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元，完成系统内部供电和数据传输；
如附图2所示，高光谱数据通过3路TLK2711串行接口输入，经过TLK2711芯片串并转换后输入到图像压缩单元上的两块FPGA(较优的，选用XC7K410T FPGA)上，两块FPGA分别由两块SPI FLASH进行配置，并且使用DDR3进行数据缓存，高光谱图像压缩功能主要由两片FPGA完成，完成无损压缩处理后将压缩数据分别通过FPGA上的4路GTX通道经底板单元发送至数据复接单元，由数据复接单元上的FPGA将4路GTX数据复接成2路TLK2711数据并由TLK2711芯片进行并串转换后输出给外部数据接收系统；
如附图3所示，系统供电单元包括保险丝、EMI滤波器、继电器开关和DC/DC转换模块，主要完成电源滤波、电压转换和压缩器开关执行等功能；
如附图4所示，图像压缩单元的高光谱无损压缩功能主要由FPGA完成，压缩FPGA首先接收TLK2711传输的16位并行数据，经过格式解析和缓存后，送到谱段分包、缓存控制和流水调度模块，由该控制模块控制写入、读出DDR3缓存数据，读出的原始高光谱图像数据经高光谱无损压缩模块压缩后写回到DDR3缓存中，最后由压缩包编排模块读出组成压缩包，并切分成传输帧后又由FPGA的GTX通道传输给复接FPGA；
如附图5所示，数据复接单元的数据复接功能由FPGA完成，复接FPGA接收图像压缩单元发送的4路GTX数据，每路GTX数据用一个FIFO进行缓存，每两路FIFO通过一个复接(MUX)模块复接成一路数据，并通过TLK2711芯片经过并串转换后输出给外部接收。
本发明的载高光谱图像无损压缩器，包括：系统供电单元，用于将外部供电系统输入的30V一次电源转换为二次电源；高光谱图像压缩单元，用于使用TLK2711接口接收高光谱相机输出的4路多通道高光谱图像数据，采用基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范的IP核进行压缩，并且通过FPGA的GTX接口发送给数据复接单元；数据复接单元，用于接收图像压缩单元发送的4路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出。本发明的图像压缩系统采用VPX板插式结构组合系统供电、高光谱图像压缩和图像复接单元，系统处理速率可达3.84Gbps，首次使用了基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范的压缩模块，可同时处理最多近500个谱段的高光谱数据，显著提高了图像压缩效率，实现了星载高光谱图像无损压缩技术。
本发明设计的星载高光谱图像无损压缩器提供了一整套软硬件实现方案，包括压缩器对外输入输出接口设计、压缩器内部供电和数据流设计、基于CCSDS123.0-B多、高光谱无损标准的FPGA软件设计以及多谱段高光谱数据缓存调度设计，满足星载高光谱图像压缩任务需求。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种星载高光谱图像无损压缩器，包括：
系统供电单元，用于将外部供电系统输入的一次电源转换为二次电源；
高光谱图像压缩单元，用于获取多通道高光谱图像数据，并采用基于CCSDS123.0-B高光谱无损压缩规范的模块对多通道高光谱图像数据进行压缩；
数据复接单元，用于接收图像压缩单元发送的3路GTX数据，进行复接后通过2路TLK2711通道输出；
底板单元，用于组合系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元，完成系统内部供电和数据传输；
所述高光谱图像压缩单元，包括：TLK2711数据接收电路、图像压缩FPGA、数据缓存DDR3和SPI FLASH配置电路，其中，
所述TLK2711数据接收电路，用于接收外部高光谱相机数据，最多可接收3路TLK2711高光谱数据，输入数据包含表征相机成像信息的辅助数据；
所述图像压缩FPGA，用于完成高光谱图像无损压缩功能；
所述数据缓存DDR3，用于完成数据缓存功能；
所述SPIFLASH，用于配置电路以上电配置图像压缩FPGA；
所述图像压缩FPGA，用于按照高光谱相机数据波段、通道类型分离并产生DDR3缓存地址，按照对应地址送入DDR3内进行缓存，当数据缓存满一个图像压缩块后从DDR3内取出，送入高光谱图像压缩单元进行图像无损压缩处理，将压缩后的压缩码流写回到DDR3内，按照固定的压缩包数据格式组成压缩数据包，并且将压缩数据包分割成数据传输帧通过FPGA的GTX端口通过底板单元发送给数据复接单元。
2.根据权利要求1所述的星载高光谱图像无损压缩器，其特征在于，所述多通道高光谱图像数据，包括：表征相机成像信息的辅助数据。
3.根据权利要求1所述的星载高光谱图像无损压缩器，其特征在于，所述高光谱图像压缩单元，用于按照CCSDS123.0-B高光谱无损压缩标准实现，压缩图像块按照图像宽×图像高×谱段数分割，图像高固定为32。
4.根据权利要求1所述的星载高光谱图像无损压缩器，其特征在于，所述数据复接单元，包括：数据复接FPGA、SPI FLASH配置电路和TLK2711数据发送电路，其中，所述数据复接FPGA，用于通过底板单元接收图像压缩单元发送的4路GTX数据并且复接成两路数据后，通过TLK2711数据发送电路发送给外部；
所述SPIFLASH配置电路，用于上电配置数据复接FPGA。
5.根据权利要求1所述的星载高光谱图像无损压缩器，其特征在于，所述系统供电单元、图像压缩单元和数据复接单元均插在底板单元上，通过底板单元完成系统内部供电和数据信息传输。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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