FR2752062A1 - METHOD FOR ENCODING RAW SAR DATA WITH DATA REDUCTION - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de codage de données SAR brutes avec réduction des données, le codage étant effectué sur la base de données corrélées produites au moyen d'une transformation (T) réversible.The invention relates to a method for encoding raw SAR data with data reduction, the encoding being performed on the basis of correlated data produced by means of a reversible transform (T).
Description
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Procédé de codage de données SAR brutes avec réduction des données L'invention concerne un procédé de codage de données SAR brutes The invention relates to a method for coding raw SAR data.
avec réduction des données.with data reduction.
Pour un stockage et une transmission économiques de données SAR, il conviendrait de réduire leur taux de données relativement important au moyen d'un For economical storage and transmission of SAR data, their relatively large data rate should be reduced by means of a
codage de sources.source coding.
Des études effectuées sur les propriétés statistiques des données SAR ont démontré qu'un codage d'entropie sans perte des données brutes n'apporte presque pas de réduction de données [2] (J.C. Curlander et R.N. McDonough: Synthetic Aperture Radar. John Wiley & Sons, INC. 1991). En revanche, des procédés de codage affectés de pertes tels que la quantification vectorielle ont permis, Studies carried out on the statistical properties of SAR data have shown that lossless entropy coding of raw data brings almost no data reduction [2] (JC Curlander and RN McDonough: Synthetic Aperture Radar. John Wiley & Sounds, INC. 1991). On the other hand, coding methods affected by losses such as vector quantization have made it possible,
conformément à [3] (J.M. Moureaux et al.: Vector quantization of raw SAR data. in accordance with [3] (J.M. Moureaux et al .: Vector quantization of raw SAR data.
Dans: Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing, vol. V, pp. 189-192, IEEE., 1994) d'obtenir un facteur de compression de l'ordre de 2 à 4. Il reste encore à vérifier jusqu'à quel point les pertes In: Proceedings of the International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing, vol. V, pp. 189-192, IEEE., 1994) to obtain a compression factor of the order of 2 to 4. It remains to be seen how far the losses
d'informations survenues conduisent à des perturbations perceptibles de l'image. of information that has occurred leads to perceptible disturbances of the image.
Etant donné que certaines applications n'admettent pas des pertes Since some applications do not admit losses
2 0 d'informations, des procédés de codage sans pertes revêtent un intérêt particulier. Of information, lossless coding methods are of particular interest.
L'invention a donc pour objet d'indiquer un procédé de codage de données SAR brutes qui permet un codage sans pertes ou affecté de pertes, avec des The object of the invention is therefore to indicate a method for coding raw SAR data which allows coding without losses or affected by losses, with
pertes contrôlables pour une efficacité de codage comparativement accrue. controllable losses for comparatively increased coding efficiency.
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Ce but est atteint par le fait que le codage est effectué sur la base de données corrélées produites à partir des données SAR brutes au moyen d'une This object is achieved by the fact that the coding is carried out on the basis of correlated data produced from the raw SAR data by means of a
transformation (T) réversible.reversible transformation (T).
Le procédé selon l'invention utilise pour le codage, des données SAR brutes convenablement transformées. Pour obtenir une réduction autant que possible sans pertes du taux de données SAR brutes, on fait appel à une transformation réversible (désignée ci-après par T). La transformation a pour but de transformer les données SAR brutes presque non corrélées en données corrélées lesquelles peuvent ensuite être codées à l'aide de procédés de codage d'image bien connus en soi. Plus les données sont fortement corrélées, plus les procédés de codage d'image bien connus fonctionnent d'une manière encore plus efficace. Les données transformées corrélées correspondent approximativement à la distribution de réflexivité de la The method according to the invention uses, for coding, raw SAR data suitably transformed. To obtain a reduction as much as possible without loss of the raw SAR data rate, a reversible transformation is used (hereinafter referred to as T). The purpose of the transformation is to transform the almost uncorrelated raw SAR data into correlated data which can then be coded using image coding methods well known per se. The more strongly the data are correlated, the more efficient the well known image coding methods work. The correlated transformed data correspond approximately to the reflexivity distribution of the
surface terrestre.land surface.
Après le codage des données transformées, celles-ci sont mémorisées et respectivement transmises et décodées. A l'aide de la transformation inverse T'-, les données SAR brutes sont reconstruites sans pertes. Les données SAR brutes récupérées peuvent être transmises à un processeur SAR traditionnel pour le calcul de l'image. Utilisé dans un système SAR à bord d'un satellite, le procédé présenté 2 0 peut apporter une économie de capacité de canal pour la transmission ou, à bord d'un After the encoding of the transformed data, these are stored and respectively transmitted and decoded. Using the inverse transformation T'-, the raw SAR data is reconstructed without losses. The recovered raw SAR data can be transmitted to a traditional SAR processor for image calculation. Used in a SAR system on board a satellite, the method presented can provide savings in channel capacity for transmission or, on board a
avion, de capacité de mémoire pour la mémorisation. aircraft, memory capacity for storage.
L'invention est décrite plus en détail à l'aide d'exemples. The invention is described in more detail using examples.
La figure 1 représente l'ensemble du système pour le traitement de données SAR brutes selon l'invention; 2 5 la figure 2 représente le système de coordonnées SAR utilisé; la figure 3 représente différentes étapes de la transformation T; la figure 4 représente une réalisation concrète de la transformation T. La fig. 1 montre l'ensemble du système pour le traitement de données SAR brutes. Les données SAR brutes réelles reçues par l'antenne SAR sont tout 3 0 d'abord démodulées dans un récepteur HF (non représenté ici). Comme résultat de la démodulation, on obtient la formation de données SAR brutes complexes qui servent de signal d'entrée de la transformation T. L'application de la transformation T conduit à la formation de données corrélées qui sont ensuite codées dans un codeur à l'aide de FIG. 1 represents the entire system for processing raw SAR data according to the invention; Figure 2 shows the SAR coordinate system used; FIG. 3 represents different stages of the transformation T; FIG. 4 represents a concrete embodiment of the transformation T. FIG. 1 shows the entire system for processing raw SAR data. The actual raw SAR data received by the SAR antenna is first demodulated in an HF receiver (not shown here). As a result of the demodulation, we obtain the formation of raw raw SAR data which serve as input signal of the T transformation. The application of the T transformation leads to the formation of correlated data which are then coded in a coder at help
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procédés de codage d'image bien connus en soi. Les données ainsi codées peuvent être transmises (par exemple d'un satellite vers la station au sol) ou stockées dans une mémoire (par exemple dans un système SAR embarqué à bord d'un avion). Pour la récupération des données SAR, les données sont décodées dans un décodeur et reconstruites sans pertes avec application de la transformation inverse T-'. La fig. 2 représente la géométrie SAR typique dans le cas d'un système SAR embarqué à bord d'un avion. L'antenne fixée sur l'avion se déplace à la vitesse de vol VA dans la direction x (azimut). La distance par rapport aux objets à la surface image coding methods well known per se. The data thus coded can be transmitted (for example from a satellite to the ground station) or stored in a memory (for example in a SAR system on board an aircraft). For the recovery of SAR data, the data is decoded in a decoder and reconstructed without loss with application of the reverse transformation T- '. Fig. 2 represents the typical SAR geometry in the case of a SAR system on board an aircraft. The antenna fixed on the airplane moves at the flight speed VA in the direction x (azimuth). The distance from objects on the surface
de la Terre est caractérisée par z (distance oblique). of the Earth is characterized by z (oblique distance).
La plus courte distance entre le détecteur SAR et la surface de la Terre est désignée par zo. Les données SAR brutes complexes s(x, z, t) peuvent être décrites de la manière suivante: s(x, O, t) = I +jQ (1) avec I = 91e{s(x,O,t)} et Q = Zm{s(x,O,t)}, (2) o I (en-phase) et Q (quadrature) sont les composantes dites de quadrature du signal s(x,z,t), o t est le temps de propagation et z=0, le lieu de l'exploration dans le The shortest distance between the SAR detector and the surface of the Earth is designated by zo. The complex raw SAR data s (x, z, t) can be described as follows: s (x, O, t) = I + jQ (1) with I = 91e {s (x, O, t)} and Q = Zm {s (x, O, t)}, (2) where I (in-phase) and Q (quadrature) are the so-called quadrature components of the signal s (x, z, t), ot is the propagation time and z = 0, the place of exploration in the
détecteur SAR.SAR detector.
La transformation T est réalisée en deux étapes TR et TA, comme cela est indiqué dans la fig. 3. La réalisation technique des étapes de transformation TR et The transformation T is carried out in two stages TR and TA, as indicated in FIG. 3. The technical realization of the transformation stages TR and
TA est illustrée dans la fig. 4.TA is illustrated in fig. 4.
La première étape de la transformation T, la transformation de distance TR consiste essentiellement en une compression d'impulsions modifiée. Pour assurer la réversibilité, on utilise pour la transformation de distance TR un spectre d'impulsions modifié PM(CO). Le spectre d'impulsions modifié PM(co) diffère du spectre d'impulsions réel P(wo) en ce qu'à l'extérieur de la fréquence limite og du spectre d'impulsions réel, la valeur du spectre d'impulsions modifié est maintenue constante, conformément à IP(0)l pour I o I < rg IPM(O)l = {C = const. autrement (3) La fréquence limite o)g est de l'ordre de la moitié de la largeur de bande The first step of the transformation T, the distance transformation TR essentially consists of a modified pulse compression. To ensure reversibility, a modified pulse spectrum PM (CO) is used for the transformation of distance TR. The modified pulse spectrum PM (co) differs from the real pulse spectrum P (wo) in that outside the limit frequency og of the real pulse spectrum, the value of the modified pulse spectrum is kept constant, in accordance with IP (0) l for I o I <rg IPM (O) l = {C = const. otherwise (3) The limit frequency o) g is of the order of half the bandwidth
de l'impulsion utilisée dans le système SAR. of the pulse used in the SAR system.
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La phase du spectre d'impulsions modifié est égale à la phase du spectre d'impulsions réel J PM( 0) = < P (o) (4) IPM(co)I = C a pour effet d'éviter des influences perturbatrices possibles provoquées par le fait que dans la transformation TR, on multiplie avec des très faibles valeurs numériques, et que dans TR-, on divise par les mêmes faibles valeurs numériques. The phase of the modified pulse spectrum is equal to the phase of the real pulse spectrum J PM (0) = <P (o) (4) IPM (co) I = C has the effect of avoiding possible disturbing influences caused by the fact that in the transformation TR, we multiply with very low numerical values, and that in TR-, we divide by the same low numerical values.
La transformation de distance TR fournit le signal d(x,0,t). The distance transformation TR provides the signal d (x, 0, t).
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TR {S(X,0,t)} = f S(x,0,o) P*M(oe)eiJtdoe = d(x,0,t). (5) 2ic J TR {S (X, 0, t)} = f S (x, 0, o) P * M (oe) eiJtdoe = d (x, 0, t). (5) 2ic J
* signifie alors conjugué complexe. * then means complex conjugate.
La fig. 4(a) montre la réalisation technique de l'équation (5). TR est réalisé d'après une transformation de Fourier unidimensionnelle dans la direction t, comme multiplication avec P*M(c0) dans la gamme des fréquences. La transformation de Fourier inverse fournit les données de transformation de distance d(x,O,t) Fig. 4 (a) shows the technical realization of equation (5). TR is performed according to a one-dimensional Fourier transformation in the direction t, as a multiplication with P * M (c0) in the frequency range. The inverse Fourier transformation provides the distance transformation data d (x, O, t)
recherchées.wanted.
La transformation azimutale TA des données SAR brutes est dérivée d'une technique introduite dans [1] (C. Cafforio, C. Prati et F. Rocca: SAR data focusing using seismic migration techniques. IEEE Transactions on Aerospace and electronic Systems, vol. 27, pp. 194-206, Mars 1991) comme nouveau procédé de focalisation pour des données SAR. La transformation TA consiste en deux filtrages pour toutes les fréquences. Les filtrages pour toutes les fréquences sont effectués dans la gamme des fréquences. Pour cela, on a encore besoin de deux transformations de Fourier unidimensionnelles ainsi que d'une transformation de Fourier inverse The TA azimuthal transformation of raw SAR data is derived from a technique introduced in [1] (C. Cafforio, C. Prati and F. Rocca: SAR data focusing using seismic migration techniques. IEEE Transactions on Aerospace and electronic Systems, vol. 27, pp. 194-206, March 1991) as a new focusing method for SAR data. The TA transformation consists of two filters for all frequencies. Filtering for all frequencies is done in the frequency range. For this, we still need two one-dimensional Fourier transformations as well as an inverse Fourier transformation
bidimensionnelle, voir fig. 4(b).two-dimensional, see fig. 4 (b).
Après la transformation de Fourier des données de transformation range d(x,0,t) dans la direction x, d(x,0,t) o---x D(kX,0,t) (6) le premier filtre pour toutes les fréquences Hl fournit avec la fonction de transfert C k2x H1l(k, t) = exp ( j -, (7) 4 ko le signal D'(kx,0, t) = D(kx,0,t) * Hl(kx,t). (8) Après l'application d'une seconde transformation de Fourier dans la direction t au résultat D'(kx,0,t) suivant D'(kx,O,t) o ---, D(kx,O,(o), (9) le second filtre pour toutes les fréquence H2 fournit, avec la fonction de transfert Ct0 H2 (kx, kz) = exp [-j (- / k2. + (kzo + kz)2 - k20z, - kzZo)] r (10) le signal D'(kx,k., - to) = D'(k.,O,co) H2(k.,kx). (11) En ce qui concerne l'équation 10, il s'agit du résultat exact pour des angles bigles quelconques de l'antenne SAR. En particulier pour les simulations du procédé selon l'invention sur l'ordinateur, il convient d'effectuer les approximations suivantes dans le cas de petits angles bigles: zok2x zok2x zok2xKz H2 (kx, k) exp - () exp - ( -) ] (1) 2 (kzo + kz) 2kzo0 2k22o La transformation de Fourier inverse bidimensionnelle D'(kx,,kz,-to)-obkkZ d(x,z,-to) (13) fournit les données transformées et corrélées souhaitées. Elles correspondent sensiblement à la distribution de réflexivité de la surface terrestre à l'instant de la After the Fourier transformation of the range transformation data d (x, 0, t) in the direction x, d (x, 0, t) o --- x D (kX, 0, t) (6) the first filter for all frequencies Hl provides with the transfer function C k2x H1l (k, t) = exp (j -, (7) 4 kb the signal D '(kx, 0, t) = D (kx, 0, t) * Hl (kx, t). (8) After the application of a second Fourier transformation in the direction t to the result D '(kx, 0, t) following D' (kx, O, t) o - -, D (kx, O, (o), (9) the second filter for all frequencies H2 provides, with the transfer function Ct0 H2 (kx, kz) = exp [-j (- / k2. + (Kzo + kz) 2 - k20z, - kzZo)] r (10) the signal D '(kx, k., - to) = D' (k., O, co) H2 (k., kx). (11) Regarding equation 10, this is the exact result for any bigle angles of the SAR antenna. In particular for the simulations of the method according to the invention on the computer, it is necessary to make the approximations following in the case of small bigles angles: zok2x zok2x zok2xKz H2 (kx, k) exp - () exp - (-)] (1) 2 (kzo + kz) 2kzo0 2k22o The two-dimensional inverse Fourier transformation D '(kx ,, kz, -to) -obkkZ d (x, z, -to) (13) provides the desired transformed and correlated data. They correspond substantially to the reflexivity distribution of the earth's surface at the time of the
3 0 réflexion -to.3 0 reflection -to.
Pour la récupération des données brutes, on effectue tout d'abord une transformation inverse TA-. Etant donné que la valeur de Hl(kx,kz) et de H2(kx,t) dans les équations 8 et 10 est constante et égale à l'unité pour toutes les composantes de fréquence, la transformation inverse TA-I consiste en une multiplication des données transformées avec les mêmes termes exponentiels, seulement avec le signe inversé des exposants. La transformation inverse TR peut être écrite comme inversion de l'équation 5 sous la forme de 1 c0 D(x,0,(0) TR-1{d(x,0,t)} = - J ejot dco = s(x,0,t) (14) 27c J P*M( ) -00o La transformation T décrite assure un comportement numériquement stable des transformations TR, TA ainsi que de leurs inverses. Des mesures du rapport signal-bruit font ressortir le fait que la transformation permet une reconstruction exacte des données SAR brutes au cas o aucune quantification des données transformées n'est faite. A la suite de la transformation T, on procède à un codage des For the recovery of the raw data, a reverse transformation TA- is first carried out. Since the value of Hl (kx, kz) and H2 (kx, t) in equations 8 and 10 is constant and equal to unity for all frequency components, the inverse transformation TA-I consists of a multiplication of the transformed data with the same exponential terms, only with the inverted sign of the exponents. The inverse transformation TR can be written as inversion of equation 5 in the form of 1 c0 D (x, 0, (0) TR-1 {d (x, 0, t)} = - J ejot dco = s ( x, 0, t) (14) 27c JP * M () -00o The transformation T described ensures a numerically stable behavior of the transformations TR, TA as well as their inverses. Measurements of the signal-to-noise ratio bring out the fact that the transformation allows an exact reconstruction of the raw SAR data in case no quantification of the transformed data is made. Following the transformation T, coding of the
données transformées, avec réduction des données. transformed data, with data reduction.
Avec la réalisation de la transformation T réversible, on a mis à disposition un outil qui permet un codage efficace avec réduction des données. Un avantage importante de ce procédé consiste en ce que le codage peut désormais être effectué sur des données transformées corrélées. Les mesures de l'entropie des composantes réelle et imaginaire de d(x,z,t=-to) démontrent qu'il est possible, sans nmise à profit de la corrélation, de réaliser une réduction de données sans pertes avec le With the realization of the reversible T transformation, we made available a tool which allows efficient coding with data reduction. An important advantage of this method is that the coding can now be performed on correlated transformed data. Measurements of the entropy of the real and imaginary components of d (x, z, t = -to) demonstrate that it is possible, without taking advantage of the correlation, to perform data reduction without loss with the
facteur de compression d'environ 2.compression factor of approximately 2.
A la place du codage d'entropie, il est désormais également possible de mettre en oeuvre d'autres procédés de codage d'image sans pertes qui exploitent, en supplément, la corrélation avec la réduction des données. A titre d'exemples, on peut citer ici 1. Codage à transformation telle que la transformation cosinus discrète (DCT) suivi du codage d'entropie des coefficients de transformation Instead of entropy coding, it is now also possible to implement other lossless image coding methods which exploit, in addition, the correlation with data reduction. As examples, one can cite here 1. Transformation coding such as the discrete cosine transformation (DCT) followed by the entropy coding of the transformation coefficients
2. Codage de la bande partielle suivie du codage d'entropie. 2. Partial band coding followed by entropy coding.
3. En admettant des procédés de codage d'image affectés de pertes, il est possible, à la place ou en combinaison avec les procédés cités ci- dessus, de recourir 3. By admitting image coding methods affected by losses, it is possible, instead of or in combination with the methods cited above, to resort to
également à une quantification vectorielle. also to vector quantization.
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Le système pour le codage de données SAR brutes suivant la fig. 4 peut être réalisé avec des processus de signal programmables intégrés. Pour la réalisation de la transformation T, les algorithmes décrits doivent être implémentés dans le logiciel. Pour le codage et le décodage consécutifs, il est possible de faire The system for coding raw SAR data according to fig. 4 can be realized with integrated programmable signal processes. To carry out the transformation T, the algorithms described must be implemented in the software. For consecutive encoding and decoding, it is possible to do
appel à des circuits intégrés pour le codage d'image disponibles dans le commerce. use of commercially available integrated circuits for image coding.
Ceux-ci devraient cependant être adaptés aux propriétés statistiques des données SAR These should however be adapted to the statistical properties of SAR data.
brutes transformées.raw processed.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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TP | Transmission of property | ||
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140228 |