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CCSDS图像压缩算法位平面编码技术研究及其FPGA实现

作　者: 胡永刚
导　师: 郭宝龙
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: CCSDS 图像压缩 位平面编码 FPGA
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着人们对空间探索的不断深入,空间图像数据日益增长,给星载存储器和通信信道造成了极大的压力,对空间图像进行高效、实时的压缩,是解决这一问题的有效途径。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)于2005年提出了CCSDS图像压缩算法标准。该标准支持有损压缩和无损压缩,且算法的复杂度较低,实现起来占用资源少,对空间数据压缩具有重要意义。本文研究了CCSDS图像压缩标准,在基于FPGA的硬件平台上实现了CCSDS图像压缩算法中的位平面编码部分。本文的主要工作包括:(1)深入研究了CCSDS图像压缩标准,重点设计CCSDS图像压缩算法位平面编码器的结构,对设计结构进行分析。(2)用Verilog HDL语言实现了CCSDS图像压缩算法位平面编码器。将位平面编码器分为两大部分,直流系数编码与交流块深度编码模块,交流系数编码模块,对各模块采用乒乓操作和流水线设计,提高算法的编码速度。(3)在Modelsim仿真环境下对编码器的各个模块及编码器系统进行前仿真和后仿真,然后对编码器系统进行前仿真和后仿真。在Altera公司的FPGA硬件平台上验证了编码器的正确性。实验结果表明,编码器实现复杂度低,编码效率高,能够有效的进行编码。(4)对设计的编码器进行分析,对消耗资源和时间较多的模块进行优化。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 图像压缩概述  7-9
  1.2 CCSDS 图像压缩标准介绍  9
  1.3 基于FPGA 的编码系统  9-10
  1.4 论文主要工作与安排  10-11
    1.4.1 主要研究工作  10
    1.4.2 本文主要内容  10-11
第二章 CCSDS 图像压缩算法  11-31
  2.1 CCSDS 图像压缩算法概述  11-14
    2.1.1 预处理  11-12
    2.1.2 离散小波变换  12-13
    2.1.3 位平面编码  13-14
    2.1.4 熵编码  14
  2.2 小波变换  14-19
    2.2.1 小波与小波变换  15
    2.2.2 离散小波变换  15-16
    2.2.3 整数小波与提升原理  16-17
    2.2.4 CCSDS 中的小波变换  17-19
  2.3 CCSDS 位平面编码  19-29
    2.3.1 CCSDS 定义  19-21
    2.3.2 段头编码  21-22
    2.3.3 直流系数的量化与编码  22-24
    2.3.4 交流系数比特深度编码  24-25
    2.3.5 交流系数编码  25-29
  2.4 本章小结  29-31
第三章 CCSDS 图像压缩算法位平面编码器的FPGA 开发  31-43
  3.1 FPGA 简介  31-32
  3.2 FPGA 开发工具  32-33
    3.2.1 硬件描述语言Verilog HDL  32
    3.2.2 电路设计工具  32-33
    3.2.3 仿真工具  33
  3.3 FPGA 的设计流程  33-37
    3.3.1 自顶向下（Top-Down）设计  33-34
    3.3.2 层次管理的概念  34
    3.3.3 FPGA 设计流程  34-37
  3.4 位平面编码器的设计原则与设计技巧  37-39
    3.4.1 位平面编码器的设计原则  37-38
    3.4.2 位平面编码器的设计技巧  38-39
  3.5 位平面编码器的硬件平台  39-40
  3.6 本章小结  40-43
第四章 CCSDS 图像压缩算法位平面编码器的硬件实现  43-57
  4.1 位平面编码器的总体结构  43-44
    4.1.1 CCSDS 图像压缩位平面编码器总体结构介绍  43-44
    4.1.2 CCSDS 图像压缩算法位平面编码器的设计方案  44
  4.2 直流系数编码与交流块深度编码模块  44-46
    4.2.1 直流系数编码与交流系数块深度编码  44-45
    4.2.2 直流系数编码与交流块深度编码中的关键技术  45-46
    4.2.3 直流系数编码与交流块深度编码的性能  46
  4.3 交流系数编码模块  46-50
    4.3.1 位平面扫描单元  47-48
    4.3.2 符号映射单元  48
    4.3.3 映射符号存储  48
    4.3.4 码流组织与熵编码单元  48-49
    4.3.5 交流系数编码中的关键技术  49-50
    4.3.6 交流系数编码的性能  50
  4.4 CCSDS 位平面编码器测试及试验结果  50-55
    4.4.1 软件测试  51-54
    4.4.2 硬件测试  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章 总结展望  57-59
  5.1 工作总结  57
  5.2 研究展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表论文情况  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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