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面向遥感图像的压缩算法及其实现技术研究

作　者: 王春少
导　师: 孔建寿
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 遥感图像 无损压缩 无链表SPIHT 提升小波变换
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,随着星载遥感技术的飞速发展,遥感图像的数据量越来越大,无论是在存储还是在传输方面都给星载系统带来了巨大的压力,导致了遥感图像的实时获取与有限的传输信道容量之间的矛盾日益突出,仅靠增加系统的存储能力和传输能力无法从根本上解决这些问题,必须对图像进行压缩。因此寻求一种适合遥感图像的高效压缩算法,并对其改进以适于硬件实现,具有非常重要的现实意义。基于小波变换的零树编码算法是效果较好的一类压缩方法,因此本文首先对这种算法进行了研究,完成了整体方案的设计。紧接着对小波理论进行分析,得出小波变换不便于实现无损压缩,且硬件实现复杂,所以采用复杂度低、易于硬件实现的提升小波来改进设计方案。然后对提升小波变换模块进行FPGA设计,采用了自顶向下的设计方法,并通过仿真验证该模块能快速实现整数小波变换。最后,研究了基于方向树结构的SPIHT编码算法,虽然该算法能有效地实现数据压缩,但采用了不易于硬件实现的链表结构,针对这个不足,提出了无链表SPIHT算法,该算法不仅使压缩效果有所改进,而且易于硬件实现。最终在Xilinx公司的ISE软件平台下,采用Verilog HDL编程实现了整个系统,通过仿真验证该系统能获得较快的处理速度,满足实时性的需求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 选题背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 图像压缩技术  9-10
    1.2.2 遥感图像压缩技术  10-11
    1.2.3 小波变换的发展  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12-14
    1.3.1 本文的主要工作  12
    1.3.2 本文结构  12-14
2 遥感图像压缩的总体方案设计  14-22
  2.1 图像压缩的必要性  14
  2.2 图像压缩的可行性  14-15
  2.3 遥感图像压缩方案  15-18
    2.3.1 遥感图像的特点  15
    2.3.2 遥感图像压缩算法  15-17
    2.3.3 遥感图像压缩硬件平台  17-18
  2.4 FPGA开发平台  18-19
    2.4.1 FPGA硬件平台  18
    2.4.2 FPGA软件介绍  18-19
  2.5 系统总体方案设计  19-21
    2.5.1 总体设计方案  19
    2.5.2 图像压缩系统设计  19-21
  2.6 本章小结  21-22
3 基于小波的图像压缩算法  22-32
  3.1 传统小波变换  22-24
    3.1.1 连续小波变换  22-23
    3.1.2 离散小波变换  23-24
  3.2 提升小波变换  24-26
    3.2.1 提升方案的引入  24
    3.2.2 提升小波的基本思想  24-26
  3.3 基于小波变换的压缩算法  26-31
    3.3.1 嵌入式编码理论  26
    3.3.2 嵌入式图像编码的基本原理  26-28
    3.3.3 SPIHT算法的基本概念  28-30
    3.3.4 SPIHT算法描述  30-31
  3.4 本章小结  31-32
4 提升小波变换FPGA设计  32-56
  4.1 提升小波的硬件电路  32-34
    4.1.1 提升小波变换硬件实现框图  32-33
    4.1.2 小波系数范围估计  33-34
  4.2 边界延拓  34-37
    4.2.1 边界延拓的基本方法  34
    4.2.2 提升格式的边界延拓  34-35
    4.2.3 边界延拓实例分析  35-37
  4.3 一维小波变换的FPGA设计  37-47
    4.3.1 一维小波变换顶层模块设计  37
    4.3.2 提升小波变换模块  37-38
    4.3.3 改进的5/3小波变换模块设计  38-42
    4.3.4 存储模块  42-44
    4.3.5 一维控制模块  44-46
    4.3.6 一维小波的仿真验证  46-47
  4.4 二维小波的FPGA设计  47-55
    4.4.1 二维小波变换  47-48
    4.4.2 二维小波顶层模块设计  48-49
    4.4.3 矩阵转置模块  49-50
    4.4.4 二维控制模块  50-53
    4.4.5 结果分析  53-55
  4.5 本章小结  55-56
5 零树编码算法及其实现技术  56-68
  5.1 零树小波编码  56-58
  5.2 零树编码的改进算法  58-60
    5.2.1 SPIHT编码算法  58-59
    5.2.2 LZC算法  59-60
  5.3 无链表SPIHT算法  60-63
  5.4 无链表SPIHT编码算法的FPGA设计  63-66
    5.4.1 总体结构设计  63
    5.4.2 控制模块的设计  63-64
    5.4.3 编码模块的设计  64-66
  5.5 仿真结果分析  66-67
  5.6 本章小结  67-68
6 总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68
  6.2 未来展望  68-70
致谢  70-72
参考文献  72-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 遥感技术 > 遥感图像的解译、识别与处理 > 图像处理方法
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