基于CCSDS图像压缩算法的（9，7）小波算法架构设计及FPGA实现

论文摘要

随着航天技术的飞速发展,星载有效载荷数量不断增加,更多空间图像的采集也成为日益增长的需求,因此下传数据量变得异常巨大。大数据量的图像信息会给星上存储器的存储容量,通信干线信道的带宽,以及计算机的处理速度增加极大的压力。在航天器存储器容量有限,信道带宽极为珍贵的情况下,图像数据压缩成为必然的解决方法。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)于2005年11月发布了最新的图像数据压缩标准,以其低比特率传输的优越性在空间数据压缩领域具有广阔的应用前景。算法采用小波变换和位平面编码原理,支持有损和无损压缩两种图像压缩方式,支持帧与推扫两种图像扫描方式,支持对传输码率和图像质量的可控性,满足近地及深空探测任务中的图像压缩任务需求。论文主要研究(9,7)整数小波的硬件架构,编写了C和Verilog代码对算法及架构进行验证,并成功下载在自行研制的FPGA实验开发板上进行了验证。本论文主要在以下几个方面进行了研究设计:1)基于CCSDS图像压缩标准,深入研究算法理论,并在此基础上提出了适用于VLSI实现的算法的硬件架构。2)基于CCSDS图像压缩算法建议,研究并设计了一种基于FPGA实现的(9,7)整数小波架构,实现了小波变换的并行及流水,提高了硬件资源利用率,提高了变换速度,并在实验开发板上进行了验证,这也是本论文主要的创新性成果。3)在算法及硬件架构的基础上设计了FPGA实现电路原理图,研制了实验开发板,通过串口与计算机进行通信,成功用于测试及验证算法架构的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 图像压缩算法的国内外情况及发展
• 1.2.1 图像压缩国际标准算法介绍
• 1.2.2 图像压缩的发展前景
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文主要创新点
• 1.5 论文章节安排
• 第2章 CCSDS图像压缩标准介绍
• 2.1 图像数据压缩理论
• 2.2 CCSDS图像压缩算法
• 2.2.1 9/7 整数小波变换
• 2.2.2 位平面编码（BPE）
• 2.2.3 算法性能分析及比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 图像压缩中的小波基础理论
• 3.1 小波变换简介
• 3.2 小波变换的优点
• 3.3 提升算法
• 3.4 传统滤波器的提升算法构造
• 3.5 整数提升小波变换
• 3.6 三级9/7 小波的提升算法
• 3.7 本章小结
• 第4章 （9，7）整数小波硬件架构设计
• 4.1 小波变换硬件架构设计目标
• 4.2 硬件架构方案的确定
• 4.3 第三种小波变换硬件架构的设计
• 4.3.1 接口模块
• 4.3.2 存储模块
• 4.3.3 运算模块
• 4.3.4 控制模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 FPGA实验板及硬件电路的设计
• 5.1 核心控制单元的选择
• 5.2 硬件电路系统设计
• 5.3 各功能模块电路设计
• 5.3.1 接口模块的设计
• 5.3.2 存储模块的设计
• 5.3.3 E2PROM模块的设计
• 5.4 原理样机PCB
• 5.5 本章小结
• 第6章 小波变换的FPGA芯片仿真及验证
• 6.1 小波变换系统的逻辑代码设计
• 6.1.1 运算模块的逻辑设计
• 6.1.2 控制模块的逻辑设计
• 6.2 系统芯片的仿真测试过程
• 6.2.1 子模块的仿真测试
• 6.2.2 整个系统的仿真测试
• 6.3 系统芯片的综合结果
• 6.4 验证结果比较
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 课题的发展前景
• 参考文献
• 硕士期间以第一作者身份发表的文章
• 致谢