无人机机载图像压缩系统的设计与实现

《无人机机载图像压缩系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要摘要无人机航拍测绘作为无人机的主要用途之一，凭借其高效快捷、灵活机动、实时精确等优点广泛应用于国防和民用领域。无人机航拍过程中需要对图像进行实时压缩处理以实现数据高效传输和存储，因此机载图像压缩系统是无人机必不可少的图像处理和存储设备。本文中设计实现的无人机机载图像压缩系统不但具有航拍图像实时压缩和传输、大量数据快速稳定存储、数据高速下载解压等功能，还具有体积小、处理速度快、稳定性高、资源占用率低、功耗低等优点，非常适用于当前无人机的航拍测绘工作，现已实际应用于“XX”型号无人机。本文对无人机机载图像压缩系统的设计和实现进行说明，

2、主要的设计成果从以下几个方面进行阐述：1.基于FPGA的图像压缩算法的硬件实现。为了满足无人机机载图像压缩系统小体积、低功耗、低资源和高处理速度的需要，系统采用FPGA作为硬件平台，对快速SPIHT算法进行硬件实现，将图像压缩速率提升至30MB/s。为了解决图像压缩系统硬件逻辑资源有限的问题，图像压缩编码设计采用复用多级小波变化编码结构，与传统小波变化编码结构相比在资源使用上有明显降低，主要资源使用量的降幅高达50%。2.基于FPGA的CF卡读写控制和存储设计。为了满足无人机的存储设备体积小、存储空间大、性能稳定、读写速率快等需求，系

3、统采用工业级CF卡作为存储介质，能在低温和振动的极端环境下稳定高速地存储大量数据。为了解决存储器数据存储速率慢的问题，以FPGA为主控芯片，设计硬件逻辑控制CF卡在Ture-IDE模式下的UDMA-6状态进行读写工作，读写速率达到60MB/s以上，最高速率可达100MB/s，数据存储速率为上一代压缩系统的2~3倍。3.基于FX3外设控制器的USB3.0数据传输通路设计。为了解决将CF卡存储的大量数据通过FPGA快速下载至本地PC中进行处理和分析的问题，系统采用FX3-USB外设控制器实现FPGA与PC间以USB3.0为数据通路的高速数

4、据传输，数据传输稳定且速率高达30MB/s，远高于其他通用传输通路的传输速率。4.基于Zynq平台的千兆网络设计。为了解决本地PC对无人机中存储数据进行远距离有线高速下载，且在数据传输的同时对数据进行处理而不影响数据传输速度的问题，系统采用Zynq平台作为外设控制器，在FPGA与PC间通过千兆网络的数据传输同时进行数据处理，实现了传输距离高达500m、传输速率达20MB/s的千兆网络传输通路。5.对基于FPGA的高速数据传输通路进行性能对比和应用分析。为了解决FPGA与PC在不同工作条件下的数据交互问题，基于外设控制器设计USB3.0

5、和I西安电子科技大学硕士学位论文千兆网络两种主流数据传输通路。对比分析两种设计的性能和特点，总结两种设计的应用条件，使两种数据传输通路可快速应用于不同工程的数据传输和下载工作中。最后，机载图像压缩系统可从以下几个方面进行改进和优化，选择更优的图像压缩算法以提高压缩速率，通过改进压缩编码器结构以降低资源使用量，使用SD卡减小存储器体积或采用固态硬盘增大存储容量。关键词：图像压缩，FPGA，CF卡，USB3.0，Zynq论文类型：应用基础技术类IIABSTRACTABSTRACTUAVaerialtechnologyiswidelyuse

6、dinnationaldefenseandcivilianfields,withitshigh-efficiency,flexibilityandreal-timeprecision.UAVAerialprocessrequiresimagecompressinginordertotransferandstoredataefficiently.Soonboardimagecompressionsystemisindispensableinthedesignofunmannedaerialvehicleimageprocessingan

7、dstoragedevices.Theonboardimagecompressionsystem,withreal-timeimagecompressionandtransmission,stablemassdatastorageandhigh-speeddatadownloading,however,theadvantagesofsmallsize,lowerresourceutilization,fastprocessingspeedandhighstability,hasbeenappliedin“XX”UAV.Inthispa

8、per,thehardwaredesignandimplementationofimagecompressingsystemwillbedescribed,theauthor’smajorcontributionsare