基于优先级和率失真模型的CCSDS-IDC码率分配算法

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1、中国空间科学技术2013年12月ChineseSpaceScienceandTechnology第6期基于优先级和率失真模型的CCSDS—IDC码率分配算法李泽慧112谢晓方1刘泳3(1海军航空工程学院，烟台264001)(2南通大学交通学院，南通226001)(3山东航天电子研究所，烟台264670)摘要为了解决遥感图像采集与空间网络传输能力之间的矛盾，迫切需要具有码率控制功能的图像压缩算法。文章面向军事目标监测领域图像目标区域局部高质量需求，针对CCSDS一Ⅱ)C(TheConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems-ImageDataCorepre

2、ssionStandard)图像压缩标准，提出了一种码率分配算法。新算法改进了原算法的分段方式，设置了段优先级，并根据优先段覆盖的比例及率失真模型设计了码率分配方案。结果表明新算法在局部峰值信噪比和局部视觉效果上较原算法有明显的提高，当优先段覆盖率低于压缩比倒数时，新算法的整体峰值信噪比与原算法接近。关键词图像压缩推荐标准码率控制优先级率失真模型局部性能遥感图像DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2013．06．0081引言遥感图像的特点是数据量大，传感器采集的能力与空问网络的传输能力不匹配，而现有的图像压缩器并不能解决图像传输与带宽之间的矛盾[1]。在军事目标监测

3、中，监测重点是含有目标的图像，并且要求目标区域具有高清晰度，而对背景区域或无目标图像则可以忽略。图像的区域清晰度需要高码率分配作为支撑，因此为了获得更多关于目标的信息，码率分配功能是图像压缩算法的关键。空问数据系统咨询委员会图像压缩推荐标准(TheConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems—ImageDataCompressionStandard，CCSDS—IDC)是星上专用的光学灰度图像压缩算法，但是它的码率控制方法不能满足局部高清晰度的需求。国内外对码率的研究多集中于JPEG2000算法[2。6]，针对CCSDS—IDC的研究文献不多见。文献1

4、-73提出了一种CCSDS-IDC码率控制方法，根据预测模块对小波系数的估计值与实际值之间的绝对差值作为压缩段的熵估计。通过段的熵估计来确定段的压缩量，即根据段估计熵和所有段总体熵之问的比率分配码率。然而现有文献缺少对段熵估计的复杂度分析，并且算法的分段与内容无关，存在着将重要区域分散在不同段的可能，在这种情况下进行段的估计在本文的需求背景下就失去了意义。本文算法将分段与图像内容相结合，针对目标区域和背景区域设置不同的优先级，根据率失真模型和高优先级段覆盖率，设计了码率分配方案。该算法将应用于遥感图像的军事目标监测领域，为解决高分辨率遥感图像采集与传输之间的矛盾提供一种思路。收稿日期：2

5、01304—09。收修改稿日期：2013-09162013年12月中国空间科学技术2CCSDS—IDC简介CCSDS—IDC包括小波变换和位平面编码两大功能模块‘8

6、。考虑到星上设备的特点，算法在节省存储空间、提高图像传输的抗干扰能力、适应传输网络带宽方面上采取很多措施，其中分段和码率控制是关键。2．1分段分段是CCSD孓IDC在小波变换后对小波系数的重组过程。段与原图像某一区域大致对应，独立编码。段由头部和主体组成，头部记录了关于压缩选择和压缩段的信息，主体包含了段的压缩编码。CCSDS-IDC采用分层树状结构表示段，段的基本单位凹1块是由1个DC系数(最低频子带LL3中的系数称为DC

7、系数)与63个对应空间位置上同族的AC系数(除最低频子带之外其他子带的系数，称为AC系数)组成(包括3个父系数、12个子系数和48个孙系数)，在一个块中的AC系数又分成3个族系F0、F。、F。，每个族系由1个父系数、4个子系数和16个孙系数组成，族系在块系数编码中起到系数坐标定位作用，如图1(a)所示。除最后一段之外，段长相等，即每段所含块的数量S(16≤S≤220)相等。当S一5时，分段如图1(b)所示，不同灰度的系数属于不同的段(每段包含5块，最后一段包括1块)。需要指出的是，图1中LL、HL、HH、LH：左边字母表示水平方向，右边字母表示垂直方向；L表示低通滤波处理，H表示高通滤波

8、处理；数字表示1、2、3层小波变换，如HLl表示1层水平高通垂直低通子带。父系数圈急，圈子系数、．．．孙系数LL3r—＼、。●离’。“、．j臣i渭M＼靛≯t＼只族LH3j：～圈＼i霉t＼＼＼HLI!LH21＼爿H2i

9、＼凋!＼＼霉＼Ur族F．族LHIHHl燃HL2HLl躺《嵩LH2HH2鬻黼燃鼙鞲瓣瓣鼙黼懑燃黼篱豳蠢鞣群黼蕊糍§鞴《糕潮麟瓣㈣i缀霾潮照熏a)块的组成(b)分段示意图1块和段的示崽Fig．1Exampleofthebl