[发明专利]高光谱遥感图像的无损压缩编码器及其译码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高光谱遥感图像的无损压缩编码器和译码器，属移动通信信源编码领域。

背景技术

遥感是一种远离目标，通过识别目标发射或辐射的电磁波而判定、测量并分析目标性质的技术，广泛应用于军事侦查、资源探测、粮食估产和灾难预防等各个方面。遥感图像就是从远离地球的不同高度的遥感平台上，使用光谱传感器接收来自地球表层各类地物的各种信息而构成的图像。多光谱图像是指利用多光谱传感器对同一对象(区域或目标)在多个窄光谱波段范围上获得的图像，它记录了成像地物在多个光谱波段的响应特性。

成像光谱技术是从上世纪80年代初发展起来的遥感技术，它将成像与光谱技术结合起来，能够在连续光谱段上对同一地物同时成像，在探测物体空间特征的同时，又将每个空间像元色散形成几十到数百个窄波段、带宽为几个nm至20nm的连续光谱覆盖带，具有高空间和光谱分辨率、超多波段和图谱合一等特点。利用这种技术既能够对目标成像，又可以测量目标物波谱特性。由于成像光谱仪产生的光谱图像具有极高的光谱分辨率，因此也称之为高光谱图像。

随着成像光谱仪的普及应用，高光谱遥感图像的空间、谱间和时间分辨率越来越高，使得成像光谱数据量急剧增长，对海量数据进行有效地压缩成了遥感技术发展中迫切需要解决的一个问题。一方面，成像光谱数据获取代价非常昂贵，又具有长期的保存价值；另一方面，高光谱遥感图像的最终用途可能是不断变化的，而有损压缩将会丢失一些对进一步处理非常有用的信息，并且不能从压缩码流中恢复原始数据，因此，无损压缩方法对于高光谱图像的应用有着特殊重要的意义。

虽然连续色调静止图像无损/接近无损压缩标准JPEG-LS能够实现无损压缩，并且有着很好的压缩性能。但是算法只消除空间相关性，没有很好地利用高光谱遥感图像的谱间相关性，并且算法复杂度高，很难实现实时处理，不易于硬件实现。

发明内容

本发明针对现有高光谱遥感图像压缩技术存在的不足，提供一种能够在降低硬件实现复杂度的条件下实现压缩性能接近JPEG-LS压缩比的高光谱遥感图像的无损压缩编码器，同时提供一种能够从该编码器的压缩码流中恢复出原始数据的译码器。

本发明的高光谱遥感图像的无损压缩编码器采用以下技术解决方案：

该高光谱遥感图像的无损压缩编码器，包括预测差分模块、熵编码模块、输出控制模块，各模块间是串行关系，由同一时钟信号CLK1控制，并且由同一复位信号RESET1控制所有模块进入复位状态；预测差分模块是数据输入模块，同时完成预测和差分功能；熵编码模块的功能是针对预测差分值进行无失真的熵编码；输出控制模块将码字经移位器处理后写入输出缓冲区；当复位信号RESET1从高电平变为低电平的期间，编码器系统中的所有模块被初始化为复位状态，再向各个模块发送同步时钟信号CLK1；预测差分模块在每个时钟周期读入一个16位的原始数据，然后判断数据位置并且根据不同的位置选择不同的预测方式，接着将原始数据与预测数据进行差分运算，得到预测差分数据；通过熵编码器对得到的差分数据进行非等长编码；待编码码流累积到32位甚至超过32位时，通过输出控制模块将其打包成32位有效数据并且输出，当图像所有数据编码完成后，剩余码流不能恰好凑足32位时，需要在模块内部自动补零至32位输出，完成一幅图形的压缩编码。

预测方式包括边缘检测预测和梯度调节预测。

输出缓冲区是一个长度为52位的存储空间，高32位用于存放每次准备输出数据，低20位是保护空间，存放当写入数据超出32位时未能输出地剩余片段。

用于上述编码器压缩码流恢复原始数据的译码器采用以下技术解决方案：