雷達(dá)圖像編碼器的并行處理研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、為了重現(xiàn)真實(shí)的海事全過(guò)程,船載航行數(shù)據(jù)記錄儀需要1秒內(nèi)記錄3幀或更多的雷達(dá)圖像。由于存儲(chǔ)介質(zhì)容量的限制,為了能有效地記錄雷達(dá)圖像數(shù)據(jù),必須對(duì)雷達(dá)圖像進(jìn)行壓縮編碼。作為最新的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),JPEG2000算法有著卓越的圖像壓縮性能,從而獲得了廣泛的應(yīng)用;然而,JPEG2000算法具有較高的復(fù)雜性和不完善之處,并不適用于雷達(dá)圖像。本文針對(duì)船載航行數(shù)據(jù)記錄儀所記錄的雷達(dá)圖像的特點(diǎn),對(duì)JPEG2000算法的部分模塊進(jìn)行了改進(jìn),并設(shè)計(jì)了適合于

2、雷達(dá)圖像編碼器的VLSI結(jié)構(gòu),最終完成了雷達(dá)圖像記錄卡的設(shè)計(jì),具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 首先,針對(duì)雷達(dá)圖像的特點(diǎn),對(duì)JPEG2000算法中的直流電平平移模塊和量化模塊進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)分析直流電平平移與無(wú)直流電平平移兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn),得出雷達(dá)圖像不需要進(jìn)行直流電平平移的結(jié)論,減少了編碼過(guò)程的運(yùn)算,節(jié)省了硬件開(kāi)銷,提高了編碼性能。根據(jù)人眼的視覺(jué)特性,建立了彩色雷達(dá)圖像碼流長(zhǎng)度與紅、綠、藍(lán)三分量分量量化步長(zhǎng)之間的數(shù)學(xué)模型,得到了最優(yōu)的

3、三分量量化步長(zhǎng)間的比例關(guān)系。為了便于硬件實(shí)現(xiàn),采用三分量量化步長(zhǎng)間的比例因子為整數(shù)的方法,且整數(shù)為2的整數(shù)次冪。
　　 接著,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要記錄的雷達(dá)圖像幀數(shù),設(shè)計(jì)了三種二維離散小波變換的VLSI結(jié)構(gòu),分別為:基于時(shí)間差的2D-DWT的VLSI結(jié)構(gòu),其每個(gè)時(shí)鐘周期的吞吐量為2;基于SISO的2D-DWT的VLSI結(jié)構(gòu),其每個(gè)時(shí)鐘周期的吞吐量為1;低復(fù)雜度的2D-DWT的VLSI結(jié)構(gòu),其每2個(gè)時(shí)鐘周期的吞吐量為1。與同類吞吐量的VL

4、SI結(jié)構(gòu)相比,這三種結(jié)構(gòu)在硬件開(kāi)銷方面均具有較好的表現(xiàn)。
　　 提出了一種基于遺傳算法的小波濾波器系數(shù)有理化的方法,解決了浮點(diǎn)型9/7小波濾波器系數(shù)難于硬件實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,降低了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。同時(shí),提出了一種計(jì)算多級(jí)離散小波變換整數(shù)位數(shù)的方法,確定了離散小波變換數(shù)據(jù)整數(shù)部分的最佳寬度。
　　 然后,設(shè)計(jì)了一種嵌入式塊編碼的VLSI結(jié)構(gòu)。由于嵌入式塊編碼中的位平面編碼采用位運(yùn)算,在圖像編碼的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中消耗了大量的時(shí)間,因此位平

5、面編碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成為了提高編碼速度的關(guān)鍵。研究了現(xiàn)有的位平面編碼VLSI結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種條帶列與編碼通道全并行的VLSI結(jié)構(gòu),解決了內(nèi)部存儲(chǔ)資源占用率高的問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一個(gè)條帶列的三種編碼操作,從而可以達(dá)到每個(gè)時(shí)鐘周期處理4個(gè)樣本的吞吐量。
　　 最后,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)圖像記錄卡。根據(jù)前面所設(shè)計(jì)的并行處理實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),采用Xilinx公司的XC3S2000 FPGA,設(shè)計(jì)了雷達(dá)圖像記錄卡。根據(jù)中國(guó)船級(jí)社頒發(fā)的