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          基于FPGA的速率自適應(yīng)圖像抽取算法

          作者:裴楠 李珂 時間:2014-02-13 來源:摘自《電子發(fā)燒友》 收藏

            可視化是深空探測任務(wù)中的重要需求,但受信道帶寬的限制,無法實時傳輸所有載荷數(shù)據(jù),因此星載復(fù)接中圖像的抽取下傳是實現(xiàn)任務(wù)可視化的關(guān)鍵。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/221482.htm

            本文設(shè)計了一種抽取方法,適用于深空探測航天器載荷自主管理和可視化應(yīng)用。通過圖像幀識別、指針管理和數(shù)據(jù)篩選實現(xiàn)圖像抽幀回放算法,具有圖像完整、實時,速率自適應(yīng)的特點。該方法在某探測器工程項目中采用進行了實現(xiàn),經(jīng)測試、試驗驗證,滿足工程可視化要求。

            0 引言

            隨著深空探測任務(wù)需求的發(fā)展,星上數(shù)據(jù)流呈現(xiàn)復(fù)雜化、多樣化,對在軌數(shù)據(jù)處理的需求迅速增長,地面可視化是深空探測工程任務(wù)的重要需求之一,在軌圖像的存儲和實時抽取下傳是解決可視化需求的關(guān)鍵。實際工程中,圖像數(shù)據(jù)量與下行速率之間存在矛盾,工程應(yīng)用上需要獲取高分辨率的導(dǎo)致了數(shù)據(jù)速率的增加,而深空探測受數(shù)傳信道距離和速率的限制,無法實時下傳全部數(shù)據(jù)。因此需要在星載復(fù)接中對圖像進行處理,存儲圖像數(shù)據(jù)的同時對圖像進行整幀抽取,下傳最新的圖像,實現(xiàn)任務(wù)可視化。星載復(fù)接的功能是將多路不同格式的載荷數(shù)據(jù)按照高級在軌系統(tǒng)協(xié)議格式形成一路數(shù)據(jù)流,經(jīng)過切分、組幀形成多個虛擬信道數(shù)據(jù)單元(),存入大容量存儲芯片(),同時將大容量存儲芯片中的數(shù)據(jù)按照選定地址進行回放,并根據(jù)需求對回放數(shù)據(jù)進行篩選。

            針對上述需求,在星載復(fù)接存儲器的存儲回放過程中通過圖像幀識別、指針管理、數(shù)據(jù)篩選實現(xiàn)抽取速率自適應(yīng)的載荷圖像抽取方法,并通過進行實現(xiàn)和驗證,可為后續(xù)深空探測載荷數(shù)據(jù)管理任務(wù)提供技術(shù)參考。

            1 抽幀回放算法

            星載復(fù)接存儲器的功能為復(fù)接多路載荷圖像數(shù)據(jù),將復(fù)接后的數(shù)據(jù)流存入大容量存儲器,根據(jù)回放指令將固存中數(shù)據(jù)讀出,進行信道編碼后輸出至數(shù)傳。

            抽幀回放的過程應(yīng)結(jié)合復(fù)接存儲器的工作過程,由于一幅圖像數(shù)據(jù)量較大,復(fù)接器入口無法緩存整幅圖像,因此綜合考慮軟硬件開銷,設(shè)計在記錄時進行數(shù)據(jù)標記,抽取在存儲之后的回放過程中完成。

            抽取方法如圖1所示,圖像通過LVDS接口以串行形式輸入,在接口預(yù)處理模塊,將一幅圖像切分并填充為多個虛擬信道數(shù)據(jù)單元(),用于存儲和下傳。

            同時利用跟隨的門控信號判定圖像數(shù)據(jù)的頭尾,產(chǎn)生圖像幀頭、幀尾標識信號,以標識一幅完整的圖像。信息附加模塊將頭尾標識信號組織成附加信息,填入數(shù)據(jù)內(nèi)。

            為了保證回放的圖像總是最新的圖像數(shù)據(jù),需要知道最新圖像的幀頭 地址及幀尾VCDU 的存儲地址。因此在記錄過程中,使用一個最新圖像數(shù)據(jù)幀地址寄存器來記錄存儲器中最新圖像的幀頭幀尾VCDU地址,每收完一幅完整的圖像數(shù)據(jù)立即更新最新圖像數(shù)據(jù)幀地址寄存器中的地址信息,保證最新圖像數(shù)據(jù)幀地址寄存器中的地址為最新圖像數(shù)據(jù)的幀頭幀尾VCDU地址。

            回放時,收到數(shù)據(jù)請求信號,回放控制模塊從最新圖像數(shù)據(jù)幀地址寄存器中加載最新圖像地址,從此地址處依次回放,直到遇到了有尾幀標記字節(jié)的數(shù)據(jù)幀,完成一幅圖像的抽取回放,之后繼續(xù)加載最新圖像數(shù)據(jù)幀地址寄存器,進行下一幅圖像回放。

            由于采用數(shù)據(jù)復(fù)接設(shè)計,多路圖像會同時進入存儲器,以多種VCDU 的形式存在, 的頁操作導(dǎo)致每次回放出的數(shù)據(jù)為兩個VCDU,因此在備用符號域中設(shè)計附加信息,通過對附加信息的判讀濾除多余數(shù)據(jù),保證回放數(shù)據(jù)中充滿有效抽取圖像。

            回放的速率取決于下行信道的速率,工程中由上級的回放請求信號控制。在每次請求到來時,均加載預(yù)先存入的最新圖像地址,既保證了圖像實時性,又達到了抽取速率自適應(yīng)的要求。

            抽幀回放算法主要考慮三個方面:抽取圖像為完整的載荷圖像數(shù)據(jù);當前抽取出的圖像為最新數(shù)據(jù);抽取算法對抽取速率自適應(yīng)。

            1.1 完整性設(shè)計

            輸入圖像數(shù)據(jù)由接口模塊生成VCDU,不同載荷數(shù)據(jù)通過VCID 被區(qū)分為不同類的VCDU,由于 采用頁操作模式,一頁的大小為2 KB,設(shè)計中一頁包含兩個VCDU.

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