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无损数据压缩IP设计与实现

无损数据压缩IP设计与实现

作者：王颖中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

学位级别：硕士

近年来,人类探索宇宙空间奥秘的进程加快。随着空间科学任务的要求越来越高以及科学探测设备和技术的不断发展,探测任务越来越多元化,探测器采集的数据量剧增,原始数据信息的传输、存储和处理的困难亟待解决,而数据压缩技术正是缓解这... 详细信息

近年来,人类探索宇宙空间奥秘的进程加快。随着空间科学任务的要求越来越高以及科学探测设备和技术的不断发展,探测任务越来越多元化,探测器采集的数据量剧增,原始数据信息的传输、存储和处理的困难亟待解决,而数据压缩技术正是缓解这些压力的重要技术,因此,无损数据压缩技术已经成为了空间科学领域中的重要研究课题之一。本文进行的主要研究工作以及取得的成果主要包括以下三点:（1）对无损压缩算法的发展和研究现状进行调研,分析对比了在空间科学任务中常用的无损数据压缩算法的优缺点,归纳了通用的无损数据压缩技术研究现状中存在的问题。其中,CCSDS（The Consultative Committee for Space Data Systems）提出的基于RICE编码的通用无损数据压缩算法对硬件实现友好,结构简单,压缩比在1.6～3.0之间,所以,本文在RICE算法的基本框架上进行研究。（2）针对RICE算法的缺点进行优化探究,设计了一种面向空间科学数据的通用的无损数据压缩算法,具有结构简单、高压缩比的特点。该算法由线性一阶单位时间延迟预测和混合熵编码组成。线性一阶单位时间延迟预测可以利用空间科学数据的时间相关性消除冗余,使得原始数据转变为信息熵更低、更利于熵编码的预测误差数据。该预测方法计算复杂度低,有利于在资源和计算能力有限的星载设备上实现。混合熵编码充分利用预测误差分布的稀疏性和数据编码冗余性,创新性提出分为高熵编码和低熵编码两种不同的编码模式对数据进行编码,进一步提升了压缩效率。不同数据集测试的结果表明,本文提出的算法的压缩比在2.3～5.5之间,相比RICE算法,压缩比平均提升约23%。（3）针对本文提出的算法,设计并实现了基于FPGA的无损数据压缩系统方案,创新性提出对码表进行“升维”操作,减少了码表查询操作的复杂度,以较小的资源开销换得压缩速度的有效提升。最后,通过功能仿真和静态时序分析,设计的无损数据压缩系统可允许的最大工作频率为44.835MHz。

关键词：无损数据压缩单位时间延迟预测混合熵编码码表查询

CCSDS无损数据压缩算法的实现与应用研究

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中国空间科学技术 2008年第4期28卷 40-46页

作者：朱云华王凤阳刘泳董勇山东航天电子技术研究所烟台264000

无损数据压缩是航天应用和遥感系统的重要业务之一。对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推荐的数据无损压缩标准进行了分析研究,讨论了其推荐算法的基本原理和编码方法,然后基于DSP(数字信号处理器)实现了该算法并对代码进行了优化。实验... 详细信息

无损数据压缩是航天应用和遥感系统的重要业务之一。对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推荐的数据无损压缩标准进行了分析研究,讨论了其推荐算法的基本原理和编码方法,然后基于DSP(数字信号处理器)实现了该算法并对代码进行了优化。实验结果表明,DSP实现的CCSDS标准的无损数据压缩算法的数据处理速率可达11Mbit/s,可用于那些不需要很高数据吞吐率的星上数据处理任务。最后讨论了CCSDS无损数据压缩标准是如何融入CCSDS体制的星载数据系统中的。

关键词：无损数据压缩数字信号处理国际标准航天遥感

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无损数据压缩在存储测试系统中的应用研究

测试技术学报 2004年第Z1期18卷 165-168页

作者：谢浔张志杰裴东兴华北工学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 华北工学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 华北工学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

本文探讨了无损数据压缩技术在存储测试系统中的应用.通过对几种常用的无损数据压缩方法比较,验证了LZW算法在存储测试系统中应用的可行性,给出了LZW算法的基本思想及改进方法,并研究了利用VHDL及FPGA实现硬件压缩的可行性,并且实践验证... 详细信息

本文探讨了无损数据压缩技术在存储测试系统中的应用.通过对几种常用的无损数据压缩方法比较,验证了LZW算法在存储测试系统中应用的可行性,给出了LZW算法的基本思想及改进方法,并研究了利用VHDL及FPGA实现硬件压缩的可行性,并且实践验证了LZW算法在存储测试系统中具有较好的压缩效果.因此用FPGA实现无损数据压缩可以获得较高的速率,适合在存储测试系统以及微型数据采集系统中应用.

关键词：存储测试数据采集无损数据压缩 LZW算法 FPGA

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无损数据压缩在数据采集系统中的应用探讨

华北工学院学报 2003年第1期24卷 69-72页

作者：靳鸿裴东兴祖静华北工学院电子工程系山西太原030051

　目的　探讨无损数据压缩在数据采集系统中的应用.方法　通过对几种常用的无损数据压缩方法比较,验证了LZW算法在数据采集系统中应用的可行性,给出了LZW算法的基本思想及改进方法,并研究了利用VHDL及FPGA实现硬件压缩的可行性.结果　LZ... 详细信息

　目的　探讨无损数据压缩在数据采集系统中的应用.方法　通过对几种常用的无损数据压缩方法比较,验证了LZW算法在数据采集系统中应用的可行性,给出了LZW算法的基本思想及改进方法,并研究了利用VHDL及FPGA实现硬件压缩的可行性.结果　LZW算法在数据采集系统中具有较好的压缩效果.结论　用FPGA实现无损数据压缩可以获得较高的速率,适合在微型数据采集系统中应用.

关键词：无损数据压缩数据采集系统 LZW算法 FPGA

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智能配电网监测系统的无损数据压缩方案

广东电力 2021年第5期34卷 90-98页

作者：陈赟王宇雷中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北武汉430034 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074

为提高电力系统数据压缩方法的实时性和适应性,提出一种适用于智能配电网监测系统的无损数据压缩方案,该方案通过对当前监测数据的取值进行预测,计算实际值与预测值的残差,并对残差值进行改进的行程编码与霍夫曼编码,实现对智能配电网... 详细信息

为提高电力系统数据压缩方法的实时性和适应性,提出一种适用于智能配电网监测系统的无损数据压缩方案,该方案通过对当前监测数据的取值进行预测,计算实际值与预测值的残差,并对残差值进行改进的行程编码与霍夫曼编码,实现对智能配电网监测数据的无损压缩。预测方法采用基于2阶泰勒公式的预测法。通过对预测方法和压缩方案的分别仿真,证明所提预测方法和压缩方案各自的有效性。另外,所提的无损数据压缩方案无需添加时间窗,适用于对实时性要求较高的智能配电网监测系统。

关键词：智能配电网无损数据压缩残差计算预测方法行程编码

基于嵌入式系统Flash存储的无损数据压缩

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工业控制计算机 2010年第6期23卷 72-74页

作者：王红利石奋苏北方民族大学

如今嵌入式系统应用为各种行业提供了更先进的解决方案,这也使行业之间的数据交换复杂性提高,相应地也增加了系统对数据存储容量的需求。如何在不增加系统硬件存储器成本的前提下,提高系统的数据存储容量是目前嵌入式系统的设计与开发... 详细信息

如今嵌入式系统应用为各种行业提供了更先进的解决方案,这也使行业之间的数据交换复杂性提高,相应地也增加了系统对数据存储容量的需求。如何在不增加系统硬件存储器成本的前提下,提高系统的数据存储容量是目前嵌入式系统的设计与开发者急待探索与解决的问题。简要阐述了Flash存储结构和压缩原理,详细介绍了LZW压缩算法原理,并用实例说明了LZW压缩算法的压缩过程,通过代码调试验证了LZW无损数据压缩在Flash存储中的优势。

关键词：嵌入式系统 LZW数据压缩无损数据压缩

CCSDS无损数据压缩算法在分包遥测中的应用及其FPGA实现

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遥测遥控 2014年第2期35卷 43-47页

作者：黄佳曹金陈夏上海微小卫星工程中心上海200210

对CCSDS推荐的无损数据压缩算法（Rice算法）进行研究,介绍Rice算法的基本原理与编码方法以及如何应用到航天测控分包遥测体制中.通过优化Rice算法的FPGA实现,对实际某卫星遥测数据进行压缩试验,压缩比在1.4～2.1之间,对后续研制型号设... 详细信息

对CCSDS推荐的无损数据压缩算法（Rice算法）进行研究,介绍Rice算法的基本原理与编码方法以及如何应用到航天测控分包遥测体制中.通过优化Rice算法的FPGA实现,对实际某卫星遥测数据进行压缩试验,压缩比在1.4～2.1之间,对后续研制型号设计遥测存储、传输方案有一定指导意义.

关键词：分包遥测 CCSDS建议无损数据压缩 FPGA实现

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常用无损数据压缩算法的分析及研究

电子世界 2019年第4期 5-6页

作者：吕炳赟浙江大华技术股份有限公司

在信息时代下,各种数据信息不断增多,为减少对存储空间的占用,并进一步提高数据的传输效率,需要对数据进行压缩处理。在数据压缩的过程中,确保数据的无损性非常重要,无损数据压缩算法随之出现。基于此点,本文从数据信息压缩的重要意义... 详细信息

在信息时代下,各种数据信息不断增多,为减少对存储空间的占用,并进一步提高数据的传输效率,需要对数据进行压缩处理。在数据压缩的过程中,确保数据的无损性非常重要,无损数据压缩算法随之出现。基于此点,本文从数据信息压缩的重要意义分析入手,阐述了常用的无损数据压缩算法,最后设计了快速解压的无损数据压缩算法。

关键词：压缩格式无损数据压缩字典模型无损压缩解压缩

Rice无损数据压缩算法在网络传输中的应用

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电脑知识与技术 2008年第S2期3卷 177-177,55页

作者：徐志立冀津北京青年政治学院计算机系

本文主要阐述一种无损数据压缩算法在网络传输方面的进一步研究,作为网络传输中的数据包,算法设计中不但要考虑方法的有效性,同时还必须充分考虑工程应用的可靠性,而防止误码扩散是算法可靠性设计中要解决的首要问题。本文在数据传输可... 详细信息

本文主要阐述一种无损数据压缩算法在网络传输方面的进一步研究,作为网络传输中的数据包,算法设计中不但要考虑方法的有效性,同时还必须充分考虑工程应用的可靠性,而防止误码扩散是算法可靠性设计中要解决的首要问题。本文在数据传输可靠性的阐述中,着重分析了有意义范围内的图像特征,利用可靠性自适应的预测方案,可得到较好的去相关效果,从而达到增强算法工程可靠性的特点。

关键词：数据压缩算法 Rice 熵编码去相关网络数据传输变长编码可靠性设计算法设计无损数据压缩抗误码能力