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遥感图像上下文自适应编码硬件系统研究

遥感图像上下文自适应编码硬件系统研究

作者：陈昱成西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着光电传感器技术的发展,遥感图像的分辨率越来越大,给有限的传输带宽和储存空间带来了巨大压力。因此,遥感图像的压缩技术成为卫星遥感研究中一个非常关键的技术。本文的主要工作是设计针对遥感图像的高性能全硬件压缩编码器,实现基... 详细信息

随着光电传感器技术的发展,遥感图像的分辨率越来越大,给有限的传输带宽和储存空间带来了巨大压力。因此,遥感图像的压缩技术成为卫星遥感研究中一个非常关键的技术。本文的主要工作是设计针对遥感图像的高性能全硬件压缩编码器,实现基于上下文的自适应无损(近无损)图像编码(CALIC)。CALIC按照光栅扫描的顺序对图像进行连续处理,只需缓存当前编码行的前两行数据,其软解码压缩效果与JPEG2000相当,但编码端具有更低的计算复杂度,易于硬件实现。因此在遥感图像编码中,针对CALIC的硬件实现显得尤为重要。本文设计了多层控制单元,并通过有限状态机(FSM)产生不同的使能信号对各功能模块进行平稳控制。采用三组先入先出队列(FIFO)的组合有效地解决了串行数据转并行数据的需求。调用同步双端口RAM的IP核来实现统计数据的快速读取和保存。设计了八级流水线实现CALIC的预测编码部分,提高了编码速度,并通过多种使能信号的合理组合解决了流水线中数据传输次序的问题。其中调用除法器IP核来实现CALIC中的除法运算,缩短了设计时间,提高了效率。最后将多种编码模式进行了高效复用,有效减小了电路规模。通过在Xilinx公司的ISE Design Suite 14.6开发软件下进行仿真分析,表明本文设计的CALIC硬件编码器在Virtex-6 XC6VSX315T芯片上能够达到106MHz的时钟频率。所设计的图像压缩编码器与基于Virtex-6 XC6VSX315T的现场可编程门阵列(FPGA)开发板上的外设端口相连,能够完成遥感图像的压缩任务。CALIC硬件编码器能够达到每14个时钟周期处理一个像素的处理速度,因此每秒能够完成28帧512×512的遥感图像压缩任务。

关键词：图像压缩 CALIC 算数编码 FPGA

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多重随机序列在算术编码中的应用

信息安全与通信保密 2012年第4期10卷 102-104页

作者：周明冯民富四川大学数学学院四川成都610064

算术编码凭借其高效的压缩比以及适度的编码效率,在图像压缩技术标准(比如JPEG等)中有着重要的地位。该算法仅仅依赖于一个参数:信源符号出现的概率。该概率决定了压缩编码的效率,同时也决定了编码过程中信源符号的间隔。然而,经典的算... 详细信息

算术编码凭借其高效的压缩比以及适度的编码效率,在图像压缩技术标准(比如JPEG等)中有着重要的地位。该算法仅仅依赖于一个参数:信源符号出现的概率。该概率决定了压缩编码的效率,同时也决定了编码过程中信源符号的间隔。然而,经典的算术编码都没有考虑信源符号输入序列的内在结构,仅仅是考虑单个的符号。这些连续的输入组合中的某些组合若大量出现在信源符号中,就有必要考虑这些组合的出现概率了。而最终需要给哪些特定的组合分配编码区间,以及是否有行之有效的分配算法,都需要考虑。

关键词：算数编码数据压缩序列组合概率

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基于混沌理论的自适应算术编码算法

广东技术师范学院学报 2014年第11期35卷 5-9页

作者：姜熙哲东北大学软件学院辽宁沈阳110002

该算法是基于混沌变换的自适应算数编码的加密压缩联合算法,仔细分析了这种加密压缩联合算法中的密钥空间、随机性、信息熵、压缩率、编码速率等多项指标,对算法进行了评估.经过大量实验进行对照测试,实验结果说明,这种算法同样大幅度... 详细信息

该算法是基于混沌变换的自适应算数编码的加密压缩联合算法,仔细分析了这种加密压缩联合算法中的密钥空间、随机性、信息熵、压缩率、编码速率等多项指标,对算法进行了评估.经过大量实验进行对照测试,实验结果说明,这种算法同样大幅度提高了加密压缩联合算法输出流中的概率分布和信息熵.算法的压缩率不受影响,但安全性有所提高.

关键词：混沌联合编码算数编码

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基于空间组学数据的压缩和网络传输技术

基于空间组学数据的压缩和网络传输技术

作者：屈康西安电子科技大学

学位级别：硕士

空间转录组学(Spatial Transcriptomics)作为一个新兴的技术和研究领域,为揭示细胞内部机制和疾病的发生机理提供了新的视角和手段,有助于促进疾病的早期诊断和治疗,具有广泛的研究和应用前景。但随着技术的不断发展,其产生的数据量也... 详细信息

空间转录组学(Spatial Transcriptomics)作为一个新兴的技术和研究领域,为揭示细胞内部机制和疾病的发生机理提供了新的视角和手段,有助于促进疾病的早期诊断和治疗,具有广泛的研究和应用前景。但随着技术的不断发展,其产生的数据量也愈发庞大,给数据存储和全球数据分发带来了巨大的挑战,严重阻碍了相关科学研究的发展。本文针对空间转录组学压缩和传输中的两大核心问题:1)压缩比低压缩速度慢,2)数据传输效率低,开展基于空间组学数据的压缩和网络传输技术的研究。主要研究工作包括:(1)针对空间转录组学测序FASTQ文件中占比较大的序列和质量分数部分,分别提出了基于轻量级匹配的序列压缩算法(LMGC)和Z字形自适应质量分数压缩算法(ZAQC)。LMGC算法采用轻量级的hash比对方式,并对参考序列中匹配位置使用位平面编码进行优化,同时采用自适应算数编码器对错配碱基进行进一步压缩,其压缩比相比GZIP算法提高了4.41倍。ZAQC算法对质量分数采用独特的Z字形顺序读取方式,并引入了复合上下文模型来驱动自适应算术编码器进行编码压缩,其压缩比相比GZIP算法提高了2.17倍。值得注意的是,LMGC和ZAQC算法具有普适性,在二代测序数据上也有不错的压缩效果。(2)针对空间转录组学测序数据,设计了空间转录组学FASTQ压缩算法(STFC),该算法结合以上多种算法并利用多文件之间的冗余性,整体压缩比相比GZIP算法提高了5.10倍。并针对空间条形码数据提出了空间条形码序列压缩算法(SBGC),通过字典压缩算法和自适应算数编码器对其进行压缩,其压缩比相比GZIP算法提高了4.96倍。为了进一步提高压缩速度,还采用了多线程分块压缩的技术,成功地缩短了压缩时间。通过这些优化措施,STFC在综合压缩性能上达到了较为领先的水平。(3)针对空间转录组学数据传输设计了空间转录组学自适应传输系统(STATS),该系统中的自适应传输协议结合了KCP和TCP协议的优点,在弱通讯网络环境下通过占用额外4%的带宽,将传输速度相比TCP协议提高了1.5-2.5倍。为了保证文件传输的完整性和可靠性,该系统采用基于分块的校验和传输机制,并在此基础上实现了断点续传和多线程传输等功能。STATS系统有效提高了空间转录组学数据传输的效率和可靠性,同时大幅减少了数据传输的时间。本文提出的STFC算法和STATS系统有效地解决了现阶段空间转录组学数据存储和传输所面临的诸多问题,同时也在相关领域填补了空白。

关键词：空间转录组学 FASTQ 基于参考基因组压缩算数编码 KCP

基于同态加密的电力计量数据抗泄露加密系统设计

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计算技术与自动化 2023年第3期42卷 118-123页

作者：赵颖范杏元广东电网有限责任公司广州供电局广东广州510000

为保障电力计量数据安全,避免数据流失导致用户隐私泄露,设计了基于同态加密的电力计量数据抗泄露加密系统。系统通过传输层供电站、配电中心、变电站以及输电中心为用户提供优质电能,用户使用电能后产生电力计量数据;利用采集层智能电... 详细信息

为保障电力计量数据安全,避免数据流失导致用户隐私泄露,设计了基于同态加密的电力计量数据抗泄露加密系统。系统通过传输层供电站、配电中心、变电站以及输电中心为用户提供优质电能,用户使用电能后产生电力计量数据;利用采集层智能电表实时采集用户电力计量数据,并每间隔小时通过网络层传输所采集数据至数据层;数据层采用数据聚合器合并所接收数据,同时由其内置密码编码器对数据进行初步加密处理,加密后数据暂存于数据聚合器内,而后每月定时传输至处理层;处理层利用密钥生成器对所接收电力计量数据生成专属密钥,并采用同态加密技术实现电力计量数据加密控制。系统测试结果表明,该系统可实现电力计量数据的加密处理,防止非系统用户查询,避免电力计量数据泄露,系统抗攻击能力为0.98以上,具备较强的电力计量数据抗泄露加密性能。

关键词：同态加密电力计量数据抗泄露加密系统数据聚合器算数编码

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