雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法
2023-09-17 13:56:40 3
專利名稱：雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法
技術領域：
本發明涉及雷達的傳輸，特別涉及一種用於雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法。
二.
背景技術：
雷達作為一種超視距傳感器，在國防、國土資源勘探等有著舉足輕重的作用。雷達技術的發展過程中，雷達組網、數據融合技術已成為主要發展趨勢，雷達數據的實時傳輸問題日益突出。傳統的多根電纜傳輸方式存在著連接複雜、可靠性低、抗幹擾能力差、傳輸損耗大等缺點[1][2]。光纖傳輸高速，但在實際應用中存在接線需要專用工具、費時費力、成本較高等問題[3]。
三.
發明內容
根據上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法，本發明採用軍用被復雙絞線完成雷達視頻圖像的實時傳輸，較好的解決了現有方法的不足。
本發明的雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法，包括以下步驟1)將分別位於雷達車、指揮車上的編碼板、解碼板兩部分，通過兩個RS485口，以雙絞線形式連接，雷達車、指揮車之間設有主信道和副信道；2)編碼板對雷達視頻數據壓縮後通過主信道傳送給解碼板進行解碼，解碼後的回波數據直接送給圖形顯示終端；3)兩車之間的信令通訊通過副信道進行，雷達車向指揮車傳送包含波束位置、量程、雷達工作狀態等重要信息的波束屬性碼，指揮車向雷達車發送命令控制碼，同時副信道在主信道出錯時向解碼板重傳出錯波束數據；4)主信道通訊採用單工方式，只發不收；傳輸協議為標誌+數據長度+波束數據+校驗和；與常用RS232的10位數據幀格式不同，此信道提出了獨特的34位數據幀格式，並用FPGA實現了基於該種幀格式的異步收發驅動器；標誌用於區分首幀和差值，數據長度為波束數據壓縮後的字節個數；發送方為編碼板的編碼器，接受方為解碼板的解碼器；接受方根據校驗和判斷傳輸過程是否出錯。若出錯，解碼器立即以中斷方式通知位於解碼板的主通訊控制器，主通訊控制器向位於編碼板上的通訊控制器請求重發該波束回波數據；編碼器和通訊控制器之間設有RAM，用於備份波束數據；5)副信道採用半雙工方式通訊，有甲、乙兩個通訊控制器分別位於解碼板和編碼板上，兩者之間收發角色通過令牌來協調編碼板及解碼器通訊請求；副信道傳輸協議特徵碼+數據長度+傳輸內容+校驗和；由特徵碼來確定傳輸內容；對來自操控臺的操作控制碼單獨設立接受方；解碼板收到的回波數據出錯時，甲通訊控制器向位於編碼板上的乙通訊控制器請求重發數據；主信道的通訊並不因此而中斷，解碼器放棄出錯波束數據，備份該波束屬性數據，當一幀中其餘波束數據處理完之後，處理經副信道重傳的波束數據；副信道傳輸內容來自指揮車的操控碼，波束屬性碼，出錯波束數據。
本發明的另一特點是，所述主信道和副信道之間的關係是(1)、在編碼板上，編碼器和乙通訊控制器之間設有用於存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器，編碼器不斷刷新SRAM內容，通訊控制器收到來自主通訊控制器的請求後，從SRAM獲取備份波束數據。兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權；(2)、在解碼板上，解碼器和甲通訊控制器之間除了存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器之外，解碼器還可以硬中斷方式通知甲通訊控制器，請求重發出錯波束數據；解碼器僅在發出請求重發信號後才檢測甲通訊控制器是否對SRAM刷新結束，若結束，立即以DMA方式從SRAM讀取波束數據，兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權；(3)、甲通訊控制器還擔負從操控臺讀取操控命令的任務。與操控臺相連的接受方以並行數據方式向甲通訊控制器提供數據。
四.
圖1是本發明所採用的算法框圖；圖2是基於EZW的無損圖像編碼框架；圖3是算術編碼中的歸一化示圖；圖4是本發明的一個實施例的硬體平臺框圖；圖5是本發明實施例的四DSP分時工作時序圖。
五.
具體實施例方式
以下結合附圖和發明人給出的具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
本發明的硬體系統包括分別位於雷達車、指揮車上的編碼板、解碼板兩部分，通過兩個RS485口，以雙絞線形式連接，通訊距離最近為500m。雷達車、指揮車之間設有兩個信道(以主信道、副信道區分)。編碼板對回波數據壓縮後通過主信道傳送給解碼板進行解碼，解碼後的回波數據直接送給圖形顯示終端。兩車之間的通訊通過副信道進行，雷達車向指揮車傳送包含波束位置、量程、雷達工作狀態等重要信息的波束屬性碼，指揮車向雷達車發送命令控制碼，同時副信道在主信道出錯時向解碼板重傳出錯波束數據。
主信道通訊採用單工方式，只發不收。傳輸協議為標誌+數據長度+波束數據+校驗和。標誌用於區分首幀和差值，數據長度為波束數據壓縮後的字節個數。發送方為編碼板的編碼器，接受方為解碼板的解碼器。接受方根據校驗和判斷傳輸過程是否出錯。若出錯，解碼器立即以中斷方式通知主通訊控制器(位於解碼板)，通訊主控制器向位於編碼板上的通訊控制器請求重發該波束回波數據。編碼器和通訊控制器之間設有RAM，用於備份波束數據。
副信道採用半雙工方式通訊，有兩個通訊控制器(AT89C55)分別位於解碼板和編碼板上(由甲、乙通訊控制器區分)，兩者之間收發角色通過令牌來協調編碼板及解碼器通訊請求。對來自操控臺的操作控制碼單獨設立接受方。解碼板收到的回波數據出錯時，甲通訊控制器向位於編碼板上的乙通訊控制器請求重發數據。主信道的通訊並不因此而中斷，解碼器放棄出錯波束數據，備份該波束屬性數據，當一幀中其餘波束數據處理完之後，處理經副信道重傳的波束數據。副信道傳輸協議特徵碼+數據長度+傳輸內容+校驗和。由特徵碼來確定傳輸內容。副信道傳輸內容來自指揮車的操控碼，波束屬性碼，出錯波束數據(僅在主信道出錯時才傳)。
主、副信道之間關係比較密切(1)、在編碼板上，編碼器和乙通訊控制器之間設有用於存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器，編碼器不斷刷新SRAM內容，通訊控制器收到來自主通訊控制器的請求後，從SRAM獲取備份波束數據。兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權。
(2)、在解碼板上，解碼器和甲通訊控制器之間除了存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器之外，解碼器還可以硬中斷方式通知甲通訊控制器，請求重發出錯波束數據。解碼器僅在發出請求重發信號後才檢測甲通訊控制器是否對SRAM刷新結束，若結束，立即以DMA方式從SRAM讀取波束數據。兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權。
(3)、甲通訊控制器還擔負從操控臺讀取操控命令的任務。與操控臺相連的接受方以並行數據方式向甲通訊控制器提供數據。
算法基本原理雷達回波信號是一種非平穩的隨機過程，其固有信息熵很大，單純用無損壓縮算法無法達到2倍以上的壓縮比，因此引入可逆整數小波變換，採用基於可逆整數小波變換的有損壓縮方案。算法框圖參見圖1。
算法方案引入了可逆小波變換，小波變換對回波數據解相關，使得能量更為集中，提供了一種數據的多解析度的緊湊表示。進行小波變換前，需要進行對稱擴展，這是為了滿足小波濾波器進行卷積運算時的需要。小波濾波器的選擇對壓縮算法的性能有著至關重要的影響。本算法選用計算複雜性、可重構性較好的5-3濾波器。嵌入式小波零樹編碼根據小波係數的重要性次序對其進行編碼，這裡小波係數的重要性由其對圖像復現貢獻的大小衡量。最後，熵編碼充分利用了經過小波變換以後同一頻帶內和不同頻帶之間仍然存在的冗餘，進一步提高了壓縮效率。
1).嵌入式小波零樹編碼嵌入式小波零樹框架對圖像壓縮問題提供了一種極好的解決方案。由Shapiro提出的嵌入式小波零樹編碼(EZW)及由Said和Pearlman對其改進而提出的分級樹集合劃分方法(SPIHT)均顯示出基於小波壓縮方案高的壓縮比和較低的計算複雜性。
基於EZW的無損圖像編碼框架由三部分組成1)可逆離散小波變化；2)小波係數的分級分類和選擇；3)context-modeling-based.(算術)熵編碼；如圖2所示從圖2的框圖不難看出，在每一部分都需要作出選擇，1)第一步選擇小波濾波器；2)第二步選擇合適的小波係數分類方式；3)第三步為熵編碼器選擇上下文模型。使用合適的小波濾波器可以最大程度的降低數據的相關性，對所產生的小波係數進行適當的分類和分類以及為算術編碼選擇合適的上下文模型都會提高壓縮效率。對於圖像壓縮應用來說，三步模型的性能取決於所有三個模塊。每一步必須與其他兩步很好的結合才會產生最優、緊湊和可嵌入式碼流。
第一步中，小波變換對圖像數據解相關，使得能量集中，提供了一種圖像多解析度的緊湊表示。在這一步中，小波濾波器的選擇對壓縮算法的性能有著至關重要的影響。對於無損圖像壓縮來說，可逆整數小波變換由於能完成整數到整數的映射而得到比較廣泛的應用。實驗結果表明，在所選擇的濾波器中，(5，3)濾波器整體性能最優。
在第二步，根據小波係數的重要性次序對其進行編碼，這裡小波係數的重要性根據其對圖像復現貢獻的大小衡量。EZW和SPIHT都是根據小波係數的絕對值大小決定其重要性。在漸進傳輸應用中，選擇準則決定逐次逼近的位分配策略，因此對重構圖像的保真度具有非常重要的作用。在EZW中，Shapiro定義了重要性圖。重要性圖中，每一二進位數值表示其相應位置的係數對於給定閾值是否重要。對小波係數的逐次逼近是通過改變閾值產生重要性圖而實現的。
最後，熵編碼充分利用經過小波變換以後同一頻帶內和不同頻帶之間仍然保持的關係。這種關係表現為相鄰係數重要性數值及父和子重要性數值之間的統計依賴性。基於前文的算術編碼方案使用了鄰域上下文以利用高階熵。
2).熵編碼器申請人採用算術編碼算法作為熵編碼器，其基本原理如下編碼器的狀態用兩個變量L(有界區間的低端點)和R(區間寬度)記錄，為了便於討論，假定L和R是實數，界於0與1之間。在具體實現時，可以時整數，不斷被按2的冪縮放。
①初始L＝0，R＝1。
假設P＝[pi]是歸一化的概率分布，有i=1npt=1.]]>定義low[i]=j=1i-1pj,]]>信源字母表中i之前的所有字母的累計概率。同樣定義low[n+1]＝1。
②L←L+R×low[i]③R←R×pi④為了解決精度和溢出問題，必須加上這一步(重歸一化)while R＜0.25do(a)if L+R＜0.5 then bit_plus_follow(0)(b)else if 0.5≤L then bit_plus_follow(1)Set L←L-0.5(c)ElseSet bits_outstanding← bits_outstanding+1Set L←L-0.25(d)Then，for all cases，Set L←2×L and R←2×R⑤To peeform bit_plus_follow(b)(a)write_one_bit(b)(b)Use write_one_bit(1-b)to output bits_outstanding bits ofthe opposite polarity(c)Set bits_outstanding←0.
這種在每次編碼一個符號之前保持R≥0.25使得L和R的精度只比概率pi的精度最多多兩位。
圖3對應於第4步中的(a)、(b)、(c)，圖(a)中，輸出的比特顯然為0，L和R相應得到調整。第二種情況(圖(b))，輸出1。特殊的是第三種情況，當R＜0.25，同時L和L+R分別位於0.5的兩側，要輸出的比特無法確定，它取決於要輸入的下一個符號，然而我們可以知道，緊接著當前輸出的比特的下一個比特必定與當前要輸出的比特相反。所以在第三種情況下，並不輸出，但仍然對L和R擴展，只是記錄這種情況(用bits_outstanding)以在下一次額外輸出與要輸出比特相反的比特數。
解碼器與此過程相反。給定一個碼c，解碼器必須確定產生碼c的m個符號序列。假定V是進入c的當前窗口，與L和R精度相同。邊界L和R分別重新初始化為0和1，在第一個符號之前，V必須初始化為比特流c的開始數個比特。
①確定i，使low[i]≤(V-L)/R＜low[i+1]②L←L+R×low[i]③R←R×pi④除L倍增之外，把V與編碼器中的L同樣對待，V的倍增通過從編碼比特流中讀取1位，把V左移後加入V的最低位。
⑤輸出符號i。
本發明所選用的硬體結構由於算法複雜性較高，單個DSP已無法勝任計算工作，同時考慮到以後的計算冗餘，設計了含有四個DSP的硬體平臺，採用流水線機制。編碼板和解碼板具有完全一樣的硬體結構，減少了調試和製版的工作量。由於解碼板與編碼板具有相同的結構，因此不再單獨畫出。
硬體平臺如圖4所示，四片DSP晶片通過地址總線、數據總線互連，彼此可共享片內存儲器。系統輸入數據通過緩衝(BUF)進入雙埠存儲器，FPGA1根據時序信號完成雙埠存儲器的尋址和寫入信號，並擔任定時器的功能，送出四個決定DSP開始工作的觸發信號，實現系統的流水線工作方式。收到工作指令的DSP從雙埠存儲器獲得待處理的回波數據，開始編碼。
四個處理器的工作時序如圖5所示。完成編碼任務的DSP通過其鏈路口數據送入FPGA2，FPGA2完成數據的並串轉換，以異步串行方式將數據送出。解碼板工作方式與編碼板相同，這裡不再贅述。
、參考文獻[1]田爾文，雷達信號傳輸與處理及其模塊化應用，微電子學，1994年01期，第24卷第1期，p75-81。
楊梅，機載PD火控雷達系統1553B總線驅動層與傳輸層軟體界面分析，現代雷達，1994年4月，第2期。P50-56。
8mm雷達基於並口的高速數據傳輸研究，系統工程與電子技術，2001年第2期。第23卷2期。
權利要求
1.一種雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法，其特徵在於，包括以下步驟1)將分別位於雷達車、指揮車上的編碼板、解碼板兩部分，通過兩個RS485口，以雙絞線形式連接，雷達車、指揮車之間設有主信道和副信道；2)編碼板對回波數據壓縮後通過主信道傳送給解碼板進行解碼，解碼後的回波數據直接送給圖形顯示終端；3)兩車之間的通訊通過副信道進行，雷達車向指揮車傳送包含波束位置、量程、雷達工作狀態等重要信息的波束屬性碼，指揮車向雷達車發送命令控制碼，同時副信道在主信道出錯時向解碼板重傳出錯波束數據；4)主信道通訊採用單工方式，只發不收；傳輸協議為標誌+數據長度+波束數據+校驗和；採用34位數據幀格式，並用FPGA實現基於該種幀格式的異步收發驅動器；標誌用於區分首幀和差值，數據長度為波束數據壓縮後的字節個數；發送方為編碼板的編碼器，接受方為解碼板的解碼器；接受方根據校驗和判斷傳輸過程是否出錯，若出錯，解碼器立即以中斷方式通知位於解碼板的主通訊控制器，主通訊控制器向位於編碼板上的通訊控制器請求重發該波束回波數據；編碼器和通訊控制器之間設有RAM，用於備份波束數據；5)副信道採用半雙工方式通訊，有甲、乙兩個通訊控制器分別位於解碼板和編碼板上，兩者之間收發角色通過令牌來協調編碼板及解碼器通訊請求；副信道傳輸協議特徵碼+數據長度+傳輸內容+校驗和；由特徵碼來確定傳輸內容；對來自操控臺的操作控制碼單獨設立接受方；解碼板收到的回波數據出錯時，甲通訊控制器向位於編碼板上的乙通訊控制器請求重發數據；主信道的通訊並不因此而中斷，解碼器放棄出錯波束數據，備份該波束屬性數據，當一幀中其餘波束數據處理完之後，處理經副信道重傳的波束數據；副信道傳輸內容來自指揮車的操控碼，波束屬性碼，出錯波束數據。
2.如權利要求1所述的雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法，其特徵在於，所述主信道和副信道之間的關係是(1)、在編碼板上，編碼器和乙通訊控制器之間設有用於存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器，編碼器不斷刷新SRAM內容，通訊控制器收到來自主通訊控制器的請求後，從SRAM獲取備份波束數據。兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權；(2)、在解碼板上，解碼器和甲通訊控制器之間除了存儲備份波束數據的SRAM和總線控制器之外，解碼器還可以硬中斷方式通知甲通訊控制器，請求重發出錯波束數據；解碼器僅在發出請求重發信號後才檢測甲通訊控制器是否對SRAM刷新結束，若結束，立即以DMA方式從SRAM讀取波束數據，兩者之間以握手信號通過總線控制器獲得對SRAM的控制權；(3)、甲通訊控制器還擔負從操控臺讀取操控命令的任務；與操控臺相連的接受方以並行數據方式向甲通訊控制器提供數據。
全文摘要
本發明公開了一種雷達視頻數據實時壓縮解壓縮傳輸方法，將分別位於雷達車、指揮車上的編碼板、解碼板兩部分，通過兩個RS485口，以雙絞線形式連接，雷達車、指揮車之間設有主信道和副信道；編碼板對回波數據壓縮後通過主信道傳送給解碼板進行解碼，解碼後的回波數據直接送給圖形顯示終端；兩車之間的通訊通過副信道進行，雷達車向指揮車傳送包含波束位置、量程、雷達工作狀態等信息的波束屬性碼，指揮車向雷達車發送命令控制碼，同時副信道在主信道出錯時向解碼板重傳出錯波束數據；主信道通訊採用單工方式，只發不收；傳輸協議為標誌+數據長度+波束數據+校驗和；副信道採用半雙工方式通訊，傳輸協議為特徵碼+數據長度+傳輸內容+校驗和。
文檔編號G01S13/00GK1410780SQ0213947
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月16日 優先權日2002年10月16日
發明者薛建儒, 鄭南寧, 鄭朝暉, 寧軍 申請人:西安交通大學