多遙測(cè)圖像數(shù)據(jù)流的自動(dòng)拼接與自動(dòng)優(yōu)選技術(shù)

摘要 本文在介紹多遙測(cè)圖像解碼系統(tǒng)硬件、框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出可用于多遙測(cè)圖像數(shù)據(jù)流的自動(dòng)拼接及優(yōu)選技術(shù)，以此為圖像處理改進(jìn)提供理論和有效方法。

【關(guān)鍵詞】多遙測(cè)圖像數(shù)據(jù)流 圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)拼接 圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)選

為了克服遙測(cè)誤碼與丟幀等問(wèn)題對(duì)圖像及其現(xiàn)實(shí)造成的干擾和影響，并提高對(duì)數(shù)據(jù)的綜合處理能力，使圖像畫(huà)面得以真實(shí)、清晰且流暢的現(xiàn)實(shí)，需針對(duì)多遙測(cè)圖像數(shù)據(jù)流提出一套自動(dòng)拼接及優(yōu)選技術(shù)。

1 圖像解碼系統(tǒng)

提出一套針對(duì)多遙測(cè)圖像數(shù)據(jù)流的自動(dòng)拼接及優(yōu)選方法，同時(shí)將此作為核心研究并提出相應(yīng)的解碼系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)硬件部分

該系統(tǒng)選擇雙冗余熱備，包括A、B兩套硬件設(shè)備，每套設(shè)備配置相同。當(dāng)該系統(tǒng)接收1個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入時(shí)，每套設(shè)備接收同一遙測(cè)站A、B兩個(gè)平面數(shù)據(jù)，并從A、B平面數(shù)據(jù)中優(yōu)選一路數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)幀結(jié)構(gòu)挑路出圖像數(shù)據(jù)，分發(fā)給對(duì)應(yīng)的圖像解碼機(jī)進(jìn)行解碼、顯示。在系統(tǒng)同時(shí)接收多個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，設(shè)備仍可接收平面數(shù)據(jù)，然后從中優(yōu)選出數(shù)據(jù);站點(diǎn)切換時(shí)，能將航天任務(wù)需要作為依據(jù)，定義時(shí)序腳本，借助系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)快速切換，此外也支持手動(dòng)切換。

1.2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

1.2.1 原碼接收

該模塊先從若干站點(diǎn)A、B平面接收原碼，再依靠拼接算法，將平面與站點(diǎn)進(jìn)行異步拼接，以保證數(shù)據(jù)流可靠、正確。這一模塊主要采用以優(yōu)質(zhì)度綜合評(píng)價(jià)函數(shù)及滯環(huán)比較等為基礎(chǔ)的優(yōu)選算法，選取出優(yōu)質(zhì)度最高的平面，使數(shù)據(jù)源質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)依靠定時(shí)器與切換算法，根據(jù)時(shí)間規(guī)劃，對(duì)接收站點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)切換，進(jìn)而從根本上提高資源利用率。

1.2.2 圖像數(shù)據(jù)處理

該模塊對(duì)上一模塊的原碼實(shí)施挑路處理，再將完成處理的數(shù)據(jù)傳輸至發(fā)送模塊，其主要功能有：對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行驗(yàn)證，保證所得數(shù)據(jù)的正確性與可靠性;以幀結(jié)構(gòu)配置為依據(jù)，進(jìn)行挑路處理;于緩沖區(qū)當(dāng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供自適應(yīng)發(fā)送使用;分類存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與原碼。

1.2.3 圖像數(shù)據(jù)發(fā)送

由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等問(wèn)題會(huì)使系統(tǒng)接收到大量原碼，因解碼模塊用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量是有限的，一般無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。為確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定發(fā)送至解碼模塊，需采用可對(duì)發(fā)送速度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的技術(shù)措施，在緩沖區(qū)當(dāng)中的數(shù)據(jù)提升至門(mén)限值n以后，對(duì)發(fā)送速度予以加快，直至降低至另外一個(gè)門(mén)限值m，對(duì)發(fā)送速度予以恢復(fù)。此做法需用到滯環(huán)比較器，調(diào)節(jié)函數(shù)為：

上式中，當(dāng)v （K）為1時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速發(fā)送;當(dāng)v （K）為O時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)按正常速度發(fā)送;v （K-l）表示上一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送速度調(diào)節(jié)函數(shù);n與m均表示滯環(huán)門(mén)限，具有n>m的相互關(guān)系，其中n-般取10，m一般取5;ρ（k）為當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的圖像幀數(shù)量。

1.2.4 圖像數(shù)據(jù)解碼

該模塊主要接收經(jīng)壓縮處理后的圖像數(shù)據(jù)，再對(duì)這些圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、糾錯(cuò)與解碼后，發(fā)送至監(jiān)視器進(jìn)行顯示。該模塊主要功能有：根據(jù)配置信息，對(duì)壓縮后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收;借助編碼技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的糾錯(cuò);依靠解碼器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼，對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)予以還原;放大圖像數(shù)據(jù)，形成符合ITU-R 656標(biāo)準(zhǔn)的格式，并發(fā)送至監(jiān)視器。

2 圖像處理改進(jìn)

2.1 自動(dòng)拼接

以上解碼系統(tǒng)從若干站點(diǎn)平面接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因站點(diǎn)及平面不同，所以會(huì)使網(wǎng)絡(luò)路徑與數(shù)據(jù)源產(chǎn)生偏差，在接收端出現(xiàn)數(shù)據(jù)不同步等問(wèn)題。在對(duì)站點(diǎn)及平面進(jìn)行切換時(shí)，若強(qiáng)制切換原碼，則會(huì)使數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致解碼出現(xiàn)錯(cuò)誤。為確保圖像畫(huà)面能夠平滑過(guò)渡，切換時(shí)應(yīng)采用優(yōu)化處理機(jī)制。在下達(dá)切換指令后，系統(tǒng)對(duì)新、舊流順序進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，當(dāng)新流在前時(shí)，不對(duì)數(shù)據(jù)流予以切換，保持舊流的接收和發(fā)送，但對(duì)新流數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存;當(dāng)舊流幀計(jì)數(shù)和新流緩沖區(qū)第一幀技術(shù)相等時(shí)，開(kāi)始切換，對(duì)發(fā)送速度進(jìn)行上調(diào)，在新流緩沖區(qū)當(dāng)中的數(shù)據(jù)被清空以后，將發(fā)送速度恢復(fù)到正常。當(dāng)新流在后時(shí)，先不對(duì)數(shù)據(jù)流予以切換，下調(diào)發(fā)送速度，保持在線緩慢發(fā)送等待新流狀態(tài)，在新流幀計(jì)數(shù)和舊流幀計(jì)數(shù)相等后，開(kāi)始切換，將發(fā)送速度恢復(fù)到正常，以此完成數(shù)據(jù)拼接。

2.2 自動(dòng)優(yōu)選

2.2.1 優(yōu)質(zhì)度綜合評(píng)價(jià)

平面優(yōu)質(zhì)度除了和數(shù)據(jù)質(zhì)量息息相關(guān)，還會(huì)被上一時(shí)刻數(shù)據(jù)所影響，可見(jiàn)，優(yōu)質(zhì)度實(shí)際上是以前與當(dāng)前全部幀數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量的加權(quán)函數(shù)，如果當(dāng)前幀權(quán)重達(dá)到最大，則幀號(hào)越小，權(quán)重越低。通過(guò)量化處理可得到該函數(shù)遞歸計(jì)算公式：

一般的優(yōu)選過(guò)程都支持人工干預(yù)。人工干預(yù)完成后，將提示是否進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)選。如果不進(jìn)行，則直接使用人工選定的最終數(shù)據(jù);如果進(jìn)行，則將從下一幀開(kāi)始實(shí)施優(yōu)選判斷。在具體的優(yōu)選過(guò)程中，還應(yīng)采用拼接技術(shù)完成不同圖像圖像的切換。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析，得出下列結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)以上自動(dòng)拼接方法的應(yīng)用，能解決平面與站點(diǎn)間由于異步等原因產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)位，使數(shù)據(jù)流真實(shí)、可靠。

（2）分別采用優(yōu)質(zhì)度綜合評(píng)價(jià)與滯環(huán)比較對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)選，可在無(wú)需人工干預(yù)的情況下選出具有最高優(yōu)質(zhì)度的數(shù)據(jù)，從根本上保證了數(shù)據(jù)源質(zhì)量。

（3）在自動(dòng)切換的支持下，能以時(shí)間規(guī)劃為依據(jù)，借助定時(shí)器，對(duì)接收站點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)切換，保證切換效率。

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