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优化FFT2BAQ算法:SAR原始数据压缩的高效解决方案
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更新于2024-09-08
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本文主要探讨了基于FFT(快速傅立叶变换)的分块自适应量化(FFT2BAQ)算法在合成孔径雷达(SAR)原始数据压缩中的应用。SAR作为一种重要的遥感技术,其原始数据量庞大,对存储和传输带来了挑战。FFT2BAQ算法通过将数据分解到频域进行量化,旨在减少数据冗余,提高压缩效率。 首先,文章深入分析了SAR原始数据在二维傅里叶变换后的能量分布特性。了解这些特性有助于设计出更有效的量化策略,因为不同频率成分的数据可能具有不同的信息密度。通过对数据能量分布的分析,可以确定哪些部分可以被压缩,哪些部分需要保留更多的精度。 接着,作者从香农率失真理论的角度出发,利用信源微分熵这一概念来优化量化比特的分配。香农率失真理论是信息论中的核心原理,它衡量了在给定失真水平下,如何以最小的比特数来编码信号。通过合理地分配量化比特,可以在保持压缩效果的同时,降低所需的存储空间和计算复杂度。 作者提出了一种改进的FFT2BAQ算法,旨在解决传统FFT2BAQ算法在实现上的复杂问题。这种改进可能涉及了更精细的量化策略或者并行处理技术,以提升算法的执行效率。与传统的FFT2BAQ算法和BAQ算法进行了对比实验,结果显示,改进算法在保持原有压缩性能的前提下,显著降低了算法的复杂度,并对硬件设备的要求也有所降低。 这篇论文对SAR原始数据的压缩方法进行了深入研究,特别是在使用FFT2BAQ技术时,通过优化比特分配和算法设计,提高了压缩效率,减少了计算负担,这对于实际的SAR系统应用具有重要意义。对于从事数据压缩、信源编码和图像处理领域的研究人员来说,这是一项有价值的技术贡献。
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第 31 卷 第 11 期 系统工程与电子技术 Vol. 31 No. 11
2009 年 11 月 Systems Engineering and Electronics Nov. 2009
文章编号 :10012506X
(
2009
)
1122613205
收稿日期 :2008207203 ; 修回日期 :2009203225 。
作者简介 :宋鸿梅
(
19712
)
,女 ,博士研究生 ,主要研究方向为数据压缩、信源编码、图像处理。E2mail :song_1977 @sina. com
基于 FFT2BAQ的 SAR原始数据压缩新算法
宋鸿梅
1 ,2
, 王岩飞
1
, 潘志刚
1
(
1. 中国科学院电子学研究所 , 北京 100190 ; 2. 中国科学院研究生院 , 北京 100049
)
摘 要 : 针对合成孔径雷达
(
synthetic aperture radar , SAR
)
原始数据频域压缩运算中基于快速傅里叶变换
的分块自适应量化
(
fast Fourier transform2based block adaptive quantization , FFT2BAQ
)
算法实现复杂的问题 ,分
析了 SAR 原始数据二维傅里叶变换后数据的能量分布情况。从香农率失真理论出发 ,利用信源微分熵确定最优
的量化比特分配 ,提出了一种改进的 FFT2BAQ 算法。分析了改进算法的复杂度 ,并与传统的 FFT2BAQ 算法和
BAQ 算法做了相应的比较实验。实验表明 ,改进算法在保证原压缩性能的基础上降低了 FFT2BAQ 算法的复杂
度和对硬件的要求。
关键词 : 合成孔径雷达 ; 原始数据压缩 ; FFT2BAQ 算法 ; 比特分配
中图分类号 : TN 958 文献标志码 : A
Improved FFT2based algorithm for SAR raw data compression
SON G Hong2mei
1 ,2
, WAN G Yan2fei
1
, PAN Zhi2gang
1
(
1. Inst. of Electronics , Chinese A cademy of Sciences , Beijing 100190 , China;
2. Graduate Univ. of Chinese A cadem y of Sciences , Beijing 100049 , China
)
Abstract :
In order to solve the difficult implementation of the synthetic aperture radar
(
SAR
)
raw data
compression algorithm based on fast Fourier transform2based block adaptive quantization
(
FF T2BAQ
)
, the ener2
gy distributing of SAR raw data after two dimensions frequency transform is analyzed , and optimum bits alloca2
tion scheme is designed based on Shannon rate2distortion theory and information resource differential entropy.
An improved FFT2based algorithm for SAR raw data compression is proposed. The complex level of this
improved algorithm is analyzed , and the analyzed result indicates that the improved algorithm decreases the
complex level and hardware requirements and keeps the excellent performance compared with the original FF T2
BAQ.
Keywords :
synthetic aperture radar ; raw data compression ; FFT2BAQ algorithm ; bit allocation
0 引 言
合成孔径雷达
(
synthetic aperture radar , SAR
)
是现代
遥感领域中采用的重要手段之一 ,具有高分辨力、全天候等
特点 ,目前已成功地应用在国民经济、国防建设以及科学研
究等各个领域。但是 ,SAR 系统原始数据量很大 ,通常高
达数百兆比特/ 秒 ,这往往是下传链路或存储空间难以满足
的。为减轻数传信道及数据存储的负担 ,SAR 原始数据通
常需要进行压缩处理。针对 SAR 数据的统计特性 ,学者们
提出了多种压缩算法
[126]
。分块自适应量化
[1]
(
block adap2
tive quantization , BAQ
)
压缩技术具有简单的编解码性质
和可以接受的压缩性能 ,因而得到了广泛应用。BAQ 算法
的成功推动了一系列 BAQ 算法的变异和改进的算法 ,如矢
量 BAQ 算法
[2]
(
BAVQ
)
、基于快速傅里叶变换的 BAQ 算
法
[3]
(
FFT2BAQ
)
和基于小波变换
[425]
的 BAQ 算法
(
DWT2
BAQ
)
等 ,甚至引入了新近研究热点之一的压缩感知
[6 ]
。其
中 ,FFT2BAQ 算法具有较好的压缩性能。SAR 原始数据
在距离向和方位向都具有频率调制 ,在距离向是天线发射
脉冲带来的频率调制 ,在方位向是多普勒效应带来的频率
调制。由于频率调制导致频率域上的能量集中 ,使得 FFT2
BAQ 算法可以大幅度提高压缩性能。同时 ,也带来了由于
数据动态范围增大而不利于量化的问题 ,另外该算法需要
对整块 SAR 原始数据做二维 FFT ,并且需要进行多普勒中
心的估计 ,这些计算复杂性和计算量的问题在一定程度上
限制了它的应用
[3 ]
。针对上述问题 ,本文提出了一种改进
的方法 ,利用数据块的方差来控制量化比特 ,避免了多普勒
中心的估计和对数据块的预量化 ,克服了对数据块大小的
限制 ,减化了计算流程 ,降低了运算量 ,并在一定程度上改
善了 SAR 原始数据的压缩性能。
1 FFT2BAQ算法分析
FFT2BAQ 算法是一种基于频率域的 SAR 原始数据压
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