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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Desenvolvimento e implementação em FPGA de um compressor sem perdas de baixa complexidade para imagens de satélite
metadata.dc.creator: Costa, Yuri Gonzaga Gonçalves da
metadata.dc.contributor.advisor1: Lima, José Antônio Gomes de
metadata.dc.description.resumo: A quantidade de dados gerados e transmitidos pelos satélites para as estações na Terra é cada vez maiores. Com o passar do tempo e avanço da tecnologia, os sistemas de imageamento espaciais, particularmente as missões de observação da Terra, tem utilizado equipamentos com resoluções cada vez maiores. Por esse motivo, se faz necessário garantir que os dados cheguem ao destino de maneira confiável. Dentre algumas técnicas envolvidas, a compressão de dados é o meio mais viável de alcançar esse requisito. Um sistema de compressão de dados para esse fim deve obedecer algumas condições, principalmente quanto ao desempenho. Nesse contexto, implementações em hardware baseadas em predição e codificação de Golomb-Rice têm obtido excelentes resultados considerando desempenho do hardware e da compressão, tanto nos casos sem perdas como nos com perdas. O presente trabalho apresenta uma proposta de hardware digital de um compressor sem perdas para imagens de satélite baseado em predição e codificação Golomb-Rice que busca um balanceamento entre os requisitos de desempenho e a propagação de erros, um problema comum no âmbito de sistemas espaciais e que é potencializado no caso dos compressores de dados. Para validação e análise do compressor, é seguida uma metodologia de verificação funcional de hardware digital e o desenvolvimento de um protótipo em FPGA. Dado um conjunto de imagens do satélite CBERS-2B disponibilizadas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, os resultados obtidos em FPGA mostram que esse compressor alcança razão de compressão média de 3,4, valor comparável a trabalhos correlatos, e velocidade de 28 MPixel/s (224 Mbit/s). Considerando a natureza das imagens, a compressão pode ser paralelizada por meio de simultâneos núcleos compressores em uma abordagem multicore. Por exemplo, usando 5 núcleos, o sistema proposto é capaz de comprimir essas imagens em uma velocidade de 142 MPixel/s (1.1 Gbit/s). Todas essas características tornam-no útil e efetivo para a aplicação em um sistema moderno de imageamento para sensoriamento remoto.
Abstract: The amount of data generated and transmitted by satellites to ground stations is always growing. As the technology advances, space imaging systems, especially those present in Earth observing missions, use equipment of increasing resolutions. Hence, it is necessary to ensure that this great quantity of data arrives at their destination reliably. Among some techniques involved, data compression plays an important role to accomplish this requirement. A data compression system for this purpose must comply with some conditions, particularly regarding performance. In this context, hardware implementations based on prediction and Golomb-Rice coding has achieved excellent results considering hardware and compression performance in both lossless and lossy cases. This work proposes a digital hardware approach of a low complexity satellite image lossless compressor based on prediction and Golomb-Rice coding that is attuned to the balance between performance requirements and error propagation, a common issue in space systems environment that is enhanced by data compression. In order to validate and analyze the compressor, a functional verification and FPGA prototyping methodology were followed. Given an image set from Brazilian's National Institute for Space Research (INPE, in the Portuguese acronym), CBERS-2B satellite, its results in FPGA show that this compressor achieves average compression ratio of 3.4, comparable value to related works in this area, and throughput of 28 MPixel/s (224 Mbit/s). Taking advantage of images nature, its compression can be parallelized through simultaneous multi-cores compressors. For example, using 5 cores, this work is able to compress those images in a rate of 142 MPixel/s (1.1 Gbit/s). All these features make it useful and effective in a current remote sensing imaging system.
Keywords: Imagens de Satélite
Sensoriamento Remoto
Compressão de Dados
Predição
Codificação de Golomb-Rice
Verificação Funcional
FPGA
Satellite Images
Remote Sensing
Data Compression
Golomb-Rice Coding
Prediction
Functional Verification
FPGA
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal da Paraí­ba
metadata.dc.publisher.initials: UFPB
metadata.dc.publisher.department: Informática
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós Graduação em Informática
Citation: COSTA, Yuri Gonzaga Gonçalves da. Desenvolvimento e implementação em FPGA de um compressor sem perdas de baixa complexidade para imagens de satélite. 2012. 97 f. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Federal da Paraí­ba, João Pessoa, 2012.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/6071
Issue Date: 31-Jul-2012
Appears in Collections:Centro de Informática (CI) - Programa de Pós-Graduação em Informática

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