影像金字塔的生成、压缩与存储模型研究

摘要

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》确定了16个重大专项，高分辨率对地观测系统位列其中，遥感空间信息云服务RS CS（Remote-sensing and Spatial Information Cloud Service）是它的一个主要应用。RS CS首先需要解决两类模型的表示问题，即：地球空间的金字塔表示模型和空间金字塔的计算机表示模型。本课题针对空间金字塔的计算机表示模型开展研究，涉及金字塔数据的生成模型、金字塔数据的压缩模型和金字塔数据的组织模型三个主要方面。本论文将金字塔数据的组织模型表示成概念模型，逻辑模型和物理模型三个层次，指出：地球空间的金字塔表示模型实质上是建立三层模型的概念模型。
　　当前金字塔数据是按照一种二元静态结构组织的，即用一个带有路径的文件名将概念建模得到的剖分索引映射到计算机文件系统：空间概念的一个剖分索引用作文件名，其关联的影像数据存入该文件中。由于文件系统元数据采用文件名+扇区链表的二元静态结构，文件内的数据元素是非结构化的黑箱，不支持随机访问，无法更深层次地表示金字塔数据集合之间，或层与层之间的关系，致使在剖份文件数量与数据处理粒度之间取得平衡成为一个两难问题。
　　本研究建立了空间金字塔的三元动态组织结构：它的概念模型是地球空间金字塔表示模型建立的剖分索引；本课题提出一种保持地址不变的金字塔存储结构P L-S S，作为它的物理模型；在概念模型和物理模型之间建立一种映射关系，作为它的逻辑模型；逻辑模型具体实现为一种多维元数据的新型文件系统，可以支持云存储的随机并行访问，是一种云存储文件系统CS FS。
　　针对空间金字塔三元动态组织结构的定位体系，本论文指出：概念空间定位体系是经纬度坐标系，概念建模的任务是将地球空间的概念映射到经纬度坐标系；在物理空间包括像素坐标系和逻辑地址坐标系两个定位体系，物理建模的任务是将像素坐标系映射到存储坐标系；本论文一个主要工作内容是建立一个逻辑层将概念层映射到物理层，定义一种公共坐标系用作逻辑空间的定位体系。在概念空间和物理空间，公共坐标系分别建立了和像素坐标与逻辑地址坐标的一一对应关系，形成一种全新的金字塔计算机表示模型框架。
　　由于金字塔数据是计算机生成的，各层没有原始数据，无法使用信噪比来评价金字塔的数据生成质量。本课题提出用重采样滤波器对偶 R S FP来获得信噪比的一个近似，在此基础上筛选一种基于纹理搜索的降采样滤波方法T DFA，用于金字塔生成模型比此前最好滤波效果提高4.51~5.70 d B。基于重采样滤波器对偶 RSFP，本课题提出了一种层间压缩方法 ICRS，在重建图像PS NR高于40d B时，压缩率比AVS的I帧算法提高19.70倍，是目前一种效率最高的金字塔压缩模型。

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表清单

第1章 绪 论

1.1遥感与空间信息云服务RSCS

1.2地球空间的金字塔表示

1.3金字塔的生成

1.4金字塔的压缩

1.5金字塔的组织结构

1.6论文的研究目标与主要成果

第2章 金字塔的生成模型

2.1金字塔质量评价

2.2预测搜索

2.3滤波器评选

2.4纹理滤波

2 .5 确定RSFP

第3章 金字塔的压缩模型

3.1 ICRS框架

3.2 ICRS预测

3.3 ICRS量化

3.4 ICRS编解码流程

3 .5 ICRS压缩效果

第4章 金字塔的组织结构

4.1 三层结构的普遍性

4.2 金字塔的三层结构

4.3 空间及其坐标系

4 .4 物理建模：存储结构PL-SS

第5章 云存储文件系统

5.1云存储文件系统现状

5.2文件系统三元动态结构

5 .3 金字塔的CSFS

5 .4 逻辑地址LA

5.5应用系统对接

5 .6 PLOS应用

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的学术成果