Implementaciones hardware usando nuevas técnicas de diseño de sistemas de compresión con pérdidas de imágenes hiperespectrales para futuras misiones espaciales

Abstract

Los sensores a bordo de los satélites de observación de la tierra generan una gran cantidad información que ha de ser transmitida a tierra para poder ser empleada. Debido al limitado, y en ocasiones insuficiente, ancho de banda de comunicaciones y capacidades de almacenamiento a bordo, existe un esfuerzo creciente en proporcionar algoritmos de compresión que optimicen tanto el canal de comunicaciones como el almacenamiento disponible. En este sentido, las imágenes hiperespectrales generan una gran cantidad de información a bordo que ha de ser comprimida. Los algoritmos de compresión en el entorno espacial han de presentar una alta eficiencia de compresión, así como, una implementación viable sobre dispositivos calificados para operar en el espacio. En esta tesis doctoral se describen las contribuciones realizadas en el campo de la compresión con pérdidas de imágenes hiperespectrales a bordo de futuras misiones espaciales. El objetivo de estas contribuciones es proporcionar implementaciones hardware sobre dispositivos de tipo FPGA capaces de operar a bordo. Asimismo, se evalúa la aptitud de las metodologías de síntesis de alto nivel para la implementación hardware de algoritmos de compresión de imágenes hiperespectrales en el sector espacial. En primer lugar, se presenta la implementación hardware realizada del algoritmo predictivo LCE diseñado para la misión ExoMars. A continuación, se detalla la implementación realizada de la transformada POT, que se postula como extensión del estándar CCSDS 122.0 en la compresión de imágenes hiperespectrales. Posteriormente, se describe la implementación realizada de un algoritmo de compresión predictivo con pérdidas y con control de la tasa de bits, cuyo objetivo es ampliar el estándar de compresión sin pérdidas de imágenes hiperespectrales CCSDS 123.0 proporcionando una extensión con pérdidas y con control de la tasa de bits. El trabajo desarrollado en esta tesis doctoral se completa con la presentación del análisis comparativo de los resultados obtenidos con respecto a los disponibles en el estado del arte.