Nowadays, hyperspectral imaging is recognized as cornerstone remote sensing technology. The explosive growth in image data volume and instrument data rates, compete with limited on-board storage resources and downlink bandwidth, making hyperspectral image data compression a mission critical on-board processing task. The Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) extended the previous issue of the CCSDS-123.0 Recommended Standard for multi- and hyperspectral image compression to provide with Near-Lossless compression functionality. A key feature of the CCSDS-123.0-B-2 is the improved Hybrid Entropy Coder, which at low bit rates, provides substantially better compression performance than the Issue 1 entropy coders. In this paper, we introduce a high-throughput hardware implementation of the CCSDS-123.0-B-2 Hybrid Entropy Coder. The introduced architecture exploits the systolic design pattern to provide modularity and latency insensitivity in a deep and elastic pipeline achieving a constant throughput of 1 sample/cycle with a small FPGA resource footprint. This architecture is described in portable VHDL RTL and is implemented, validated and demonstrated on a commercially available Xilinx KCU105 development board hosting a Xilinx Kintex Ultrascale XCKU040 SRAM FPGA, and thus, is directly transferable to Xilinx Radiation Tolerant Kintex UltraScale XQRKU060 space-grade devices for space deployments. Moreover, state-of-the-art SpaceFibre (ECSS-E-ST-50-11C) serial link interface and test equipment were used in the validation platform to emulate an on-board deployment. The introduced CCSDS-123.0-B-2 Hybrid Entropy Encoder achieves a constant throughput performance of 305 MSamples/s. To the best of our knowledge, this is the first published fully-compliant architecture and high-throughput implementation of the CCSDS-123.0-B-2 Hybrid Entropy Coder, targeting space-grade FPGA technology.


翻译:目前,超光谱成像被公认为是遥感技术的基石。图像数据量和仪器数据率的爆炸性增长与机载存储资源和下链带带带的有限存储资源和下链带带带相竞争,使超光谱图像数据压缩成为机载处理任务的关键任务。空间数据系统协商委员会(CSDS)扩展了以前一期的CCDS-13.0的多光谱图像压缩建议标准,以提供近于无损失的压缩功能。CCDS-13.0-B-2的关键特征是改进了混合流压编码器,以低位位速度提供大大优于问题1的存储资源和下线带带带带带带带带的压缩性能。在本文中,我们采用了高通量的CCSDS-123.0-B混合成像素硬件。 引进的Systemstrycal设计模式,在深层和弹性输精度管道中提供模块的模块,使1个中位/周期的SDFGS-FS-S-S-S-S-S-S-S-S-SL-S-S-S-S-SL-SL-S-S-S-S-S-Sl-S-S-S-Sl-S-S-S-SDR-S-Sl-S-S-S-S-S-Sl-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-SL-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S

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