ICER — это формат сжатия файлов изображений на основе вейвлет -технологии , используемый марсоходами NASA . ICER имеет режимы сжатия с потерями и без потерь .
Марсоходы Spirit и Opportunity использовали ICER. Бортовое сжатие изображений широко используется для наилучшего использования ресурсов нисходящей линии связи . Марсоход Curiosity поддерживает использование ICER для своих навигационных камер (но все остальные камеры используют другие форматы файлов) .
Большинство изображений MER сжимаются с помощью программного обеспечения для сжатия изображений ICER. Остальные изображения MER, которые сжимаются, используют модифицированное программное обеспечение Low Complexity Lossless Compression ( LOCO ), подрежим ICER без потерь.
ICER — это вейвлет-компрессор изображений, который позволяет изящно сбалансировать степень сжатия (выраженную в виде объема сжатых данных в битах / пиксель ) и результирующее ухудшение качества изображения (искажение). ICER имеет некоторое сходство с JPEG2000 в отношении выбранных вейвлет-операций.
Разработка ICER была обусловлена желанием достичь высокой производительности сжатия, удовлетворяя при этом особые потребности приложений дальнего космоса .
Для управления качеством изображения и степенью сжатия в ICER пользователь указывает квоту байтов (номинальное число байтов, которое будет использоваться для хранения сжатого изображения) и параметр уровня качества (который по сути является целью качества). ICER пытается создать сжатое изображение, которое соответствует уровню качества, используя как можно меньше сжатых байтов. Он прекращает создание сжатых байтов, как только достигается уровень качества или квота байтов, в зависимости от того, что наступит раньше.
Такая компоновка обеспечивает дополнительную гибкость по сравнению с компрессорами (например, компрессором JPEG, используемым на Mars Pathfinder), которые предоставляют только один параметр для управления качеством изображения. Используя ICER, когда основной проблемой является доступная полоса пропускания для передачи сжатого изображения, можно установить цель качества без потерь, а заданная квота байтов определит объем полученного сжатия.
В другом случае — когда единственным важным соображением является минимально приемлемое качество изображения — можно указать достаточно большую квоту байтов, а степень сжатия будет определяться указанным уровнем качества.
Для достижения локализации ошибок ICER создает сжатый поток битов в отдельных частях или сегментах, которые могут быть декодированы независимо. Эти сегменты представляют собой прямоугольные области исходного изображения, но определены в области преобразования. Если бы вместо этого изображение было разделено напрямую и вейвлет-преобразование было бы применено отдельно к каждому сегменту, при сжатии с потерями границы между сегментами имели бы тенденцию быть заметными в восстановленном изображении, даже если сжатые данные не теряются.
Поскольку ICER обеспечивает возможность автоматического гибкого выбора количества сегментов, эффективность сжатия можно компенсировать защитой от потери пакетов, тем самым компенсируя различные показатели ошибок канала.
Большее количество сегментов не всегда плохо сказывается на эффективности сжатия: многие изображения наиболее эффективно сжимаются при использовании 4–6 сегментов (для мегапиксельных изображений), поскольку разрозненные области изображения попадают в разные сегменты.
Формат JPEG 2000 имеет некоторые общие черты с форматом сжатия изображений ICER, который используется для отправки изображений с марсоходов .
ICER (как и JPEG 2000) основан на вейвлетах и обеспечивает
В целом ICER обеспечивает производительность сжатия с потерями, сопоставимую со стандартом сжатия изображений JPEG2000.
Общие характеристики ICER-JPEG 2000
JPEG2000 и ICER имеют много важных внутренних различий
ICER был создан для 32-битных процессоров начального уровня (по сути, встроенных компьютеров ) на космических кораблях. В конечном итоге он был использован для марсоходов Mars Exploration Rovers. Он никогда не использовался ни для одного приложения реального времени, только для почти реального времени.
JPEG2000 использовался многими приложениями обработки изображений в режиме, близком к реальному времени, и в режиме реального времени (цифровое кино, вещание). Главным преимуществом кодека является то, что он не требует лицензии (JPEG2000 PART1). Комитет JPEG заявил: «Комитет JPEG всегда стремился к тому, чтобы его стандарты были реализуемы в их базовой форме без уплаты роялти и лицензионных сборов. [...] Были достигнуты соглашения с более чем 20 крупными организациями, имеющими множество патентов в этой области, чтобы разрешить использование их интеллектуальной собственности в связи со стандартом без уплаты лицензионных сборов или роялти». Программное обеспечение Hewlett-Packard Remote Graphics использует видеокодек HP3 (кодек), который, как утверждается, получен из сжатия марсохода — это может быть реализацией ICER в реальном времени. [1]
ICER предлагает новый режим под названием Spectral+ICER , который делает возможными более низкие уровни искажений (т. н. ошибки уровня серого) с изображениями ICER. Этот режим пока используется только с Mars Pathfinders, но может получить более широкое применение в стандарте ICER [1].
ICER-3D — это компрессор для гиперспектральных изображений. Сегменты ограничения ошибок в ICER-3D определяются пространственно (в области вейвлет-преобразования), аналогично JPEG 2000. Вейвлет-преобразованные данные разделяются примерно так же, как в ICER, за исключением того, что в ICER-3D сегменты простираются через все спектральные полосы. Сегменты ограничения ошибок в ICER и ICER-3D определяются с использованием немодифицированной формы алгоритма прямоугольного разделения ICER.
В ICER-3D контексты определяются на основе двух соседних коэффициентов в спектральном измерении и отсутствия соседних коэффициентов в той же пространственной плоскости. Это контрастирует со схемой моделирования контекста, используемой ICER, которая использует ранее закодированную информацию из пространственно соседних коэффициентов.
ICER-3D использует зависимости трехмерных данных частично с помощью трехмерного вейвлет-разложения. Конкретное разложение, используемое ICER-3D, включает дополнительные шаги пространственного разложения по сравнению с трехмерным разложением Маллата. Это модифицированное разложение обеспечивает преимущества в виде количественно улучшенной производительности скорости-искажения и устранения артефактов спектрального звона .
ICER-3D использует преимущества корреляционных свойств вейвлет-преобразованных гиперспектральных данных, используя процедуру моделирования контекста, которая подчеркивает спектральные (а не пространственные) зависимости в вейвлет-преобразованных данных. Это обеспечивает значительный выигрыш по сравнению с рассмотренным альтернативным пространственным контекстным моделером.
ICER-3D также унаследовал большинство важных функций ICER, включая прогрессивное сжатие, возможность выполнять сжатие с потерями и без потерь, а также эффективную схему сдерживания ошибок для ограничения последствий потери данных на канале дальнего космоса.