1. CSN
  2. Всі випуски
  3. Випуск 7, Номер 2, 2025
  4. Методи паралелізації стиску відеопотоків зі сканерів земної поверхні

Методи паралелізації стиску відеопотоків зі сканерів земної поверхні

CSN.
2025;
Випуск 7, Номер 2
: cc. 43 - 49
https://doi.org/10.23939/csn2025.02.043
Автори:
  1. Т. Л. Грицько
  2. В. С. Глухов
1
Національний університет «Львівська політехніка», кафедра електронних обчислювальних машин, Україна
2
Національний університет «Львівська політехніка», кафедра електронних обчислювальних машин, Україна

Запропоновано три методи розпаралелювання процесу стиснення відеопотоків від сканерів земної поверхні, встановлених на мікросупутниках. Основна інновація полягає у застосуванні вертикальної, горизонтальної та блокової сегментації вхідного потоку для забезпечення масштабованого та високопродуктивного стиснення зображень. У дослідженні встановлено кількісну залежність між інтенсивністю відеопотоку та параметрами супутника, а також визначено необхідну кількість ядер стискання на основі характеристик супутника та продуктивності одного ядра. Запропоновані методи орієнтовані на підтримку реального часу та ресурсоефективного бортового стиснення для сучасних місій спостереження Землі. Було розраховано, що для 8-бітного монохромного сканера швидкість відеопотоку становить від ~45 Мбіт/с до 6,46 Гбіт/с. Також було визначено необхідну кількість ядер стискання – від 1 (достатньо послідовної роботи) до 5, за умови пропускної здатності одного ядра 1,434 Гбіт/с.

JPEG-LS
ПЛІС
програмовані логічні інтегральні схеми
компресія зображень
обробка зображень
стиснення відео
Обробка відеопотоку
Паралелізація
  1. Weinberger M. J., Seroussi G., Sapiro G. The LOCO-I lossless image compression algorithm: principles and standardization into JPEG-LS. IEEE Transactions on Image Processing, vol. 9, no. 8, pp. 1309–1324, Aug. 2000. DOI: 10.1109/83.855427.
  2. Regoršek Ž., Gorkič A., Trost A. Parallel Lossless Compression of Raw Bayer Images on FPGA-Based High- Speed Camera. Sensors, vol. 24, no. 20, Art. no. 20, Jan. 2024. DOI: 10.3390/s24206632.
  3. Hrytsko T., Lenskiy D., Hlukhov V. Review of the Capabilities of the Jpeg-ls Algorithm for Its Use With Earth Surface  Scanners.  Scientific  journal  “Computer  Systems  and  Networks”,  vol.  6,  pp.  17-19,  Dec.  2024.  DOI: 10.23939/csn2024.02.015.
  4. Wang X., Gong L., Wang C., Li X., Zhou X. UH-JLS: A Parallel Ultra-High Throughput JPEG-LS Encoding Architecture for Lossless Image Compression, in 2021 IEEE 39th International Conference on Computer Design (ICCD), Oct. 2021, pp. 335–343. DOI: 10.1109/ICCD53106.2021.00060.
  5. Duan H., Fang Y., Huang B. Parallel design of JPEG-LS encoder on graphics processing units. JARS, vol. 6, no. 1, p. 061508, Sep. 2012. DOI: 10.1117/1.JRS.6.061508.
  6. Sullivan G. J. et al. Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) standard. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2012. 22(12), 1649–1668.
  7. “SICH-3O.” Accessed: May 04, 2025. URL: https://www.nkau.gov.ua/en/space-complexes/spacecraft/sich-3o.
  8. “SICH-2-1” Accessed: July 24, 2025. URL: https://www.nkau.gov.ua/en/space-complexes/spacecraft/sich-2-1.
  9. ‘Maxar WorldView-4 Data Sheet | L3Harris® Fast. Forward.’ Accessed: May 03, 2025. URL: https://www.l3harris.com/resources/maxar-worldview-4-data-sheet.
  10. Dawwd S., Fathi F. Hardware Implementation of 2D convolution on FPGA. 2023.
  11. Ustin S. L., Middleton E. M. Current and Near-Term Earth-Observing Environmental Satellites, Their Missions, Characteristics, Instruments, and Applications. Sensors, vol. 24, no. 11, Art. no. 11, Jan. 2024. DOI: 10.3390/s24113488.
  12. ‘Searchable Table of Earth Observation Satellite Missions | CEOS Database’. Accessed: Jun. 29, 2025. [Online]. Available: https://database.eohandbook.com/database/missiontable.aspx.
  13. Hinnerson M. ‘A Resource Efficient, High Speed FPGA Implementation of Lossless Image Compression for 3D Vision’, Dissertation, 2019, oai: DiVA.org:liu-165300.
  14. Sullivan G. J., Ohm J.-R., Han W.-J., Wiegand T. Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard, in IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 22, no. 12, pp. 1649-1668, Dec. 2012. DOI: 10.1109/TCSVT.2012.2221191.
  15. Грицько Т., Глухов В. ‘Розпаралелювання стиску зображень зі сканерів земної поверхні’, Міжнародна науково – практична конференція Інформаційні технології та комп’ютерне моделювання, pp. 78–80, May 2025, Accessed: Sept. 18, 2025. URL: https://journal.comp-sc.if.ua/test/index.php/ITCM/article/view/670.
  16. Hrytsko T., Hlukhov V. Satellite Image Compression Parallelization Methods in 13th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications, Sep. 2025.