علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی و پیاده سازی چندی سازی بلوکی تطبیق پذیر بر روی FPGA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران
2 پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران
10.22034/jssta.2025.493057.1220
چکیده
این مقاله به پیاده‌سازی الگوریتم چندی‌سازی بلوکی تطبیق‌پذیر (BAQ) بر روی سخت‌افزار FPGA، به‌ویژه تراشه Xilinx Virtex-7، می‌پردازد. این تراشه به دلیل انعطاف‌پذیری و توانایی پردازش موازی، گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای بلادرنگ محسوب می‌شود. در این پژوهش، الگوریتم BAQ با استفاده از اصول چندی‌سازی غیر یکنواخت Lloyd-Max بهینه‌سازی شده است. طراحی سخت‌افزاری شامل بلوک‌های تطبیق‌پذیری است که با تکنیک‌هایی مانند موازی‌سازی و پردازش مرحله‌ای بهبود یافته‌اند. نتایج پیاده‌سازی نشان می‌دهد که این طراحی، استفاده از منابع FPGA را به‌طور قابل توجهی کاهش داده و در عین حال، کارایی بالا و تأخیر کم را حفظ می‌کند. ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که روش پیشنهادی در معیارهایی همچون MSE، PSNR، SSIM و CC نسبت به روش مرجع، اختلافی کمتر از 2 درصد دارد که دقت و سازگاری بالای الگوریتم را تأیید می‌کند. علاوه بر این، پیاده‌سازی سخت‌افزاری با مصرف تنها 10 درصد از منابع DSP48 و 30 درصد از LUT های تراشه Virtex-7، کارایی بالایی را ارائه می‌دهد. این روش، راهکاری مؤثر برای فشرده‌سازی داده‌ها در سیستم‌های تصویربرداری و پردازش سیگنال ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]  M. Hatam, A. Liaqat, N. Mardaneh, and M. Hatam, “Analysis of the efficiency of adaptive block quantization in raw synthetic aperture radar data compression using ISRCSAR indigenous radar raw data and presentation of an adaptive rate selection approach,” Radar Journal, vol. 7, no. 2, pp. 99–109, 2019.
[2]  C. D'Elia, G. Poggi, and L. Verdoliva, "Compression of SAR raw data through range focusing and variable-rate trellis-coded quantization," IEEE transactions on image processing, vol. 10, no. 9, pp. 1278-1287, 2001.
[3]  T. Algra, “Data compression for operational SAR missions using entropy-constrained block adaptive quantisation,” in Proc. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), vol. 2, 2002, pp. 1135–1139.
[4]  J. Hamkins and K. Zeger, "Gaussian source coding with spherical codes," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 48, no. 11, pp. 2980-2989, 2002.
[5]  R. Kwok and W. T. Johnson, "Block adaptive quantization of Magellan SAR data," IEEE Transactions on Geoscience and Remote sensing, vol. 27, no. 4, pp. 375-383, 1989.
[6]  V. Pascazio and G. Schirinzi, "SAR raw data compression by subband coding," IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 41, no. 5, pp. 964-976, 2003.
[7]  R. C. Huxtable, "SAR raw data compression using FPGA technology," 2008.
[8]  T. Jiang, C. Zhang, F. Zhang, Y. Wan, and L. Chen, "A Multichannel, Multipulse, Multiweight Block-Adaptive Quantization (3MBAQ) Algorithm Based on Space-Borne Multichannel SAR Doppler Domain A-BAQ," Remote Sensing, vol. 16, no. 3, Art. no. 477, 2024.
[9]  W. Ji, X. Qiu, X. Wen, and L. Huang, "An Improved BAQ Encoding and Decoding Method for Improving the Quantized SNR of SAR Raw Data," Sensors, vol. 18, no. 12, Art. no. 4221, 2018.
[10]   D. A. Devi, "Compression of Sar Raw Data Using Block Adaptive Quantization," 2018.
[11]   D. Gleich, P. Planinsic, B. Gergic, and Z. Cucej, "Progressive space frequency quantization for SAR data compression," IEEE transactions on geoscience and remote sensing, vol. 40, no. 1, pp. 3-10, 2002.
[12]   E. Magli and G. Olmo, "Lossy predictive coding of SAR raw data," IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 41, no. 5, pp. 977-987, 2003.
[13]   S. Mohseni, M. Nayebi, R. Mohseni, and B. Ebrahimi, "Introducing Azimuth FFT Architecture in Range-Doppler Imaging Algorithm in SAR Systems," 2015.
[14]   M. Knioła, A. Kawalec, C. Leśnik, and M. Szugajew, “Implementation of block adaptive quantizer as a peripheral module for the FPGA-based SAR system,” in Proc. 18th International Radar Symposium (IRS), 2017, pp. 1–9.
[15]   L. Sheng, T. Y. Zheng, and X. J. Zhang, “Design and implementation of SAR raw data BAQ based on FPGA,” in Proc. 1st Asian and Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR), 2007, pp. 664–666.
[16]   W. Li, L. Chen, and X. Q. Cheng, “Design and implementation of the fixed-point BAQ decompression algorithm based on FPGA,” in Information, Computer and Application Engineering, CRC Press, 2018, pp. 21–26.
 
 
 
دوره 5، شماره 2
شماره دهم - اسفند 1404
اسفند 1404
صفحه 89-102

  • تاریخ دریافت 19 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 10 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 21 اردیبهشت 1404