Vraag:
Welke datacompressie-algoritmen zijn met succes gebruikt in ruimtevaartuigen?
GreenMatt
2013-07-18 02:17:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wetenschappelijke ruimtevaartuigen kunnen zeer grote hoeveelheden gegevens genereren. Zowel de opslagruimte aan boord van het ruimtevaartuig als de beschikbare bandbreedte om de gegevens naar grondstations te verzenden, zijn echter beperkt. Datacompressie is dus nodig. Welke algoritmen zijn met succes gebruikt op ruimtevaartuigen?

Voor [Voyager's latere leven] (http://history.nasa.gov/computers/Ch6-2.html) (sectie "Voyarer's Future"): "Voyager-projectambtenaren besloten om het Flight Data System in dual processor-modus te gebruiken voor de de eerste keer dat de ontmoeting met Uranus zorgde voor compressie van beeldgegevens. De informatie-inhoud bleef dus hoog, ook al werd de transmissiesnelheid sterk verminderd. " "Recente vooruitgang in coderingstheorie voor bijna foutloze communicatie" (Cheung et al.): "Techniek ontwikkeld door R. F. Rice ... algoritme is in wezen een universele broncode over de verschillen tussen opeenvolgende pixels".
Ik heb de tagging bewerkt, de flight-computer-tag verwijderd en de data-systems-tag toegevoegd. Een vluchtcomputer is een specifiek stuk hardware. Er kunnen andere processors aan boord van een ruimtevaartuig zijn. Voor een moderne wetenschappelijke missie heeft elk instrument meestal zijn eigen processor; bovendien wordt datacompressie vaak gedaan door deze processors, zodat de hoofdprocessor van het ruimtevaartuig dit extra werk niet hoeft te doen.
Een van de dingen die me altijd stoorde, is dat mensen discussiëren over hoe weinig informatie verloren gaat in verschillende compressieschema's met verlies ... en niet hoe dit de detectie van functies beïnvloedt. Voor zover ik weet, is er echter geen archief van niet-gecomprimeerde gegevens + de geautomatiseerde detectieroutines die erop moeten worden uitgevoerd.
Dit is een brede, open vraag met bijna evenveel antwoorden als er ruimtevaartuigen zijn en zullen zijn. Niemand zal in staat zijn om een ​​"volledig" antwoord te schrijven, maar velen van ons kunnen beschrijven wat we weten. (Dit is niet de ideale vraag voor sites in StackExchange-stijl, hoewel het sowieso een goede en interessante vraag is.)
@DarenW: Slechte woordkeuze van mijn kant, bedankt dat je erop hebt gewezen. Dat verklaart misschien de minder dan bevredigende antwoorden die ik heb gekregen. Ik heb bewerkt om "technieken" te vervangen door "algoritmen".
Twee antwoorden:
#1
+15
Adam Wuerl
2013-07-18 09:07:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Afbeeldingsgegevens worden doorgaans gecomprimeerd met behulp van standaard algoritmen voor afbeeldingscompressie. Het National Imagery Transmission Format, MIL-STD-2500C, definieert bijvoorbeeld een standaard, uitbreidbaar formaat voor de verzending van beeldgegevens binnen het leger. De standaard noemt verschillende soorten beeldcompressie die voldoen aan de standaard (zoals JPEG).

Telemetriegegevens worden vaak helemaal niet gecomprimeerd. Een van de redenen is dat het vaak meerdere orden van grootte minder gegevens zijn dan wat wordt gegenereerd door de nuttige lading (of het nu gaat om beelden, communicatie of gegevens van een ander type instrument of sensor), en dus in het brede geheel van dingen die het niet waard zijn om te comprimeren . Telemetrie wordt ook vaak verzonden als een gegevensstroom (in plaats van een bestand), waardoor de soorten compressieschema's die kunnen worden gebruikt, worden beperkt.

In feite worden radiofrequentiesignalen vaak opzettelijk in omvang vergroot door middel van technieken zoals voorwaartse foutcorrectie (FEC) en convolutiecodering, die middelen zijn om redundante gegevens aan een signaal toe te voegen om de transmissie robuuster te maken tegen transmissiefouten die eigen zijn aan communicatieverbindingen in de ruimte.

Dat gezegd hebbende, er zijn normen voor de verliesvrije en verliesgevende compressie van ruimtevaartgegevens. Het Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) heeft een reeks standaarden gepubliceerd voor communicatieverbindingen in de ruimte. Er zijn momenteel vier vrijgegeven standaarden die gegevenscompressie zonder verlies en compressie van afbeeldingsgegevens bespreken.

Bedankt voor de geweldige bronnen, het verliesloze compressie-artikel was specifiek voor mij interessant.
#2
+13
gerrit
2013-07-18 02:50:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik zal me concentreren op meteorologische satellieten. Ze zijn een goed voorbeeld van satellieten die zeer grote hoeveelheden gegevens meten (en waarmee ik persoonlijke ervaring heb). Het komt erop neer: ze comprimeren de gegevens niet echt, maar ze kunnen deze wel degraderen / beperken. Een specifieke eigenschap van meteorologische satellieten is dat de gebruikers de gegevens snel willen hebben, dus dat zou een verschil kunnen maken in vergelijking met andere soorten satellieten.

De geavanceerde zeer hoge resolutie Radiometer (AVHRR) is een meteorologische imager die sinds 1979 op meteorologische satellieten van NOAA en EUMETSAT vliegt. Hij brengt de hele aarde in beeld met een resolutie van 1 km in vijf gelijktijdig werkende kanalen. Deze resolutie is zo hoog dat de relatief korte tijd waarin het een downlink-verbinding heeft, niet voldoende is voor de NOAA-satellieten om alle data te downlinken. Daarom downlinken ze globale gegevens alleen in een speciaal formaat dat bekend staat als Global Area Coverage (GAC): 4 aangrenzende pixels worden gemiddeld en 2 van de 3 scanlijnen worden genegeerd. Dit is ongetwijfeld een soort compressie met verlies. Gebruikers die de gegevens met volledige resolutie voor hun eigen regio nodig hebben, kunnen deze rechtstreeks van de satelliet downloaden (en nationale meteorologische agentschappen doen dat), of kunnen gegevens met volledige resolutie vooraf bestellen voor specifieke regio's (maar niet wereldwijd).

Drie eigenschappen zijn beperkt:

  1. bandbreedte
  2. opslag
  3. rekenkracht

Met voldoende rekenkracht, de NOAA-satellieten zouden alle gegevens kunnen comprimeren en alles kunnen downlinken. Helaas dateert de NOAA KLM-serie uit 1999 en beschikken ze niet over de rekenkracht. Sindsdien zijn alle drie bovengenoemde eigenschappen gegroeid, en wat meteorologische satellieten betreft, lijkt het erop dat bandbreedte en opslag meer zijn gegroeid dan alleen rekenkracht. Daarom denk ik niet dat er enige geavanceerde compressie plaatsvindt voor de enorme hoeveelheden gegevens die worden gemeten door meteorologische satellieten.

Natuurlijk zijn er andere satellieten die ook grote hoeveelheden gegevens verzamelen. Ik heb daar geen expertise in, maar misschien kunnen andere mensen bijdragen met relevante antwoorden.

Kunt u duidelijk maken dat er geen compressie plaatsvindt? Of comprimeren ze het, b.v. met PNG, en dat verdere winst te veel CPU / complexiteit / nieuwere apparatuur zou kosten? Ik kan me moeilijk voorstellen dat ze RAW-gegevens verzenden!
@NPSF3000 Meteorologische satellieten kunnen continu ruwe gegevens, regel voor regel, verzenden. Hierdoor kunnen gebruikers de beelden direct voorlezen terwijl de satelliet boven hen beweegt. Compressie is zinvol als u de gegevens eenmaal per baan dumpt, maar dat zou meer vertraging veroorzaken dan de toepassing van nowcasting toelaat.
zelfs als u gegevens streamt, zijn er enkele zeer eenvoudige compressietechnieken die een enorme hoeveelheid gegevens kunnen besparen. Ik weet niet wat ze doen, daarom vraag ik het.
@NPSF3000 Ik heb begrepen dat ze niet comprimeren, daar ben ik 99% zeker van, maar niet 100%.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...