Frage:
Welche Datenkomprimierungsalgorithmen wurden erfolgreich in Raumfahrzeugen eingesetzt?
GreenMatt
2013-07-18 02:17:09 UTC
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Wissenschaftliche Raumfahrzeuge können sehr große Datenmengen erzeugen. Sowohl der an Bord des Raumfahrzeugs verfügbare Speicher als auch die zur Übertragung der Daten an Bodenstationen verfügbare Bandbreite sind jedoch begrenzt. Daher ist eine Datenkomprimierung erforderlich. Welche Algorithmen wurden erfolgreich auf Raumfahrzeugen eingesetzt?

Für [das spätere Leben der Voyager] (http://history.nasa.gov/computers/Ch6-2.html) (Abschnitt "Voyarers Zukunft"): "Die Beamten des Voyager-Projekts entschieden sich, das Flugdatensystem im Dual-Prozessor-Modus für das zu verwenden Das erste Mal, dass die Uranus-Begegnung eine Bilddatenkomprimierung bereitstellte. Somit blieb der Informationsgehalt hoch, obwohl die Übertragungsrate stark reduziert wurde. " "Jüngste Fortschritte in der Codierungstheorie für nahezu fehlerfreie Kommunikation" (Cheung et al.): "Die vom Algorithmus von R. F. Rice ... entwickelte Technik ist im Wesentlichen ein universeller Quellcode für die Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Pixeln."
Ich habe das Tagging bearbeitet, das Flugcomputer-Tag entfernt und das Datensystem-Tag hinzugefügt. Ein Flugcomputer ist eine bestimmte Hardware. An Bord eines Raumfahrzeugs können sich andere Prozessoren befinden. Für eine moderne wissenschaftliche Mission hat jedes Instrument normalerweise einen eigenen Prozessor. Darüber hinaus wird die Datenkomprimierung häufig von diesen Prozessoren durchgeführt, damit der Hauptprozessor des Raumfahrzeugs diese zusätzliche Arbeit nicht erledigt.
Eines der Dinge, die mich immer gestört haben, ist, dass die Leute darüber streiten, wie wenig Informationen in verschiedenen verlustbehafteten Komprimierungsschemata verloren gehen ... und nicht, wie sich dies auf die Erkennung von Features auswirkt. Nach meinem besten Wissen gibt es jedoch kein Archiv unkomprimierter Daten + die automatisierten Erkennungsroutinen, die darauf ausgeführt werden müssen.
Dies ist eine breite, offene Frage mit fast so vielen Antworten, wie es Raumschiffe gegeben hat und geben wird. Niemand wird in der Lage sein, eine "vollständige" Antwort zu schreiben, aber einige von uns können beschreiben, was wir wissen. (Dies ist nicht die ideale Art von Frage für Websites im StackExchange-Stil, obwohl sie trotzdem eine gute und interessante Frage ist.)
@DarenW: Schlechte Wortwahl meinerseits, danke, dass Sie darauf hingewiesen haben. Das könnte die weniger als zufriedenstellenden Antworten erklären, die ich erhalten habe. Ich habe bearbeitet, um "Techniken" durch "Algorithmen" zu ersetzen.
Zwei antworten:
#1
+15
Adam Wuerl
2013-07-18 09:07:23 UTC
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Bilddaten werden normalerweise mit Standard-Bildkomprimierungsalgorithmen komprimiert. Beispielsweise definiert das National Imagery Transmission Format, MIL-STD-2500C, ein erweiterbares Standardformat für die Übertragung von Bilddaten innerhalb des Militärs. Der Standard fordert verschiedene Arten der Bildkomprimierung auf, die dem Standard entsprechen (z. B. JPEG).

Telemetriedaten werden häufig überhaupt nicht komprimiert. Ein Grund dafür ist, dass es sich oft um mehrere Größenordnungen weniger Daten handelt als das, was von der Nutzlast erzeugt wird (seien es Bilder, Kommunikationen oder Daten von einem anderen Instrumententyp oder Sensortyp), und daher in dem breiten Schema von Dingen, die es nicht wert sind, komprimiert zu werden . Telemetrie wird häufig auch als Datenstrom (und nicht als Datei) gesendet, wodurch die Arten von Komprimierungsschemata begrenzt werden, die verwendet werden können.

Tatsächlich werden Hochfrequenzsignale häufig absichtlich durch Techniken vergrößert wie Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und Faltungscodierung, die Mittel zum Hinzufügen redundanter Daten zu einem Signal sind, um die Übertragung robuster gegenüber Übertragungsfehlern zu machen, die bei Weltraumkommunikationsverbindungen endemisch sind.

Es gibt jedoch Standards für die verlustfreie und verlustbehaftete Komprimierung von Raumfahrzeugdaten. Das Beratende Komitee für Weltraumdatensysteme (CCSDS) hat eine Reihe von Standards für Weltraumkommunikationsverbindungen veröffentlicht. Derzeit gibt es vier veröffentlichte Standards, die sich mit verlustfreier Datenkomprimierung und Bilddatenkomprimierung befassen.

Vielen Dank für die erstaunlichen Quellen. Der Artikel über verlustfreie Komprimierung war für mich besonders interessant.
#2
+13
gerrit
2013-07-18 02:50:49 UTC
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Ich werde mich auf meteorologische Satelliten konzentrieren. Sie sind ein Paradebeispiel für Satelliten, die sehr große Datenmengen messen (und mit denen ich persönlich Erfahrung habe). Das Fazit lautet: Sie komprimieren die Daten nicht wirklich, können sie jedoch verschlechtern / einschränken. Eine spezielle Eigenschaft von meteorologischen Satelliten ist, dass die Benutzer die Daten schnell haben möchten, damit sie im Vergleich zu anderen Arten von Satelliten einen Unterschied machen können.

Die Advanced Very High Resolution Das Radiometer (AVHRR) ist ein meteorologischer Imager, der seit 1979 auf meteorologischen Satelliten von NOAA und EUMETSAT geflogen ist. Er bildet die gesamte Erde mit einer Auflösung von 1 km in fünf gleichzeitig betriebenen Kanälen ab. Diese Auflösung ist so hoch, dass die relativ kurze Zeit, in der eine Downlink-Verbindung besteht, nicht ausreicht, damit die NOAA-Satelliten alle Daten downlinken können. Daher verknüpfen sie globale Daten nur in einem speziellen Format, das als Global Area Coverage (GAC) bezeichnet wird: 4 benachbarte Pixel werden gemittelt und 2 von 3 Scanlinien werden ignoriert. Dies ist wohl eine Art verlustbehaftete Komprimierung. Benutzer, die die Daten mit voller Auflösung für ihre eigene Region benötigen, können sie direkt vom Satelliten herunterladen (und die nationalen Wetterbehörden) oder Daten mit voller Auflösung für bestimmte Regionen (aber nicht global) vorbestellen.

Drei Eigenschaften sind begrenzt:

  1. Bandbreite
  2. Speicher
  3. Rechenleistung
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    Bei ausreichender Rechenleistung, Die NOAA-Satelliten könnten alle Daten komprimieren und alle abwärts verbinden. Leider stammt die NOAA KLM-Serie aus dem Jahr 1999 und sie haben nicht die Rechenleistung. Seitdem sind alle drei oben genannten Eigenschaften gewachsen, und was meteorologische Satelliten betrifft, scheinen Bandbreite und Speicher mehr als die Rechenleistung gewachsen zu sein. Daher glaube ich nicht, dass für die riesigen Datenmengen, die von meteorologischen Satelliten gemessen werden, eine erweiterte Komprimierung stattfindet.

    Natürlich gibt es auch andere Satelliten, die große Datenmengen erfassen. Ich habe kein Fachwissen dazu, aber vielleicht können andere Leute mit relevanten Antworten dazu beitragen.

Können Sie klarstellen, dass keine Komprimierung stattfindet? Oder komprimieren sie es, z. mit PNG, und dass weitere Gewinne zu viel CPU / Komplexität / neuere Ausrüstung erfordern würden? Ich kann mir kaum vorstellen, dass sie RAW-Daten senden!
@NPSF3000 Meteorologische Satelliten können kontinuierlich Rohdaten Zeile für Zeile übertragen. Auf diese Weise können Benutzer die Bilder direkt auslesen, wenn der Satellit über Kopf läuft. Eine Komprimierung ist sinnvoll, wenn Sie die Daten einmal pro Umlauf sichern. Dies würde jedoch zu einer größeren Verzögerung führen, als die Anwendung von Nowcasting toleriert.
Selbst wenn Sie Daten streamen, gibt es einige sehr einfache Komprimierungstechniken, mit denen Sie eine Menge Daten sparen können. Ich weiß nicht, was sie tun, deshalb frage ich.
@NPSF3000 Nach meinem Verständnis werden sie nicht komprimiert, da bin ich mir zu 99% sicher, aber nicht zu 100%.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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