Pytanie:
Jakie algorytmy kompresji danych zostały z powodzeniem zastosowane w statkach kosmicznych?
GreenMatt
2013-07-18 02:17:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Naukowy statek kosmiczny może generować bardzo duże ilości danych. Jednak zarówno pamięć dostępna na pokładzie statku kosmicznego, jak i przepustowość dostępna do przesyłania danych do stacji naziemnych są ograniczone. Dlatego potrzebna jest kompresja danych. Jakie algorytmy zostały z powodzeniem zastosowane w statkach kosmicznych?

Dla [późniejszego życia Voyagera] (http://history.nasa.gov/computers/Ch6-2.html) (sekcja „Przyszłość Voyarer”): „Urzędnicy projektu Voyager zdecydowali się używać Flight Data System w trybie dwuprocesorowym dla pierwsze spotkanie z Uranem zapewniło kompresję danych obrazu. W ten sposób zawartość informacji pozostała wysoka, mimo że szybkość transmisji została znacznie zmniejszona. " „Najnowsze postępy w teorii kodowania dla komunikacji prawie bezbłędnej” (Cheung et al.): „Technika zapoczątkowana przez R. F. Rice'a… algorytm jest zasadniczo uniwersalnym kodem źródłowym dotyczącym różnic między kolejnymi pikselami”.
Zmieniłem tagowanie, usuwając tag komputera pokładowego i dodając tag data-systems. Komputer pokładowy to specyficzny element sprzętu. Na pokładzie statku kosmicznego mogą znajdować się inne procesory. W nowoczesnej misji naukowej każdy instrument ma zwykle swój własny procesor; ponadto kompresja danych jest często wykonywana przez te procesory, więc główny procesor statku kosmicznego nie musi wykonywać tej dodatkowej pracy.
Jedną z rzeczy, która zawsze mnie niepokoiła, jest to, że ludzie spierają się o to, jak mało informacji jest traconych w różnych schematach kompresji stratnej ... a nie o tym, jak wpływa to na wykrywanie funkcji. Jednak według mojej najlepszej wiedzy nie istnieje archiwum nieskompresowanych danych + automatyczne procedury wykrywania, które muszą na nim działać.
To szerokie, otwarte pytanie, na które udzielono prawie tylu odpowiedzi, ile było i będzie w przypadku statków kosmicznych. Nikt nie będzie w stanie napisać „pełnej” odpowiedzi, ale kilku z nas potrafi opisać to, co wiemy. (To nie jest idealne pytanie dla witryn w stylu StackExchange, choć i tak dobre i interesujące).
@DarenW: Słaby dobór słów z mojej strony, dziękuję za zwrócenie uwagi. To może wyjaśniać niezadowalające odpowiedzi, jakie otrzymałem. Edytowałem, aby zastąpić „techniki” „algorytmami”.
Dwa odpowiedzi:
#1
+15
Adam Wuerl
2013-07-18 09:07:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dane obrazu są zwykle kompresowane przy użyciu standardowych algorytmów kompresji obrazu. Na przykład National Imagery Transmission Format, MIL-STD-2500C, definiuje standardowy, rozszerzalny format przesyłania danych zdjęciowych w wojsku. Standard wymienia kilka typów kompresji obrazu zgodnych ze standardem (np. JPEG).

Dane telemetryczne często nie są w ogóle kompresowane. Jednym z uzasadnień jest to, że często jest to o kilka rzędów wielkości mniej danych niż to, co jest generowane przez ładunek (czy to obrazy, komunikacja lub dane z innego typu instrumentu lub czujnika), a zatem w szerokim ujęciu rzeczy nie warte kompresji . Telemetria jest również często przesyłana jako strumień danych (zamiast pliku), co ogranicza typy schematów kompresji, które mogą być użyte.

W rzeczywistości sygnały o częstotliwości radiowej są często celowo zwiększane za pomocą technik jak korekcja błędów w przód (FEC) i kodowanie splotowe, które są środkami dodawania nadmiarowych danych do sygnału, aby uczynić transmisję bardziej odporną na błędy transmisji typowe dla łączy komunikacji kosmicznej.

To powiedziawszy, istnieją standardy bezstratnej i stratnej kompresji danych ze statków kosmicznych. Komitet Konsultacyjny ds. Kosmicznych Systemów Danych (CCSDS) opublikował zestaw norm dotyczących łączy komunikacji kosmicznej. Obecnie istnieją cztery opublikowane standardy, które omawiają bezstratną kompresję danych i kompresję danych obrazu.

Dziękuję za niesamowite źródła, artykuł o bezstratnej kompresji był dla mnie szczególnie interesujący.
#2
+13
gerrit
2013-07-18 02:50:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Skoncentruję się na satelitach meteorologicznych. Są doskonałym przykładem satelitów, które mierzą bardzo duże ilości danych (z którymi mam osobiste doświadczenia). Najważniejsze jest to, że tak naprawdę nie kompresują danych, ale mogą je degradować / ograniczać. Specyficzną właściwością satelitów meteorologicznych jest to, że użytkownicy chcą danych szybko , co może mieć znaczenie w porównaniu z innymi rodzajami satelitów.

Zaawansowana bardzo wysoka rozdzielczość Radiometer (AVHRR) to kamera meteorologiczna, która latała na satelitach meteorologicznych NOAA i EUMETSAT od 1979 roku. Obrazuje całą Ziemię z rozdzielczością 1 km w pięciu jednocześnie działających kanałach. Ta rozdzielczość jest tak wysoka, że ​​stosunkowo krótki czas, w którym ma połączenie w dół, nie jest wystarczający dla satelitów NOAA do pobierania wszystkich danych. Dlatego pobierają dane globalne tylko w specjalnym formacie znanym jako Global Area Coverage (GAC): 4 sąsiednie piksele są uśredniane, a 2 z 3 linii skanowania są ignorowane. Prawdopodobnie jest to rodzaj stratnej kompresji. Użytkownicy, którzy potrzebują danych w pełnej rozdzielczości dla swojego regionu, mogą pobrać je bezpośrednio z satelity (a krajowe agencje meteorologiczne tak robią) lub zamówić w przedsprzedaży dane w pełnej rozdzielczości dla określonych regionów (ale nie globalnie).

Trzy właściwości są ograniczone:

  1. przepustowość
  2. pamięć masowa
  3. moc obliczeniowa

Przy wystarczającej mocy obliczeniowej satelity NOAA mogą kompresować wszystkie dane i wszystkie je pobierać. Niestety, seria NOAA KLM pochodzi z 1999 roku i nie ma mocy obliczeniowej. Od tego czasu wszystkie trzy wyżej wymienione właściwości wzrosły, a jeśli chodzi o satelity meteorologiczne, wydaje się, że przepustowość i pojemność wzrosły bardziej niż moc obliczeniowa. Dlatego nie sądzę, aby zachodziła jakakolwiek zaawansowana kompresja dla ogromnych ilości danych mierzonych przez satelity meteorologiczne.

Oczywiście są też inne satelity, które również zbierają duże ilości danych. Nie mam żadnej wiedzy na ten temat, ale być może inni ludzie mogą pomóc, udzielając odpowiednich odpowiedzi.

Czy możesz wyjaśnić, że nie ma żadnej kompresji? Czy też go kompresują, np. z PNG i że jakiekolwiek dalsze korzyści wymagałyby zbyt dużej ilości procesora / złożoności / nowszego sprzętu? Trudno mi sobie wyobrazić, że wysyłają dane w formacie RAW!
@NPSF3000 Satelity meteorologiczne mogą w sposób ciągły przesyłać nieprzetworzone dane, linia po linii. Pozwala to użytkownikom na bezpośrednie odczytywanie obrazów, gdy satelita przechodzi nad głową. Kompresja ma sens, jeśli zrzucasz dane raz na orbitę, ale spowodowałoby to większe opóźnienie, niż toleruje zastosowanie nowcastingu.
Nawet jeśli przesyłasz strumieniowo dane, istnieje kilka bardzo prostych technik kompresji, które mogą zaoszczędzić mnóstwo danych. Nie wiem, co robią, dlatego pytam.
@NPSF3000 Rozumiem, że nie kompresują, jestem tego w 99% pewien, ale nie w 100%.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...