Domanda:
Quali algoritmi di compressione dei dati sono stati utilizzati con successo nei veicoli spaziali?
GreenMatt
2013-07-18 02:17:09 UTC
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I veicoli spaziali scientifici possono generare enormi quantità di dati. Tuttavia, sia lo spazio di archiviazione disponibile a bordo del veicolo spaziale che la larghezza di banda disponibile per trasmettere i dati alle stazioni di terra sono limitati. Pertanto, è necessaria la compressione dei dati. Quali algoritmi sono stati utilizzati con successo sui veicoli spaziali?

Per [Voyager's later life] (http://history.nasa.gov/computers/Ch6-2.html) (sezione "Voyarer's Future"): "I funzionari del progetto Voyager hanno deciso di utilizzare il Flight Data System in modalità dual processor per il La prima volta che l'incontro con Urano ha fornito la compressione dei dati di immagine. Pertanto, il contenuto di informazioni è rimasto alto anche se la velocità di trasmissione è stata notevolmente ridotta. " "Recenti progressi nella teoria dei codici per comunicazioni prive di errori" (Cheung et al.): "Tecnica introdotta da R. F. Rice ... l'algoritmo è essenzialmente un codice sorgente universale sulle differenze tra pixel successivi".
Ho modificato i tag, rimuovendo il tag del computer di volo e aggiungendo il tag data-systems. Un computer di volo è un componente hardware specifico. Possono esserci altri processori a bordo di un veicolo spaziale. Per una moderna missione scientifica, ogni strumento ha solitamente il proprio processore; inoltre, la compressione dei dati viene spesso eseguita da questi processori in modo che il processore principale della navicella non debba svolgere questo lavoro extra.
Una delle cose che mi ha sempre infastidito è che le persone discutono su quante poche informazioni vengono perse in vari schemi di compressione con perdita ... e non su come influisce sul rilevamento delle funzionalità. Per quanto ne so, tuttavia, non esiste un archivio di dati non compressi + le routine di rilevamento automatico che devono essere eseguiti su di esso.
Questa è una domanda ampia e aperta con quasi tante risposte quante sono state e saranno le astronavi. Nessuno sarà in grado di scrivere una risposta "completa", ma molti di noi possono descrivere ciò che sappiamo. (Questo non è il tipo di domanda ideale per i siti in stile StackExchange, sebbene sia comunque una domanda buona e interessante.)
@DarenW: Scarsa scelta di parole da parte mia, grazie per averlo segnalato. Ciò potrebbe spiegare le risposte meno che soddisfacenti che ho ricevuto. Ho modificato per sostituire "tecniche" con "algoritmi".
Due risposte:
#1
+15
Adam Wuerl
2013-07-18 09:07:23 UTC
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I dati delle immagini vengono generalmente compressi utilizzando algoritmi di compressione delle immagini standard. Ad esempio, il National Imagery Transmission Format, MIL-STD-2500C, definisce un formato standard estensibile per la trasmissione di dati di immagini all'interno dei militari. Lo standard prevede diversi tipi di compressione delle immagini conformi allo standard (come JPEG).

I dati di telemetria spesso non sono affatto compressi. Una logica è che spesso ci sono molti ordini di grandezza in meno di dati rispetto a ciò che viene generato dal carico utile (che si tratti di immagini, comunicazioni o dati da un altro tipo di strumento o sensore), e quindi nello schema generale delle cose che non vale la pena comprimere . La telemetria viene spesso inviata come flusso di dati (piuttosto che come file), il che limita i tipi di schemi di compressione che potrebbero essere utilizzati.

In effetti, i segnali in radiofrequenza sono spesso intenzionalmente aumentati di dimensioni attraverso tecniche come la correzione degli errori in avanti (FEC) e la codifica di convoluzione, che sono mezzi per aggiungere dati ridondanti a un segnale per rendere la trasmissione più robusta agli errori di trasmissione endemici ai collegamenti di comunicazione spaziale.

Detto questo, esistono standard per la compressione senza perdite e con perdita di dati dei veicoli spaziali. Il Comitato consultivo per i sistemi di dati spaziali (CCSDS) ha pubblicato una serie di standard per i collegamenti di comunicazione spaziale. Esistono attualmente quattro standard rilasciati che discutono la compressione dei dati senza perdita di dati e la compressione dei dati delle immagini.

Grazie per le fantastiche fonti, l'articolo sulla compressione senza perdita di dati è stato particolarmente interessante per me.
#2
+13
gerrit
2013-07-18 02:50:49 UTC
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Mi concentrerò sui satelliti meteorologici. Sono un ottimo esempio di satelliti che misurano grandi quantità di dati (e con cui ho esperienza personale). La linea di fondo è: non comprimono realmente i dati, ma potrebbero degradarli / limitarli. Una proprietà specifica dei satelliti meteorologici è che gli utenti desiderano che i dati siano veloci , quindi questo potrebbe fare la differenza rispetto ad altri tipi di satelliti.

La risoluzione molto alta avanzata Radiometer (AVHRR) è un imager meteorologico che ha volato su satelliti meteorologici da NOAA e EUMETSAT dal 1979. Immagina l'intera Terra con una risoluzione di 1 km in cinque canali azionati simultaneamente. Questa risoluzione è così alta che il tempo relativamente breve durante il quale ha una connessione downlink non è sufficiente per i satelliti NOAA per eseguire il downlink di tutti i dati. Pertanto, eseguono il downlink dei dati globali solo in un formato speciale noto come Copertura dell'area globale (GAC): viene calcolata la media di 4 pixel adiacenti e vengono ignorate 2 linee di scansione su 3. Probabilmente, questa è una sorta di compressione con perdita. Gli utenti che necessitano dei dati a piena risoluzione per la propria regione possono scaricarli direttamente dal satellite (e le agenzie meteorologiche nazionali lo fanno) o preordinare i dati a piena risoluzione per regioni specifiche (ma non a livello globale).

Tre proprietà sono limitate:

  1. larghezza di banda
  2. archiviazione
  3. potenza di calcolo

Con una potenza di calcolo sufficiente, i satelliti NOAA potrebbero comprimere tutti i dati e scaricarli tutti. Purtroppo, la serie NOAA KLM risale al 1999 e non ha la potenza di calcolo. Da allora, tutte e tre le proprietà di cui sopra sono cresciute e, per quanto riguarda i satelliti meteorologici, sembra che la larghezza di banda e la memoria siano cresciute più della potenza di calcolo. Quindi, non credo che ci sia alcuna compressione avanzata in corso per la grande quantità di dati misurati dai satelliti meteorologici.

Ovviamente ci sono altri satelliti che raccolgono anche grandi quantità di dati. Non ho esperienza in merito, ma forse altre persone possono contribuire con risposte pertinenti.

Puoi chiarire che non è in corso alcuna compressione? O lo stanno comprimendo, ad es. con PNG e che qualsiasi ulteriore guadagno richiederebbe troppa CPU / complessità / attrezzature più recenti? Trovo difficile immaginare che stiano inviando dati RAW!
I satelliti meteorologici @NPSF3000 potrebbero trasmettere continuamente dati grezzi, riga per riga. Ciò consente agli utenti di leggere le immagini direttamente, mentre il satellite passa sopra la testa. La compressione ha senso se si scaricano i dati una volta per orbita, ma ciò causerebbe un ritardo maggiore di quello tollerato dall'applicazione del nowcasting.
anche se stai trasmettendo dati, ci sono alcune tecniche di compressione molto semplici che possono far risparmiare un sacco di dati. Non so cosa fanno, quindi perché me lo chiedo.
@NPSF3000 Mi risulta che non si comprimano, ne sono sicuro al 99%, ma non al 100%.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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