Pregunta:
¿Qué algoritmos de compresión de datos se han utilizado con éxito en naves espaciales?
GreenMatt
2013-07-18 02:17:09 UTC
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Las naves espaciales científicas pueden generar grandes cantidades de datos. Sin embargo, tanto el almacenamiento disponible a bordo de la nave espacial como el ancho de banda disponible para transmitir los datos a las estaciones terrestres son limitados. Por tanto, se necesita la compresión de datos. ¿Qué algoritmos se han utilizado con éxito en naves espaciales?

Para [la vida posterior de la Voyager] (http://history.nasa.gov/computers/Ch6-2.html) (sección "El futuro de la Voyager"): "Los funcionarios del Proyecto Voyager decidieron utilizar el Sistema de datos de vuelo en modo de procesador dual para la primera vez que el encuentro con Urano proporcionó compresión de datos de imagen. Por lo tanto, el contenido de información se mantuvo alto a pesar de que la tasa de transmisión se redujo considerablemente ". "Avances recientes en la teoría de la codificación para comunicaciones casi libres de errores" (Cheung et al.): "Técnica iniciada por R. F. Rice ... el algoritmo es esencialmente un código fuente universal sobre las diferencias entre píxeles sucesivos".
He editado el etiquetado, quitando la etiqueta de la computadora de vuelo y agregando la etiqueta de los sistemas de datos. Una computadora de vuelo es una pieza específica de hardware. Puede haber otros procesadores a bordo de una nave espacial. Para una misión científica moderna, cada instrumento suele tener su propio procesador; Además, estos procesadores suelen realizar la compresión de datos para que el procesador principal de la nave espacial no tenga que hacer este trabajo adicional.
Una de las cosas que siempre me ha molestado es que la gente discute sobre la poca información que se pierde en varios esquemas de compresión con pérdida ... y no sobre cómo afecta la detección de características. Sin embargo, hasta donde yo sé, no hay un archivo de datos sin comprimir + las rutinas de detección automatizadas que deben ejecutarse en él.
Esta es una pregunta amplia y abierta con casi tantas respuestas como ha habido y habrá naves espaciales. Nadie va a poder escribir una respuesta "completa", pero varios de nosotros podemos describir lo que sabemos. (Este no es el tipo de pregunta ideal para los sitios de estilo StackExchange, aunque es una pregunta buena e interesante de todos modos).
@DarenW: Mala elección de palabras de mi parte, gracias por señalarlo. Eso puede explicar las respuestas menos que satisfactorias que he recibido. He editado para reemplazar "técnicas" con "algoritmos".
Dos respuestas:
#1
+15
Adam Wuerl
2013-07-18 09:07:23 UTC
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Los datos de imagen se comprimen normalmente mediante algoritmos de compresión de imágenes estándar. Por ejemplo, el formato de transmisión de imágenes nacional, MIL-STD-2500C, define un formato estándar y extensible para la transmisión de datos de imágenes dentro del ejército. El estándar menciona varios tipos de compresión de imágenes que cumplen con el estándar (como JPEG).

Los datos de telemetría a menudo no se comprimen en absoluto. Una razón fundamental es que a menudo son varios órdenes de magnitud menos datos que los que genera la carga útil (ya sean imágenes, comunicaciones o datos de otro tipo de instrumento o sensor) y, por lo tanto, en el amplio esquema de cosas que no vale la pena comprimir. . La telemetría también se envía a menudo como un flujo de datos (en lugar de un archivo), lo que limita los tipos de esquemas de compresión que podrían usarse.

De hecho, las señales de radiofrecuencia a menudo aumentan de tamaño intencionalmente mediante técnicas como la corrección de errores hacia adelante (FEC) y la codificación de convolución, que son medios para agregar datos redundantes a una señal para hacer que la transmisión sea más robusta a los errores de transmisión endémicos de los enlaces de comunicación espacial.

Dicho esto, existen estándares para la compresión sin pérdidas y con pérdidas de datos de naves espaciales. El Comité Consultivo de Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS) ha publicado un conjunto de estándares para los enlaces de comunicaciones espaciales. Actualmente, existen cuatro estándares publicados que analizan la compresión de datos sin pérdidas y la compresión de datos de imágenes.

Gracias por las increíbles fuentes, el artículo de compresión sin pérdidas fue especialmente interesante para mí.
#2
+13
gerrit
2013-07-18 02:50:49 UTC
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Me centraré en los satélites meteorológicos. Son un excelente ejemplo de satélites que miden grandes cantidades de datos (y uno con el que tengo experiencia personal). La conclusión es: realmente no comprimen los datos, pero pueden degradarlos / limitarlos. Una propiedad específica de los satélites meteorológicos es que los usuarios quieren los datos rápidos , por lo que podrían marcar la diferencia en comparación con otros tipos de satélites.

El avanzado de muy alta resolución Radiometer (AVHRR) es un generador de imágenes meteorológicas que ha volado en satélites meteorológicos de NOAA y EUMETSAT desde 1979. Toma imágenes de toda la Tierra a una resolución de 1 km en cinco canales operados simultáneamente. Esta resolución es tan alta, que el tiempo relativamente corto durante el cual tiene una conexión de enlace descendente no es suficiente para que los satélites de la NOAA desciendan todos los datos. Por lo tanto, enlazan datos globales solo en un formato especial conocido como Cobertura de área global (GAC): se promedian 4 píxeles adyacentes y se ignoran 2 de cada 3 líneas de exploración. Podría decirse que se trata de una especie de compresión con pérdidas. Los usuarios que necesitan los datos de resolución completa para su propia región pueden descargarlos directamente del satélite (y las agencias meteorológicas nacionales lo hacen), o hacer un pedido anticipado de datos de resolución completa para regiones específicas (pero no globalmente).

Tres propiedades son limitadas:

  1. ancho de banda
  2. almacenamiento
  3. poder computacional

Con suficiente poder computacional, los satélites de la NOAA podrían comprimir todos los datos y transmitirlos por completo. Por desgracia, la serie NOAA KLM data de 1999 y no tienen el poder de cálculo. Desde entonces, las tres propiedades mencionadas anteriormente han crecido y, en lo que respecta a los satélites meteorológicos, parece que el ancho de banda y el almacenamiento han crecido más que la potencia computacional. Por lo tanto, no creo que haya ninguna compresión avanzada para la gran cantidad de datos medidos por satélites meteorológicos.

Por supuesto, hay otros satélites que también recopilan grandes cantidades de datos. No tengo experiencia en eso, pero tal vez otras personas puedan contribuir con respuestas relevantes.

¿Puede aclarar que no hay compresión? O lo están comprimiendo, p. Ej. con PNG, y que cualquier ganancia adicional requeriría demasiada CPU / complejidad / equipo más nuevo? ¡Me cuesta imaginar que estén enviando datos RAW!
Los satélites meteorológicos @NPSF3000 pueden transmitir continuamente datos brutos, línea por línea. Esto permite a los usuarios leer las imágenes directamente, cuando el satélite pasa por encima. La compresión tiene sentido si vuelca los datos una vez por órbita, pero eso causaría más demoras de las que tolera la aplicación de predicción inmediata.
Incluso si está transmitiendo datos, existen algunas técnicas de compresión muy simples que pueden ahorrar una gran cantidad de datos. No tengo conocimiento de lo que hacen, por eso pregunto.
@NPSF3000 Tengo entendido que no se comprimen, estoy 99% seguro de eso, pero no 100%.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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