RCEI

ICER es un formato de archivo de compresión de imágenes basado en ondículas utilizado por los rovers de Marte de la NASA. ICER tiene modos de compresión con pérdida y sin pérdida.

Los Mars Exploration Rovers Spirit y Opportunity utilizaron ICER. La compresión de imágenes integrada se utiliza ampliamente para aprovechar al máximo los recursos del enlace descendente. El rover Curiosity admite el uso de ICER para sus cámaras de navegación (pero todas las demás cámaras usan otros formatos de archivo).

La mayoría de las imágenes MER están comprimidas con el software de compresión de imágenes ICER. Las imágenes MER restantes que se comprimen utilizan el software Low Complexity Lossless Compression (LOCO) modificado, un submodo sin pérdidas de ICER.

ICER es un compresor de imágenes basado en ondículas que permite un compromiso elegante entre la cantidad de compresión (expresada en términos de volumen de datos comprimidos en bits/píxel) y la degradación resultante en la calidad de la imagen (distorsión). ICER tiene algunas similitudes con JPEG2000, con respecto a las operaciones de wavelet seleccionadas.

El desarrollo de ICER fue impulsado por el deseo de lograr un alto rendimiento de compresión y al mismo tiempo satisfacer las necesidades especializadas de las aplicaciones del espacio profundo.

Consideraciones prácticas

Para controlar la calidad de la imagen y la cantidad de compresión en ICER, el usuario especifica una cuota de bytes (la cantidad nominal de bytes que se usarán para almacenar la imagen comprimida) y un parámetro de nivel de calidad (que es esencialmente un objetivo de calidad). ICER intenta producir una imagen comprimida que cumpla con el nivel de calidad utilizando la menor cantidad posible de bytes comprimidos. Deja de producir bytes comprimidos una vez que se alcanza el nivel de calidad o la cuota de bytes, lo que ocurra primero.

Esta disposición proporciona una mayor flexibilidad en comparación con los compresores (como el compresor JPEG utilizado en Mars Pathfinder) que proporcionan un solo parámetro para controlar la calidad de la imagen. Con ICER, cuando la preocupación principal es el ancho de banda disponible para transmitir la imagen comprimida, se puede establecer el objetivo de calidad sin pérdidas y la cuota de bytes dada determinará la cantidad de compresión obtenida.

En el otro extremo, cuando la única consideración importante es una calidad de imagen mínima aceptable, es posible especificar una cuota de bytes suficientemente grande y la cantidad de compresión estará determinada por el nivel de calidad especificado.

Para lograr la contención de errores, ICER produce el flujo de bits comprimido en partes o segmentos separados que se pueden decodificar de forma independiente. Estos segmentos representan regiones rectangulares de la imagen original, pero están definidos en el dominio de transformación. Si, en cambio, la imagen se dividiera directamente y la transformada wavelet se aplicara por separado a cada segmento, bajo la compresión con pérdida, los límites entre los segmentos tenderían a ser perceptibles en la imagen reconstruida incluso cuando no se pierdan los datos comprimidos.

Dado que ICER proporciona una facilidad para la flexibilidad automatizada en la elección de la cantidad de segmentos, la eficacia de la compresión se puede cambiar por la protección contra pérdida de paquetes, lo que permite adaptarse a diferentes tasas de error de canal.

Más segmentos no siempre son malos para la efectividad de la compresión: muchas imágenes se comprimen de manera más efectiva usando de 4 a 6 segmentos (para imágenes de megapíxeles) porque regiones dispares de la imagen terminan en diferentes segmentos.

Concordancias de diseño con el compresor JPEG2000

JPEG 2000 tiene algunas similitudes de diseño con el formato de compresión de imágenes ICER que se utiliza para enviar imágenes desde los rovers de Marte.

ICER (como JPEG 2000) está basado en wavelet y proporciona

• compresión progresiva.
• compresión sin pérdidas (utilizando el compresor LOCO).
• compresión perdida.
• corrección de error de contexto de imagen para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal profundo-espacio.

ICER en general proporciona un rendimiento de compresión con pérdida competitivo con el estándar de compresión de imágenes JPEG2000.

Características comunes de ICER-JPEG 2000

• Ambos ofrecen un número variable de fichas de imagen para aumentar la eficacia de la compresión sobre el canal espacial profundo. Las fichas de imagen reducen las demandas de memoria y tiempo de procesamiento.
• Ambos ofrecen una cuota de 'byte'.
• Ambos ofrecen una cuota de 'calidad'.

Diferencias ICER-JPEG 2000

JPEG2000 e ICER tienen muchas diferencias internas importantes

• JPEG 2000 utiliza matemáticas de punto flotante, donde ICER utiliza solamente matemáticas enteros. Así ICER tendrá un buen rendimiento en entero sólo CPUs como el T414 Transputer, mientras que JPEG 2000 no funcionará, así como se ve obligado a la emulación de puntos flotantes.
• ICER revierte a un compresor independiente LOCO interno (Compresión sin pérdida de la Complejidad Low) para la compresión de imagen sin pérdida.
• JPEG 2000 implementa un compresor sin pérdida de onda simétrica de baja complejidad, pero ICER utiliza un compresor sin pérdida de onda sin integer.
• ICER y JPEG 2000 codifican espacios de color de manera diferente.
• ICER en su forma actual comprime imágenes monocromáticas mejor que imágenes de color debido a sus orígenes como un formato interno de archivo de la Red Espacial Profunda de NASA.
• ICER está sujeto a menos de 1% sobresueldo cuando las cuotas de byte y calidad están en vigor. Por otro lado, los codecs JPEG2000 suelen estar diseñados para no superar sus cuotas de byte.

¿Cuándo se debe usar ICER o ICER 3D?

ICER se creó para CPU de 32 bits de gama baja (esencialmente computadoras integradas) en naves espaciales. Finalmente se utilizó para los Mars Exploration Rovers. Nunca se ha utilizado para ninguna aplicación en tiempo real, solo casi en tiempo real.

JPEG2000 ha sido utilizado por muchas aplicaciones de procesamiento de imágenes casi en tiempo real y en tiempo real (cine digital, transmisión). Las principales ventajas del códec es que no tiene licencia (JPEG2000 PART1). El comité de JPEG ha declarado: “Siempre ha sido un objetivo firme del comité de JPEG que sus estándares se puedan implementar en su forma básica sin pagar regalías ni derechos de licencia.[...] Se han llegado a acuerdos con más de 20 grandes organizaciones. posee muchas patentes en esta área para permitir el uso de su propiedad intelectual en relación con el estándar sin pagar derechos de licencia o regalías”. El software de gráficos remotos de Hewlett-Packard utiliza un códec de video llamado HP3 (códec) que afirma derivar de la compresión del rover de Marte; esta podría ser una implementación en tiempo real de ICER.

ICER ofrece un nuevo modo llamado Spectral+ICER que hace posibles niveles de distorsión de tasa más bajos (también conocidos como errores de nivel de gris) con imágenes ICER. Este modo solo se está utilizando hasta ahora con los Mars Pathfinders, pero puede ver una implementación más amplia en el estándar ICER [1].

ICER 3D

Los segmentos de contención de errores en ICER-3D se definen espacialmente (en el dominio de transformación wavelet) de manera similar a JPEG 2000. Los datos transformados por wavelet se dividen de forma muy similar a ICER, excepto que en ICER-3D los segmentos se extiende a través de todas las bandas espectrales. Los segmentos de contención de errores en ICER e ICER-3D se definen utilizando una forma no modificada del algoritmo de partición de rectángulo ICER.

En ICER-3D, los contextos se definen en función de dos coeficientes vecinos en la dimensión espectral y ningún coeficiente vecino en el mismo plano espacial. Esto contrasta con el esquema de modelado de contexto utilizado por ICER, que hace uso de información previamente codificada de coeficientes espacialmente vecinos.

ICER-3D explota las dependencias de datos 3D en parte mediante el uso de una descomposición wavelet 3D. Lo particular La descomposición utilizada por ICER-3D incluye pasos de descomposición espacial adicionales en comparación con un Mallat 3-D descomposición. Esta descomposición modificada proporciona beneficios en forma de mejoras cuantitativas rendimiento de distorsión de velocidad y en la eliminación de artefactos de timbre espectral.

ICER-3D aprovecha las propiedades de correlación de los datos hiperespectrales transformados por wavelet al utilizando un procedimiento de modelado de contexto que enfatiza las dependencias espectrales (en lugar de espaciales) en el datos transformados por wavelet. Esto proporciona una ganancia significativa sobre el modelador de contexto espacial alternativo considerado.

ICER-3D también hereda la mayoría de las características importantes de ICER, incluida la compresión progresiva, la capacidad de realizar compresión con pérdida y sin pérdidas, y un esquema efectivo de contención de errores para limitar los efectos de la pérdida de datos en el canal de espacio profundo.