图像压缩

正如由机器人完成的任务生成的数据非常宝贵，需要返回这些数据的通信带宽也是非常宝贵的。对于较小的图像，比如那些通过子图定位或者抽样操作，图片大小已经减少了，因此直接执行“下行”操作而不做压缩处理是可行的。更大的图像，比如全尺寸大小的SSI图像，“下行”操作会消耗很多带宽，因此在这种情况下，通常采用压缩方法来解决。

ICS采用像素映射和扩展，提供了两种压缩和减少图像大小的方式。对于某个特定的图片，采用哪种压缩或减少图像大小方式，主要依赖于图像需要达到的保真程度，高保真被认为是图像的一个必要方面。在一些情况下，每个像素8位就足够了；而在其他一些情况下，JPEG压缩本身造成的图像保真损失是可以接受的；而对于一些情况，图像需要保持尽可能高的保真，则可以采用无损压缩的方式。

在ICS内部，一台JPEG压缩器采用所有的整数算术计算和就地操作，提供所谓的“有损”压缩方式。JPEG被认为是有损的，因为其压缩过程丢失了部分图像数据。JPEG可以通过命令，对图像数据实现不同程度的压缩。最终代码是松散式地基于Mars'98使命的JPEG压缩器；虽然凤凰号火星着陆探测器的ICS的实现只采用了其部分原始代码。原始的JPEG压缩器使用的是浮点数乘以全尺寸大小的图像数组作为缓存，并采用动态内存分配方式。对于这种方式如何在飞行软件上正常工作，我仍然感到很困惑，不过它确实能够正常工作。在压缩代码中使用浮点数来表示像素数据，这也意味着对于每个图像，比起16位整数的原始图像表示方式，浮点数占用了其四倍的内存空间。

第二种压缩方式，也称为Rice无损压缩(Rce Lossless)或者Rice压缩，采用了由Jet Propulsion实验室的Robert Rice开发的一种算法。该Rice算法可以对图像数据实现几乎2：1的压缩效果，且没有数据损失。而JPEG算法在压缩过程中丢失了部分数据。Rice压缩方法也是在图像槽中就地对图像进行压缩。

两种无压缩的缩小图像大小技术或者采用查询表，把12位的像素值映射到8位的像素值，或者采用位缩小技术，对像素数据向右移动4位，生成一个每个像素8位的图像。JPEG和Rice压缩函数都接受12位或者8位的图像数据。

是否采用有损的JPEG压缩方式，通常需要对各种因素进行权衡，比如数据需要达到的精确度、可用的带宽大小、太空飞行器的主机有多少可用的“下行”存储空间、有多少时间可用于执行压缩（之前提过，RAD6000的最高速度是20MHz，因此压缩1M像素的图像数据可能需要超过1秒钟）。

当使用JPEG压缩方式时，采用的压缩比率是通过命令行参数决定，该命令行参数指定结果数据在最差情况下的压缩比率。换句话说，ICS不是指定一个“质量”因子（该因子通常表示JPEG压缩方法需要达到的压缩级别），而是使用一个可扩展因子，自动计算得出需要的压缩级别。这是基于全局“图像熵”(iage entropy)的“快查”(qick-look)分析。图像熵是图像“繁忙”程度的估计值，熵值越高的图像（在亮度上有很多细节和变化，如有很多鹅卵石的地面，阴影对比分明）将需要更高的压缩设置来满足最终的目标图像大小限制。对于熵值低的图像，比如飘着一些云彩的Martian天空，没有太多的细节和变化，因而只要较少的压缩量就能满足目标图像大小限制。

JPEG压缩算法扩展因子也用于把原始图像划分成不同的分段。这些分段一次一个地传给JPEG压缩器，其输出被写回到图像的槽。在执行“下行”操作之前，图像槽的最终结果是一组小的、自包含的JPEG图像，这些图像的全部大小不大于由命令行指定压缩比率的原始图像大小。

Rice压缩器包含它自己的嵌入式分段方法，而且其“下行”操作是简单地通过读出压缩数据，这些压缩数据通过小的分包方式，分包大小适合太空飞行器主机的闪存大小。查询表和减少位的方法的输出也是简单地读出闪存大小的包，用于“下行”操作。