基于LZW的海底声学探测数据压缩方法研究与实现

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声学探测技术在海洋勘探领域发挥着至关重要的作用,随着声学探测技术的提高,海底声学探测数据量剧增,必然对海底探测仪器的存储以及传输信道提出了挑战,而数据压缩技术可为以上问题提供很好的解决方案以及实践指导。对于声学探测数据的实时数据压缩技术,目前在实际勘探中应用并不广泛,因此,搭载实时数据压缩技术的声学探测设备有着巨大的开发价值与应用前景。本文基于LZW(Lempel-Ziv-Welch)无损压缩算法,从物理算法模拟和数据压缩算法硬件移植两方面着手,研究海底声学探测数据的实时压缩方法及实现技术。物理算法模拟方面,以实际的海底地震仪探测的数据为数据源,在计算机平台测试LZW算法的压缩效果,并对压缩结果进行内存上的重新划分,极大程度上减少压缩结果的内存占用,改善压缩效果,并结合压缩效果分析压缩算法的可行性。在数据压缩的硬件移植方面,在算法研究的基础上,研究基于FPGA(Field Programmable Gate Array)硬件平台的LZW硬件电路压缩实现方法,研制数据实时采集和实时压缩的电路,实现数据压缩算法的硬件化。在物理算法模拟和数据压缩算法硬件移植工作的基础上,基于QT平台开发具有解压功能的上位机软件。通过理论分析和软硬件设计,实现声学数据的压缩,提高数据传输有效速率,提升海底声学探测设备的有效存储能力。在数据压缩算法硬件移植以及QT上位机解压软件开发完成后,在实验室进行数据压缩硬件电路以及上位机软件联调,验证了整个压缩及解压流程的正确性,实现了声学数据压缩与解压,提高了数据传输的有效速率,提升了海底声学探测设备的有效作业能力,对国内今后研制具有搭载数据压缩模块的海底声学探测仪器的研发具有很好的指导意义。
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