Application of permutations to lossless compression of multispectral thematic mapper images

The goal of data compression is to find shorter representa- tions for any given data. In a data storage application, this is done in order to save storage space on an auxiliary device or, in the case of a communication scenario, to increase channel throughput. Because re- motely sensed data require tremendous amounts of transmission and storage space, it is essential to find good algorithms that utilize the spa- tial and spectral characteristics of these data to compress them. A new technique is presented that uses a spectral and spatial correlation to create orderly data for the compression of multispectral remote sensing data, such as those acquired by the Landsat Thematic Mapper (TM) sensor system. The method described simply compresses one of the bands using the standard Joint Photographic Expert Group (JPEG) com- pression, and then orders the next band’s data with respect to the pre- vious sorting permutation. Then, the move-to-front coding technique is used to lower the source entropy before actually encoding the data. Ow- ing to the correlation between visible bands of TM images, it was ob- served that this method yields tremendous gain on these bands (on an average 0.3 to 0.5 bits/pixel compared with lossless JPEG) and can be successfully used for multispectral images where the spectral distances between bands are close

PENGEMBANGAN TEKNIK KOMPRESI HYBRID UNTUK DATA PENGINDERAAN JAUH MODIS

Development on Remote Sensing field requires an optimal data compression technique to result high compression ratio but prevent data quality, so the data still be accepted on application remote sensing. One of the newest compression technique is hybrid compression that combine the reduction spectral redundancy and the reduction spatial redundancy. On this research will propose the improvement of hybrid technique compression for multiband MODIS data which developed by Yuan-Xiang Li, et.al (IEEE 2007). The improvement is by selecting better reference band for band prediction, skip the prediction band for unpredictable band and propose to use higher decomposition wavelet level will get better the compression performance. The Simulation result is the linier interband prediction with skip band will get the high value of PSNR ( 40 dB) and high compression ratio (80). The result of the compression will be used for remote sensing application of the MODIS data, specially for global earth observation. Key word: Compression, Hybrid, Prediction, Image,band, Wavelet, MODIS, PSNR, Symetry co-histogra

Lossless compression of satellite multispectral and hyperspectral images

En esta tesis se presentan nuevas técnicas de compresión sin pérdida tendientes a reducir el espacio de almacenamiento requerido por imágenes satelitales. Dos tipos principales de imágenes son tratadas: multiespectrales e hiperespectrales. En el caso de imágenes multiespectrales, se desarrolló un compresor no lineal que explota tanto las correlaciones intra como interbanda presentes en la imagen. Este se basa en la transformada wavelet de enteros a enteros y se aplica sobre bloques no solapados de la imagen. Diferentes modelos para las dependencias estadísticas de los coeficientes de detalle de la transformada wavelet son propuestos y analizados. Aquellos coeficientes que se encuentran en las subbandas de detalle fino de la transformada son modelados como una combinación afín de coeficientes vecinos y coeficientes en bandas adyacentes, sujetos a que se encuentren en la misma clase. Este modelo se utiliza para generar predicciones de otros coficientes que ya fueron codificados. La información de clase se genera mediante la cuantización LloydMax, la cual también se utiliza para predecir y como contextos de condicionamiento para codificar los errores de predicción con un codificador aritmético adaptativo. Dado que el ordenamiento de las bandas también afecta la precisión de las predicciones, un nuevo mecanismo de ordenamiento es propuesto basado en los coeficientes de detalle de los últimos dos niveles de la transformada wavelet. Los resultados obtenidos superan a los de otros compresores 2D sin pérdida como PNG, JPEG-LS, SPIHT y JPEG2000, como también a otros compresores 3D como SLSQ-OPT, JPEG-LS diferencial y JPEG2000 para imágenes a color y 3D-SPIHT. El método propuesto provee acceso aleatorio a partes de la imagen, y puede aplicarse para la compresión sin pérdida de otros datos volumétricos. Para las imágenes hiperespectrales, algoritmos como LUT o LAIS-LUT que revisten el estado del arte para la compresión sin pérdida para este tipo de imágenes, explotan la alta correlación espectral de estas imágenes y utilizan tablas de lookup para generar predicciones. A pesar de ello, existen casos donde las predicciones no son buenas. En esta tesis, se propone una modificación a estos algoritmos de lookup permitiendo diferentes niveles de confianza a las tablas de lookup en base a las variaciones locales del factor de escala. Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios y mejores a los de LUT y LAIS-LUT. Se han diseñado dos compresores sin pérdida para dos tipos de imágenes satelitales, las cuales tienen distintas propiedades, a saber, diferente resolución espectral, espacial y radiométrica, y también de diferentes correlaciones espectrales y espaciales. En cada caso, el compresor explota estas propiedades para incrementar las tasas de compresión.In this thesis, new lossless compression techniques aiming at reducing the size of storage of satellite images are presented. Two type of images are considered: multispectral and hyperspectral. For multispectral images, a nonlinear lossless compressor that exploits both intraband and interband correlations is developed. The compressor is based on a wavelet transform that maps integers into integers, applied to tiles of the image. Different models for statistical dependencies of wavelet detail coefficients are proposed and analyzed. Wavelet coefficients belonging to the fine detail subbands are successfully modelled as an affine combination of neighboring coefficients and the coefficient at the same location in the previous band, as long as all these coefficients belong to the same landscape. This model is used to predict wavelet coefficients by means of already coded coefficients. Lloyd-Max quantization is used to extract class information, which is used in the prediction and later used as a conditioning context to encode prediction errors with an adaptive arithmetic coder. The band order affects the accuracy of predictions: a new mechanism is proposed for ordering the bands, based on the wavelet detail coefficients of the 2 finest levels. The results obtained outperform 2D lossless compressors such as PNG, JPEG-LS, SPIHT and JPEG2000 and other 3D lossless compressors such as SLSQ-OPT, differential JPEG-LS, JPEG2000 for color images and 3D-SPIHT. Our method has random access capability, and can be applied for lossless compression of other kinds of volumetric data. For hyperspectral images, state-of-the-art algorithms LUT and LAIS-LUT proposed for lossless compression, exploit high spectral correlations in these images, and use lookup tables to perform predictions. However, there are cases where their predictions are not accurate. In this thesis a modification based also on look-up tables is proposed, giving these tables different degrees of confidence, based on the local variations of the scaling factor. Our results are highly satisfactory and outperform both LUT and LAIS-LUT methods. Two lossless compressors have been designed for two different kinds of satellite images having different properties, namely, different spectral resolution, spatial resolution, and bitdepth, as well as different spectral and spatial correlations. In each case, the compressor exploits these properties to increase compression ratios.Fil:Acevedo, Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Compresión sin pérdida de imágenes satelitales multiespectrales e hiperespectrales

En esta tesis se presentan nuevas técnicas de compresión sin pérdida tendientes a reducir el espacio de almacenamiento requerido por imágenes satelitales. Dos tipos principales de imágenes son tratadas: multiespectrales e hiperespectrales. En el caso de imágenes multiespectrales, se desarrolló un compresor no lineal que explota tanto las correlaciones intra como interbanda presentes en la imagen. Este se basa en la transformada wavelet de enteros a enteros y se aplica sobre bloques no solapados de la imagen. Diferentes modelos para las dependencias estadísticas de los coeficientes de detalle de la transformada wavelet son propuestos y analizados. Aquellos coeficientes que se encuentran en las subbandas de detalle fino de la transformada son modelados como una combinación afín de coeficientes vecinos y coeficientes en bandas adyacentes, sujetos a que se encuentren en la misma clase. Este modelo se utiliza para generar predicciones de otros coficientes que ya fueron codificados. La información de clase se genera mediante la cuantización LloydMax, la cual también se utiliza para predecir y como contextos de condicionamiento para codificar los errores de predicción con un codificador aritmético adaptativo. Dado que el ordenamiento de las bandas también afecta la precisión de las predicciones, un nuevo mecanismo de ordenamiento es propuesto basado en los coeficientes de detalle de los últimos dos niveles de la transformada wavelet. Los resultados obtenidos superan a los de otros compresores 2D sin pérdida como PNG, JPEG-LS, SPIHT y JPEG2000, como también a otros compresores 3D como SLSQ-OPT, JPEG-LS diferencial y JPEG2000 para imágenes a color y 3D-SPIHT. El método propuesto provee acceso aleatorio a partes de la imagen, y puede aplicarse para la compresión sin pérdida de otros datos volumétricos. Para las imágenes hiperespectrales, algoritmos como LUT o LAIS-LUT que revisten el estado del arte para la compresión sin pérdida para este tipo de imágenes, explotan la alta correlación espectral de estas imágenes y utilizan tablas de lookup para generar predicciones. A pesar de ello, existen casos donde las predicciones no son buenas. En esta tesis, se propone una modificación a estos algoritmos de lookup permitiendo diferentes niveles de confianza a las tablas de lookup en base a las variaciones locales del factor de escala. Los resultados obtenidos son altamente satisfactorios y mejores a los de LUT y LAIS-LUT. Se han diseñado dos compresores sin pérdida para dos tipos de imágenes satelitales, las cuales tienen distintas propiedades, a saber, diferente resolución espectral, espacial y radiométrica, y también de diferentes correlaciones espectrales y espaciales. En cada caso, el compresor explota estas propiedades para incrementar las tasas de compresión

Fractal compression and analysis on remotely sensed imagery

Remote sensing images contain huge amount of geographical information and reflect the complexity of geographical features and spatial structures. As the means of observing and describing geographical phenomena, the rapid development of remote sensing has provided an enormous amount of geographical information. The massive information is very useful in a variety of applications but the sheer bulk of this information has increased beyond what can be analyzed and used efficiently and effectively. This uneven increase in the technologies of gathering and analyzing information has created difficulties in its storage, transfer, and processing. Fractal geometry provides a means of describing and analyzing the complexity of different geographical features in remotely sensed images. It also provides a more powerful tool to compress the remote sensing data than traditional methods. This study suggests, for the first time, the implementation of this usage of fractals to remotely sensed images. In this study, based on fractal concepts, compression and decompression algorithms were developed and applied to Landsat TM images of eight study areas with different land cover types; the fidelity and efficiency of the algorithms and their relationship with the spatial complexity of the images were evaluated. Three research hypotheses were tested and the fractal compression was compared with two commonly used compression methods, JPEG and WinZip. The effects of spatial complexity and pixel resolution on the compression rate were also examined. The results from this study show that the fractal compression method has higher compression rate than JPEG and WinZip. As expected, higher compression rates were obtained from images of lower complexity and from images of lower spatial resolution (larger pixel size). This study shows that in addition to the fractal’s use in measuring, describing, and simulating the roughness of landscapes in geography, fractal techniques were useful in remotely sensed image compression. Moreover, the compression technique can be seen as a new method of measuring the diverse landscapes and geographical features. As such, this study has introduced a new and advantageous passageway for fractal applications and their important applications in remote sensing