ISO 15887:2013

Space data and information transfer systems — Lossless data compression

ISO 15887:2013 establishes a source-coding data-compression algorithm applied to digital data and specifies how these compressed data shall be inserted into source packets for retrieval and decoding. Source coding for data compression is a method utilized in data systems to reduce the volume of digital data to achieve benefits in areas including, but not limited to: reduction of transmission channel bandwidth; reduction of the buffering and storage requirement; reduction of data-transmission time at a given rate. The characteristics of source codes are specified only to the extent necessary to ensure multi-mission support capabilities. ISO 15887:2013 does not attempt to quantify the relative bandwidth reduction, the merits of each approach discussed, or the design requirements for coders and associated decoders. Some performance information is included in CCSDS 120.0-G-2. ISO 15887:2013 addresses only Lossless source coding, which is applicable to a wide range of digital data, both imaging and non-imaging, where the requirement is for a moderate data-rate reduction constrained to allow no distortion to be added in the data compression/decompression process. The decompression process is not addressed.

Systèmes de transfert des informations et données spatiales — Compression de données sans perte

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 28-May-2013
• ICS: 49.140 - Space systems and operations
• Technical Committee: ISO/TC 20/SC 13 - Space data and information transfer systems
• Drafting Committee: ISO/TC 20/SC 13 - Space data and information transfer systems
• Current Stage: 9060 - Close of review
• Completion Date: 04-Mar-2029

Relations

• Revises: ISO 15887:2000 - Space data and information transfer systems — Data systems — Lossless data compression
• Effective Date: 16-Jun-2012

Overview

ISO 15887:2013 - "Space data and information transfer systems - Lossless data compression" adopts the CCSDS lossless compression recommended standard (CCSDS 121.0-B-2) and defines a lossless source-coding framework for spaceborne and ground systems. The standard specifies a source-coding algorithm and the packetization rules for inserting compressed data into source packets so that they can be retrieved and decoded. It targets lossless data compression for both imaging and non‑imaging digital data where no distortion can be introduced and only moderate data‑rate reduction is required. Note: the document defines compression and packet formats; the decompression process is not covered.

Key topics and requirements

• Source-coding algorithm: Defines an adaptive entropy coder and related rules for coding digital samples to enable multi‑mission support.
• Preprocessor functions: Includes prediction, prediction error mapping and reference-sample handling to improve compression efficiency for diverse data types.
• Adaptive entropy coder features: Covers code specification, fundamental sequences, sample splitting, low‑entropy options and code‑selection mechanisms.
• Packetization / data format: Specifies how compressed output is inserted into source packets (packet headers, packet data fields) for retrieval and decoding in operational systems.
• Optional Compression Identification Packet (CIP): Provides an optional packet to convey compression parameters and source configuration.
• Interoperability and multi‑mission support: Characterizes source codes only to the extent needed for compatibility across missions and agencies.
• Limitations and references: The standard does not quantify expected bandwidth reduction or coder/decoder design requirements; some performance guidance is available in CCSDS 120.0‑G‑2.

Applications and who uses it

ISO 15887:2013 is used by organizations designing and operating space data systems where lossless fidelity is mandatory:

• Satellite payload and instrument engineers (imagers, spectrometers, science instruments)
• Mission data handling and onboard processing teams
• Spacecraft systems and communications architects optimizing bandwidth and storage
• Ground-segment developers and decoding/archival software teams
• Space agencies and contractors implementing CCSDS/ISO-compliant data links

Practical benefits include reduced transmission channel bandwidth, lower buffering and storage requirements, and shorter data‑transmission times while preserving original data integrity.

Related standards

• CCSDS 121.0-B-2 (Lossless Data Compression) - original recommended standard adopted by ISO 15887:2013
• CCSDS 120.0‑G‑2 - provides performance information relevant to lossless compression
• Other CCSDS/ISO packet and space data standards for interoperability across missions

Keywords: ISO 15887:2013, lossless data compression, space data, CCSDS 121.0-B-2, adaptive entropy coder, source coding, packetization, satellite data systems.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15887
Second edition
2013-06-01
Space data and information transfer
systems — Lossless data compression
Systèmes de transfert des informations et données spatiales —
Compression de données sans perte

Reference number
©
ISO 2013
©  ISO 2013
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior written permission.
Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56  CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of
ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent
rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of
patent declarations received. www.iso.org/patents
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
ISO 15887 was prepared by the Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) (as
CCSDS 121.0-B-2, May 2012) and was adopted (without modifications except those stated in Clause 2 of this
International Standard) by Technical Committee ISO/TC 20, Aircraft and space vehicles, Subcommittee
SC 13, Space data and information transfer systems.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15887:2000) and ISO 15887:2000/Cor.1:2009,
which have been technically revised.

INTERNATIONAL STANDARD ISO 15887:2013(E)

Space data and information transfer systems — Lossless data
compression
1 Scope
This International Standard establishes a source-coding data-compression algorithm applied to digital data
and specifies how these compressed data shall be inserted into source packets for retrieval and decoding.
Source coding for data compression is a method utilized in data systems to reduce the volume of digital data
to achieve benefits in areas including, but not limited to,
a) reduction of transmission channel bandwidth;
b) reduction of the buffering and storage requirement;
c) reduction of data-transmission time at a given rate.
The characteristics of source codes are specified only to the extent necessary to ensure multi-mission support
capabilities. This International Standard does not attempt to quantify the relative bandwidth reduction, the merits
of each approach discussed, or the design requirements for coders and associated decoders. Some
performance information is included in Lossless Data Compression, CCSDS 120.0-G-2.
This International Standard addresses only Lossless source coding, which is applicable to a wide range of
digital data, both imaging and non-imaging, where the requirement is for a moderate data-rate reduction
constrained to allow no distortion to be added in the data compression/decompression process. The
decompression process is not addressed.
The scope and field of application are furthermore detailed in subclause 1.3 of the enclosed CCSDS
publication.
2 Requirements
Requirements are the technical recommendations made in the following publication (reproduced on the
following pages), which is adopted as an International Standard:
CCSDS 121.0-B-2, May 2012, Data systems — Lossless data compression.
For the purposes of international standardization, the modifications outlined below shall apply to the specific
clauses and paragraphs of publication CCSDS 121.0-B-2.
Pages i to vi
This part is information which is relevant to the CCSDS publication only.
Page 1-3
Add the following information to the reference indicated:
[1] Document CCSDS 131.0-B-2, August 2011, is equivalent to ISO 22641:2012.
[2] Document CCSDS 133.0-B-1, September 2003, is equivalent to ISO 22646:2005.
[3] Document CCSDS 123.0-B-1, May 2012, is equivalent to ISO 18281:2013.
3 Revision of publication CCSDS 121.0-B-2
It has been agreed with the Consultative Committee for Space Data Systems that Subcommittee
ISO/TC 20/SC 13 will be consulted in the event of any revision or amendment of publication CCSDS 121.0-
B-2. To this end, NASA will act as a liaison body between CCSDS and ISO.

2 © ISO 2013 – All rights reserved

Recommendation for Space Data System Standards
LOSSLESS DATA
COMPRESSION
RECOMMENDED STANDARD
CCSDS 121.0-B-2
BLUE BOOK
May 2012
(Blank page)
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
DEDICATION
This document is dedicated to the memory of Mr. Warner H. Miller of NASA. Warner had
been with the CCSDS since its beginning, and throughout the years he was a major
contributor to numerous standards for error control coding, radio frequency modulation, and
data architecture. He initiated this data compression standard and saw its publication and use
by many space missions. Warner was a superb technologist, a gentleman, and a friend always
ready to help, especially young colleagues. Warner and his approach to work and life in
general will be deeply missed by his many friends and colleagues in the CCSDS.
CCSDS 121.0-B-2 Page i May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
AUTHORITY
Issue: Recommended Standard, Issue 2
Date: May 2012
Location: Washington, DC, USA
This document has been approved for publication by the Management Council of the
Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) and represents the consensus
technical agreement of the participating CCSDS Member Agencies. The procedure for
review and authorization of CCSDS documents is detailed in Organization and Processes for
the Consultative Committee for Space Data Systems, and the record of Agency participation
in the authorization of this document can be obtained from the CCSDS Secretariat at the
address below.
This document is published and maintained by:

CCSDS Secretariat
Space Communications and Navigation Office, 7L70
Space Operations Mission Directorate
NASA Headquarters
Washington, DC 20546-0001, USA
CCSDS 121.0-B-2 Page ii May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
STATEMENT OF INTENT
The Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) is an organization officially
established by the management of its members. The Committee meets periodically to address
data systems problems that are common to all participants, and to formulate sound technical
solutions to these problems. Inasmuch as participation in the CCSDS is completely voluntary,
the results of Committee actions are termed Recommended Standards and are not
considered binding on any Agency.
This Recommended Standard is issued by, and represents the consensus of, the CCSDS
members. Endorsement of this Recommendation is entirely voluntary. Endorsement,
however, indicates the following understandings:
o Whenever a member establishes a CCSDS-related standard, this standard will be in
accord with the relevant Recommended Standard. Establishing such a standard
does not preclude other provisions which a member may develop.
o Whenever a member establishes a CCSDS-related standard, that member will
provide other CCSDS members with the following information:
-- The standard itself.
-- The anticipated date of initial operational capability.
-- The anticipated duration of operational service.
o Specific service arrangements shall be made via memoranda of agreement. Neither
this Recommended Standard nor any ensuing standard is a substitute for a
memorandum of agreement.
No later than three years from its date of issuance, this Recommended Standard will be
reviewed by the CCSDS to determine whether it should: (1) remain in effect without change;
(2) be changed to reflect the impact of new technologies, new requirements, or new
directions; or (3) be retired or canceled.
In those instances when a new version of a Recommended Standard is issued, existing
CCSDS-related member standards and implementations are not negated or deemed to be non-
CCSDS compatible. It is the responsibility of each member to determine when such
standards or implementations are to be modified. Each member is, however, strongly
encouraged to direct planning for its new standards and implementations towards the later
version of the Recommended Standard.
CCSDS 121.0-B-2 Page iii May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
FOREWORD
This Recommendation establishes a common framework and provides a common basis for a
Lossless data compression algorithm applicable to several different types of data.
Through the process of normal evolution, it is expected that expansion, deletion, or
modification of this document may occur. This Recommended Standard is therefore subject
to CCSDS document management and change control procedures, which are defined in the
Procedures Manual for the Consultative Committee for Space Data Systems. Current
versions of CCSDS documents are maintained at the CCSDS Web site:
http://www.ccsds.org/
Questions relating to the contents or status of this document should be addressed to the
CCSDS Secretariat at the address indicated on page i.
CCSDS 121.0-B-2 Page iv May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
At time of publication, the active Member and Observer Agencies of the CCSDS were:
Member Agencies
– Agenzia Spaziale Italiana (ASI)/Italy.
– Canadian Space Agency (CSA)/Canada.
– Centre National d’Etudes Spatiales (CNES)/France.
– China National Space Administration (CNSA)/People’s Republic of China.
– Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)/Germany.
– European Space Agency (ESA)/Europe.
– Federal Space Agency (FSA)/Russian Federation.
– Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)/Brazil.
– Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)/Japan.
– National Aeronautics and Space Administration (NASA)/USA.
– UK Space Agency/United Kingdom.
Observer Agencies
– Austrian Space Agency (ASA)/Austria.
– Belgian Federal Science Policy Office (BFSPO)/Belgium.
– Central Research Institute of Machine Building (TsNIIMash)/Russian Federation.
– China Satellite Launch and Tracking Control General, Beijing Institute of Tracking
and Telecommunications Technology (CLTC/BITTT)/China.
– Chinese Academy of Sciences (CAS)/China.
– Chinese Academy of Space Technology (CAST)/China.
– Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)/Australia.
– CSIR Satellite Applications Centre (CSIR)/Republic of South Africa.
– Danish National Space Center (DNSC)/Denmark.
– Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA)/Brazil.
– European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites
(EUMETSAT)/Europe.
– European Telecommunications Satellite Organization (EUTELSAT)/Europe.
– Geo-Informatics and Space Technology Development Agency (GISTDA)/Thailand.
– Hellenic National Space Committee (HNSC)/Greece.
– Indian Space Research Organization (ISRO)/India.
– Institute of Space Research (IKI)/Russian Federation.
– KFKI Research Institute for Particle & Nuclear Physics (KFKI)/Hungary.
– Korea Aerospace Research Institute (KARI)/Korea.
– Ministry of Communications (MOC)/Israel.
– National Institute of Information and Communications Technology (NICT)/Japan.
– National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)/USA.
– National Space Agency of the Republic of Kazakhstan (NSARK)/Kazakhstan.
– National Space Organization (NSPO)/Chinese Taipei.
– Naval Center for Space Technology (NCST)/USA.
– Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK)/Turkey.
– Space and Upper Atmosphere Research Commission (SUPARCO)/Pakistan.
– Swedish Space Corporation (SSC)/Sweden.
– United States Geological Survey (USGS)/USA.
CCSDS 121.0-B-2 Page v May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
DOCUMENT CONTROL
Document Title Date Status
CCSDS Lossless Data Compression, Blue May Original issue, superseded
121.0-B-1 Book, Issue 1 1997
CCSDS Lossless Data Compression, May Current issue:
(changes affecting backward
121.0-B-2 Recommended Standard, Issue 2 2012
compatibility)
– increases the allowed
values of block length J
from {8, 16} to {8, 16, 32,
64};
– increases the maximum
allowed value of the
reference sample interval r
from 256 to 4096;
– allows the use of a
restricted set of code
options;
– defines a new subfield of
the Source Configuration
Field of the optional
Compression Identification
packet;
(changes not affecting
backward compatibility)
– adds guidance for selection
of code option when two or
more code options gave the
same performance for a
block;
– clarifies that the ID bits are
to be included when
selecting the coding option
for a block;
– clarifies some text;
– adds a dedication to Warner
Miller.
NOTE – Substantive changes from the original issue are identified by change bars in the
inside margin.
CCSDS 121.0-B-2 Page vi May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
CONTENTS
Section Page
1 INTRODUCTION. 1-1

1.1 PURPOSE . 1-1
1.2 SCOPE . 1-1
1.3 APPLICABILITY . 1-1
1.4 RATIONALE . 1-1
1.5 BIT NUMBERING CONVENTION AND NOMENCLATURE . 1-2
1.6 PATENTED TECHNOLOGIES. 1-2
1.7 REFERENCES . 1-3

2 OVERVIEW . 2-1

2.1 GENERAL . 2-1
2.2 THE SOURCE CODER . 2-1
2.3 PACKETIZATION OF CODED DATA . 2-3
2.4 ERROR CONTROL . 2-3

3 ADAPTIVE ENTROPY CODER . 3-1

3.1 CODE SPECIFICATION . 3-1
3.2 FUNDAMENTAL SEQUENCE . 3-2
3.3 SAMPLE SPLITTING . 3-2
3.4 LOW ENTROPY OPTIONS . 3-3
3.5 NO COMPRESSION . 3-4
3.6 CODE SELECTION . 3-4

4 PREPROCESSOR . 4-1

4.1 PREPROCESSOR FUNCTION . 4-1
4.2 PREDICTORS . 4-1
4.3 REFERENCE SAMPLE . 4-2
4.4 PREDICTION ERROR MAPPER . 4-2

5 DATA FORMAT . 5-1

5.1 LOSSLESS DATA STRUCTURES . 5-1
5.2 PACKET FORMAT . 5-4

6 COMPRESSION IDENTIFICATION PACKET (OPTIONAL) . 6-1

6.1 COMPRESSION IDENTIFICATION PACKET STRUCTURE . 6-1
6.2 CIP PRIMARY HEADER . 6-1
6.3 PACKET DATA FIELD . 6-2
CCSDS 121.0-B-2 Page vii May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
CONTENTS (continued)
Section Page
ANNEX A SECURITY, SANA, AND PATENT CONSIDERATIONS
(INFORMATIVE) . A-1
ANNEX B GLOSSARY OF ACRONYMS AND TERMS (INFORMATIVE) .B-1
ANNEX C INFORMATIVE REFERENCES (INFORMATIVE) . C-1
Figure
2-1 Schematic of the Source Coder . 2-1
3-1 The Adaptive Entropy Coder with a Preprocessor . 3-1
3-2 Split-Sample Format . 3-3
4-1 A Preprocessor . 4-1
4-2 Preprocessor Using a Unit-Delay Predictor . 4-2
5-1 CDS Format When Sample-Splitting Option Is Selected . 5-2
5-2 CDS Format When No-Compression Option Is Selected . 5-3
5-3 CDS Format When Zero-Block Option Is Selected . 5-3
5-4 CDS Format When the Second-Extension Option Is Selected . 5-4
5-5 Packet Format for l CDSes . 5-4
6-1 Compression Identification Packet Structure . 6-1
6-2 Source Configuration Field . 6-4

Table
3-1 Fundamental Sequence Codewords As a Function of the Preprocessed Samples . 3-2
3-2 Zero-Block Fundamental Sequence Codewords As a Function of the
Number of Consecutive All-Zeros Blocks . 3-4
5-1 Selected Code Option Identification Key . 5-1

CCSDS 121.0-B-2 Page viii May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
1 INTRODUCTION
1.1 PURPOSE
The purpose of this document is to establish a Recommended Standard for a source-coding
data-compression algorithm applied to digital data and to specify how these compressed data
shall be inserted into source packets for retrieval and decoding.
Source coding for data compression is a method utilized in data systems to reduce the volume
of digital data to achieve benefits in areas including, but not limited to,
a) reduction of transmission channel bandwidth;
b) reduction of the buffering and storage requirement;
c) reduction of data-transmission time at a given rate.
1.2 SCOPE
The characteristics of source codes are specified only to the extent necessary to ensure multi-
mission support capabilities. The specification does not attempt to quantify the relative
bandwidth reduction, the merits of each approach discussed, or the design requirements for
coders and associated decoders. Some performance information is included in reference [C2].
This Recommended Standard addresses only Lossless source coding, which is applicable to a
wide range of digital data, both imaging and non-imaging, where the requirement is for a
moderate data-rate reduction constrained to allow no distortion to be added in the data
compression/decompression process. The decompression process is not addressed. See
reference [C2] for an outline of an implementation.
1.3 APPLICABILITY
This Recommended Standard applies to data compression applications of space missions
anticipating packetized telemetry cross support. In addition, it serves as a guideline for the
development of compatible CCSDS Agency standards in this field, based on good
engineering practice.
1.4 RATIONALE
The concept and rationale for the Lossless source coding for data compression algorithm
described herein may be found in reference [C2].
CCSDS 121.0-B-2 Page 1-1 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
1.5 BIT NUMBERING CONVENTION AND NOMENCLATURE
In this document, the following convention is used to identify each bit in an N-bit word. The
first bit in the word to be transmitted (i.e., the most left justified when drawing a figure) is
defined to be ‘Bit 0’, the following bit is defined to be ‘Bit 1’, and so on up to ‘Bit N-1’.
When the word is used to express an unsigned binary value (such as a counter), the Most
N-1
Significant Bit (MSB) shall correspond to the highest power of two, i.e. 2 .
bit 0 bit 1 bit N-1
first transmitted bit = MSB
In accordance with modern data communications practice, spacecraft data words are often
grouped into 8-bit ‘words’ which conform to the above convention. Throughout this
Recommended Standard, the following nomenclature is used to describe this grouping:
8-Bit Word = ‘Byte’
1.6 PATENTED TECHNOLOGIES
The Consultative Committee on Space Data Systems (CCSDS) draws attention to the fact
that it is claimed that compliance with this document may involve the use of a patent
concerning the method for coding low entropy data given in section 3.
The CCSDS takes no position concerning the evidence, validity, and scope of these patent
rights.
The holders of these patent rights have assured the CCSDS that they are willing to negotiate
licenses under reasonable and non-discriminatory terms and conditions with applicants
throughout the world. In this respect, the statements of the holders of these patent rights are
registered with CCSDS. Information can be obtained from the CCSDS Secretariat at the
address indicated on page i. Contact information for the holder of these patent rights is
provided in annex A.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the
subject of patent rights other than those identified above. The CCSDS shall not be held
responsible for identifying any or all such patent rights.
CCSDS 121.0-B-2 Page 1-2 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
1.7 REFERENCES
The following documents contain provisions which, through reference in this text, constitute
provisions of this Recommended Standard. At the time of publication, the editions indicated
were valid. All documents are subject to revision, and users of this Recommended Standard
are encouraged to investigate the possibility of applying the most recent editions of the
documents indicated below. The CCSDS Secretariat maintains a register of currently valid
CCSDS Recommended Standards.
[1] TM Synchronization and Channel Coding. Recommendation for Space Data System
Standards, CCSDS 131.0-B-2. Blue Book. Issue 2. Washington, D.C.: CCSDS,
August 2011.
[2] Space Packet Protocol. Recommendation for Space Data System Standards, CCSDS
133.0-B-1. Blue Book. Issue 1. Washington, D.C.: CCSDS, September 2003.
[3] Lossless Multispectral & Hyperspectral Image Compression. Recommendation for
Space Data System Standards, CCSDS 123.0-B-1. Blue Book. Issue 1. Washington,
D.C.: CCSDS, May 2012.
CCSDS 121.0-B-2 Page 1-3 May 2012
(Blank page)
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
2 OVERVIEW
2.1 GENERAL
This Recommended Standard defines for standardization a particular adaptive source coding
algorithm that has widespread applicability to many forms of digital data. In particular, the
science data from many types of imaging or non-imaging instruments are well suited for the
application of this algorithm.
There are two classes of source coding methods: Lossless and Lossy.
A Lossless source coding technique preserves source data accuracy and removes redundancy
in the data source. In the decoding process, the original data can be reconstructed from the
compressed data by restoring the removed redundancy; the decompression process adds no
distortion. This technique is particularly useful when data integrity cannot be compromised.
The price it pays is generally a lower Compression Ratio, which is defined as the ratio of the
number of original uncompressed bits to the number of compressed bits including overhead
bits necessary for signaling parameters.
On the other hand, a Lossy source coding method removes some of the source information
content along with the redundancy. The original data cannot be fully restored and data
distortion occurs. However, if some distortion can be tolerated, Lossy source coding
generally achieves a higher compression ratio. By controlling the amount of acceptable
distortion and compression, this technique may enable acquisition and dissemination of
mission data within a critical time span.
This Recommended Standard addresses only Lossless source coding and does not attempt to
explain the theory underlying the operation of the algorithm.
2.2 THE SOURCE CODER
The Lossless source coder consists of two separate functional parts: the preprocessor and the
adaptive entropy coder, as shown in figure 2-1.
Input
Data
Block
Adaptive
y
x δ
Preprocessor
Entropy
Coded
Coder Block
x = x , x , . . . x
δ = δ , δ , . . . δ
1 2 J
1 2 J
Figure 2-1: Schematic of the Source Coder
CCSDS 121.0-B-2 Page 2-1 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
The inputs to the source coder are
x = x , x , … x
1 2 J
which is a block of J n-bit samples, where n is a constant value.
Preprocessor:
The preprocessor applies a reversible function to input data samples x, to produce a
‘preferred source’:
δ = δ , δ , … δ , … δ
1 2 i J
n
where each δ is an n-bit integer, 0 ≤ δ ≤ (2 –1). For an ideal preprocessing stage, δ will
i i
have the following properties:
a) the {δ } is statistically independent and identically distributed;
i
b) the preferred probability, p , that any sample δ will take on integer value m is a
m
i
n
nonincreasing function of value m, for m = 0, 1, … (2 –1).
The preprocessor function is a reversible operation, and, in general, the best Lossless
preprocessor will meet the above conditions and produce the lowest entropy, which is a
measure of the smallest average number of bits that can be used to represent each sample.
This Recommended Standard does not attempt to explain methods for choosing a
preprocessing stage. This Recommended Standard does provide the definition of a basic
preprocessing stage that may be suitable for many applications. However, it is important that
the user carefully address this issue since careful selection of an appropriate preprocessing
stage is essential for efficient compression and depends on the source-data characteristics.
Interested users should refer to reference [C2].
Adaptive Entropy Coder:
The function of the Adaptive Entropy Coder is to calculate uniquely decipherable, variable-
length codewords corresponding to each block of samples input from the preprocessor. The
entropy coder incorporates multiple coding options, each exhibiting efficient performance over
different yet overlapping ranges of entropy. The coder selects the coding option that gives the
highest compression ratio among the various options on the same block of J samples. A code-
option ‘identifier’, requiring only a few bits, is attached before the first codeword bit in a coded
block to signal the coding option to the decoder for proper decompression. Since the block size
J can be small and a new code option is selected for each block, the overall coding can adapt to
rapid changes in data statistics.
CCSDS 121.0-B-2 Page 2-2 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
2.3 PACKETIZATION OF CODED DATA
The variable-length encoded bit stream representing a J-sample block forms a Coded Data
Set (CDS). CCSDS telemetry source packet structure is recommended to transport the
CDSes, which will be contained in the source data field of the packet. The information
related to, for example, the sensor, mission, time, and other mission-specific details necessary
for the routing and accounting of the packets, will be contained in the Packet Primary Header
and (if present) in the Packet Secondary Header (see reference [2]).
2.4 ERROR CONTROL
Individual channel bit errors have greater consequences when data are compressed. Even
then, the consequences need not be catastrophic. For this reason, to limit error propagation
when utilizing the source coding algorithm described in this document, the following is
recommended:
a) use telemetry channel coding as described in reference [1];
b) use packetized telemetry as described in reference [2].

CCSDS 121.0-B-2 Page 2-3 May 2012
(Blank page)
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
3 ADAPTIVE ENTROPY CODER
3.1 CODE SPECIFICATION
3.1.1 Figure 3-1 represents the general-purpose Adaptive Entropy Coder with a
preprocessor. Basically, such a coder chooses one of a set of code options to use to represent
an incoming block of preprocessed data samples, δ. A unique identifier (ID) bit sequence is
attached to the code block to indicate to the decoder which decoding option to use.
Code Option
Selection
Selected
Option
Code
Zero-Block
Option
ID
Option
2nd Extension
Option
FS
δ=δ ,δ ,.,δ
x=x ,x ,.,x
1 2 J y
1 2 J
Option
Preprocessor
k = 1
Option
k = 2
Option
No Compression
Adaptive Entropy Coder
Figure 3-1: The Adaptive Entropy Coder with a Preprocessor
NOTE – Figure 3-1 illustrates the principle of the Adaptive Entropy Coder with a
preprocessor; it does not illustrate an implementation.
3.1.2 The basic code selected is a variable-length code that utilizes Rice’s adaptive coding
technique (refer to reference [C2]). In Rice’s coding technique, several algorithms are
concurrently applied to a block of J consecutive preprocessed samples. The algorithm option
that yields the shortest encoded length for the current block of data is selected for
transmission. The zero-block option is a special case in that a single codeword sequence
represents one or more consecutive blocks of J preprocessed samples (see 3.4.3). In all other
options, the codeword sequence represents a single block of J consecutive preprocessed
samples.
CCSDS 121.0-B-2 Page 3-1 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
3.1.3 The following variables are required by Rice’s adaptive coding technique:
– block size, J;
– resolution, n (number of input bits/sample);
– the ID bit sequence of the selected code option.
3.1.4 The following constraints shall apply to the Entropy Coder’s variable-length adaptive
coding scheme:
J = 8, 16, 32, or 64 samples per block;
n = resolution with a maximum of 32 bits per
sample with digital signal values from 0 to
n n-1 n-1
2 -1, or from –2 to 2 -1.
3.2 FUNDAMENTAL SEQUENCE
The most basic option is a variable-length Fundamental Sequence (FS) codeword, which
consists of m zeros followed by a one when preprocessed sample δ = m. Table 3-1 illustrates
i
the FS codewords. A Fundamental Sequence is the concatenation of J FS codewords.
Table 3-1: Fundamental Sequence Codewords As a Function of the Preprocessed Samples
Preprocessed
Sample Values, δ FS Codeword
i
0 1
1 01
2 001
.  .
.  .
.  .
n
0000 … 00001
2 –1
n
(2 –1 zeros)
3.3 SAMPLE SPLITTING
3.3.1 The kth split-sample option is obtained by removing the k least-significant bits (LSBs)
from the binary representation of each preprocessed sample, δ , and encoding the remaining bits
i
with an FS codeword (see figure 3-2). This produces a varying codeword length. The FS
CCSDS 121.0-B-2 Page 3-2 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
codewords for the current block of J preprocessed samples are transmitted along with the
removed LSBs, preceded by an ID field indicating the value of k. This process enables the
adaptation of codeword length to source-data statistics.
3.3.2 The FS option described in 3.2 is a special case of sample splitting where k = 0.
n-bit preprocessed sample, δ
i
(n – k) bits to be coded by FS codeword k split bits
LSB
MSB
Figure 3-2: Split-Sample Format
3.4 LOW ENTROPY OPTIONS
3.4.1 GENERAL
Two code options, the Second-Extension option and the Zero-Block option, provide more
efficient coding than other options when the preprocessed data are highly compressible.
3.4.2 THE SECOND-EXTENSION OPTION
When the Second-Extension option is selected, each pair of preprocessed samples in a J-
sample block is transformed and encoded using an FS codeword. A pair of consecutive
samples δ and δ from a J-sample preprocessed data block are transformed into a single
+1
i i
new symbol γ by the following equation.
γ = (δ + δ ) (δ + δ +1)/2 + δ
+1 +1 +1
i i i i i
The J/2 transformed symbols in a block are encoded using the FS codeword of table 3-1. The
above process requires J to be an even integer which the recommended values in 3.1.4 obey
(J = 8, 16, 32, or 64).
3.4.3 ZERO-BLOCK OPTION
3.4.3.1 The Zero-Block option is selected when one or more blocks of preprocessed samples are
all zeros. In this case, a single codeword may represent several blocks of preprocessed samples,
unlike other options where an FS codeword represents only one or two preprocessed samples.

The first extension of a preprocessed sample is the preprocessed sample itself.
CCSDS 121.0-B-2 Page 3-3 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
3.4.3.2 The set of r blocks between consecutive reference samples, as described in 4.3, is
partitioned into one or more segments. Each segment, except possibly the last, contains s
blocks. The recommended value of s is 64.
3.4.3.3 Within each segment, each group of adjacent all-zeros blocks is encoded by the FS
codewords, specified in table 3-2, which identify the length of each group. The Remainder-
Of-Segment (ROS) codeword in table 3-2 is used to denote that the remainder of a segment
consists of five or more all-zeros blocks.
Table 3-2: Zero-Block Fundamental Sequence Codewords As a Function of the
Number of Consecutive All-Zeros Blocks
Number of All-Zeros Blocks FS Codeword
1 1
2 01
3 001
4 0001
ROS 00001
5 000001
6 0000001
7 00000001
8 000000001
.    .
.    .
.    .
63 0000 … 0000000001
(63 0s and a 1)
3.5 NO COMPRESSION
The last option is to not apply any data compression. If it is the selected option, the
preprocessed block of samples receives an attached identification field but is otherwise
unaltered.
3.6 CODE SELECTION
3.6.1 The Adaptive Entropy Coder includes a code selection function, which selects a
coding option that minimizes the number of bits (including ID bits) used to encode the
current block of samples. The ID bit sequence specifies which option was used to encode the
accompanying block of samples. The ID bit sequences are shown in table 5-1.
3.6.2 When two or more coding options minimize the length of an encoded block, the
option selected for the block should be chosen as follows:
a) the ‘no compression’ option should be chosen when it minimizes the encoded length
for the block; otherwise
CCSDS 121.0-B-2 Page 3-4 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
b) the Second-Extension option should be chosen when it minimizes the encoded length
for the block; otherwise
c) the coding option having the smallest code parameter value k (where the FS option is
treated as k=0) should be chosen.

CCSDS 121.0-B-2 Page 3-5 May 2012
(Blank page)
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
4 PREPROCESSOR
4.1 PREPROCESSOR FUNCTION
4.1.1 Two of the factors contributing to the coded bit rate performance (in bits/sample) of
this Lossless data compression technique are the amount of correlation removed among data
samples in the preprocessing stage, and the coding efficiency of the entropy coder. The
function of the preprocessor is to decorrelate data and reformat them into non-negative
integers with the preferred probability distribution. There are situations when a preprocessor
is not necessary (see reference [C2]), and may be bypassed to provide better compression
performance.
4.1.2 A preprocessor contains two functions, prediction and mapping, as shown in figure 4-1.
The preprocessor subtracts the predicted value, xˆ , from the current data value, x. The
i i
resultant (n+1)-bit prediction error, Δ , is then mapped to an n-bit integer value, δ , based on
i i
the predicted value, xˆ . When a predictor is properly chosen, the prediction error tends to be
i
small, and for some sources, has a probability distribution approaching Laplacian, for which
the Adaptive Entropy Coder is optimal. There are several preprocessing techniques, of which
only one, the Unit-Delay Predictor as described in 4.2, is presented in this Recommended
Standard (see reference [C2] for predictor examples).
Prediction Error
Δ
i
Input data block
+
δ
x
i
i
Mapper
Preprocessed
–
Samples
ˆx
i
Predictor
Predicted Value
Figure 4-1: A Preprocessor
4.2 PREDICTORS
4.2.1 PREDICTION TECHNIQUES
Several preprocessing techniques can be used with the Adaptive Entropy Coder. One
technique, using the Unit-Delay Predictor, is specified in 4.2.2 below. An application-
specific predictor may be used instead of the unit-delay predictor, but such a predictor is
unique and not specified in this Recommended Standard.
CCSDS 121.0-B-2 Page 4-1 May 2012
CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR LOSSLESS DATA COMPRESSION
4.2.2 UNIT-DELAY PREDICTOR
The unit-delay prediction technique illustrated in figure 4-2 uses the one-sample delayed
input data signal as the predictor for the current data signal, and the prediction error is passed
to the following mapper along with the predicted value for mapping to a nonnegative integer.
Prediction Error
Δ
i
Prediction
+
δ
x
i
i
Error
Mapper Preprocessed
–
Samples
Unit
Delay
ˆx
Predictor
i
Figure 4-2: Preprocessor Using a Unit-Delay Predictor
4.3 REFERENCE SAMPLE
A reference sample is an unaltered input data sample upon which succeeding sample
prediction is based. When a unit-delay predictor or other higher-order predictors that use the
previous data signal in prediction are used, reference samples are required by the decoder to
recover the sample values from decoded predictor errors. When the reference sample is
inserted, there are J – 1 preprocessed samples in the CDS. The user must determine how
often to insert references. The reference sample interval, r, is limited to a maximum value of
4096 CDSes (e.g., 262144 samples when J = 64). When a reference sample is not required
by the preprocessor, the parameter r serves to define an interval of input data sample blocks
that will be further segmented under the zero-block option described in 3.4.3.2.
4.4 PREDICTION ERROR MAPPER
The Prediction Error mapper takes the prediction error values and maps them into non-
negative integers suitable for the Adaptive Entropy Coder. The prediction error Δ resulting
i
from taking the difference between a signal value, x , and a predictor value, xˆ , both n-bit
i i
n n
integers, will have an (n+1)-bit dynamic range of [–2 +
...

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 15887
Второе издание
2013-06-01
Системы космические для передачи
данных и информации. Сжатие данных
без потерь
Space data and information transfer systems – Lossless data
comparison
.
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO

Ссылочный номер
©
ISO 2013
ДОКУМЕНТ ЗАЩИЩЕН АВТОРСКИМ ПРАВОМ

©  ISO 2013
Все права сохраняются. Если не задано иначе, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в
какой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без
предварительного письменного согласия офиса ISO по адресу, указанному ниже, или членов ISO в стране регистрации
пребывания.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2013 – Все права сохраняются

Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) является всемирной федерацией национальных
организаций по стандартизации (комитетов-членов ISO). Разработка международных стандартов
обычно осуществляется техническими комитетами ISO. Каждый комитет-член, заинтересованный в
деятельности, для которой был создан технический комитет, имеет право быть представленным в этом
комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, имеющие связи с
ISO, также принимают участие в работах. Международная организация по стандартизации Iработает в
тесном сотрудничестве с Международной электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам
стандартизации в области электротехники.
Методы, использованные для разработки этого документа и предназначенные для его дальнейшего
поддержания, изложены в Директивах ISO.IEC, Часть 1. В частности, следует обращать внимание на
то, что разные критерии одобрения необходимы для разных типов документов ISO. Проект настоящего
документа был разработан в соответствии с редакционными правилами Директив ISO/IEC, Часть 2 (см.
www.iso.org/directives).
Следует иметь в виду, что некоторые элементы настоящего международного стандарта могут быть
объектом патентных прав. Международная организация по стандартизации не может нести
ответственность за идентификацию какого-либо одного или всех патентных прав. Подробности любых
патентных прав, выявленных во время разработки определенного документа, будут указаны в разделе
Введение и/или в списке ISO, содержащим полученные патентные заявления (см. www.iso.org/patents).
Любая торговая марка, использованная в этом документе, дана для удобства пользователей и не
является его поддержкой/
ISO 15887 подготовлен Консультативным комитетом по космическим систем передачи данных
(CCSDS) (как документ CCSDS 121,0-B-2, май 2012). Он был одобрен (без внесения изменений кроме
заявленных в разделе 2 настоящего международного стандарта) Техническим комитетом ISO/TC 20,
Самолеты и космические аппараты, подкомитетом SC 13, Космические системы передачи данных и
информации.
Настоящее второе издание отменяет и замещает первое издание (ISO 15887:2000) и
ISO 15887:2000/Cor.1:2009, которые были технически пересмотрены.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 15887:2013(R)

Системы космические для передачи данных и информации.
Сжатие данных без потерь
1 Область применения
Настоящий международный стандарт устанавливает алгоритм сжатия данных кодирования источника,
который применяется к цифровым данным, и задает, как эти сжатые данные должны быть вставлены в
исходные пакеты для выборки и декодирования.
Кодирование источника для сжатия данных есть метод, использованный в системах данных, чтобы
уменьшить объем цифровых данных и получить выгоды в областях, которые включают без
ограничения следующее:
a) уменьшение ширины пропускания канала передачи;
b) снижение требования к памяти и буферному запоминающему устройству;
c) уменьшение времени передачи данных на заданной скорости.
Характеристики исходных кодов задаются только до степени, необходимой для обеспечения
возможностей многоцелевой поддержки. Настоящий международный стандарт не пытается
количественно определить относительное уменьшение полосы пропускания, достоинства и недостатки
каждого рассматриваемого подхода или требования к проектированию кодеров и соответствующих
декодеров. Некоторая информация по функциональной характеристике включена в CCSDS 120.0-G-2,
Сжатие данных без потерь.
Настоящий международный стандарт касается только кодирования исходного текста без потерь,
которое применяется в широком диапазоне цифровых данных, как для отображения, так и не имеющих
отношения к формированию отображения. Здесь рассматривается случай, когда требование относится
к умеренному снижению скорости передачи данных с таким ограничением, которое позволяет не
добавлять никаких искажений в процесс сжатия/восстановления данных. Сам процесс восстановления
сжатых данных здесь не рассматривается.
Область и поле применения далее подробно характеризуется в подпункте 1.3 вложенного издания CSDS
2 Требования
Требования являются техническими рекомендациями, изложенными в следующей публикации, которая
одобрена в качестве международного стандарта.
CCSDS 121.0-B-2, Системы данных – Сжатие данных без потерь
В целях международной стандартизации изменения, намеченные в общих чертах ниже, должны
применяться к специальным разделам и параграфам публикации CCSDS 121.0-B-2.
Страницы i – vi
Эта часть является информацией, уместной только для публикации CCSDS.
Страница 1 – 3
Добавить следующую информацию в указанную ссылку:
[1] Документ CCSDS 131.0-B-2, август 2011 является эквивалентом ISO 22641:2012.
[2] Документ CCSDS 131.0-B-1, сентябрь 2011 является эквивалентом ISO 22646:2005
[3] Документ CCSDS 123.0-B-1, май 2011 является эквивалентом ISO 18281:2013.
3 Переработка и исправление издания CCSDS 121.0-B-2
Как было согласовано, Консультативный комитет по космическим системам передачи данных будет
советоваться с подкомитетом ISO/TC 20/SC 3 в случае любой переработки или исправления издания
CCSDS 121.0-B-2. С этой целью NASA будет действовать в качестве организации связи между CCSDS
и ISO.
2 © ISO 2013 – Все права сохраняются

Рекомендация для стандартов по космическим системам передачи данных
СЖАТИЕ ДАННЫХ
БЕЗ ПОТЕРЬ
РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ
CCSDS 121.0-B-2
ГОЛУБАЯ КНИГА
Май 2012
(Пустая страница)
4 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

ПОСВЯЩЕНИЕ
Настоящий документ посвящается памяти Варнера Х. Мюллера НАСА, который был членом CCSDS с
начала его учреждения. В последующие годы он внес главный вклад в разработку многочисленных
стандартов в области кодирования с обнаружением ошибок, радиочастотной модуляции и архитектуры
данных. Он был инициатором стандарта по сжатию данных и следил за его изданием и
использованием во многих космических полетах. Варнер был выдающимся технологом, хорошо
воспитанным и порядочным человеком и другом, всегда готовым оказать помощь, особенно молодым
коллегам. Многим друзьям и коллегам Варнера в CCSDS будет крайне не хватать его подход к работе
и вообще к жизни.
CCSDS 121.0-B-2 Страница i Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

ПОЛНОМОЧИЕ
Издание Рекомендованный стандарт, 2-ое издание
Дата Май 2012
Место Вашингтон, округ Колумбия, США

Настоящий документ одобрен для публикации Управляющим советом Консультативного комитета по
космическим системам передачи данных (CCSDS) и представляет единодушное техническое
соглашение участвующих агентств – членов CCSDS. Процедура пересмотра и санкционирования
документов CCSDS подробно излагается в документе: Организация и Процессы для
Консультативного комитета по космическим системам передачи данных. Протокол разрешения
агентств на публикацию настоящего документа может быть получен в Секретариате CCSDS по
нижеуказанному адресу.
Настоящий документ публикуется и сохраняется по адресу:
Секретариат CCSDS
Офис по космической связи и навигации, 7L70
Директорат по задачам космических полетов
Штаб НАСА
Вашингтон DC 20546-0001, США
CCSDS 121.0-B-2 Страница ii Май 2012

6 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

ЗАЯВЛЕНИЕ О НАМЕРЕНИИ
Консультативный комитет по космическим системам передачи данных (CCSDS) является организацией,
официально учрежденной менеджментом ее членов. Комитет заседает периодически для
рассмотрения проблем передачи данных, которые являются общими для всех участников, и
формулирует твердые технические решения этих проблем. Поскольку участие в CCSDS является
полностью добровольным, то результаты действий Комитета называются рекомендованными
стандартами и не считаются обязательными для любого агентства.
Настоящий рекомендованный стандарт издан CCSDS и представляет консенсус его членов.
Подтверждение этой рекомендации является полностью добровольным делом, однако, оно включает
следующие понимания:
o Всякий раз, когда член Комитета принимает стандарт, связанный с CCSDS, то этот стандарт
должен быть в согласии с уместным рекомендованным стандартом. Принятие такого стандарта
не мешает другим положениям, которые член Комитета может разработать.
o Всякий раз, когда член Комитета принимает стандарт, связанный с CCSDS, то он обязан
предоставить другим членам CCSDS следующую информацию:
― Сам стандарт.
― Ожидаемую дату начальной операционной возможности.
― Ожидаемую продолжительность операционной службы.
o Специальные служебные приготовления должны быть сделаны через меморандум соглашения.
Ни этот рекомендованный стандарт, ни любой последующий стандарт не является заменой
для меморандума соглашения
Не позднее, чем через три года после даты выпуска, рекомендованный стандарт будет
пересматриваться в CCSDS, чтобы установить (1) оставить ли его в действии без изменения; (2)
внести изменения, отражающие влияние новых технологий, новых требований или новых решений;
или (3) дать ему отставку или запретить.
В тех случаях, когда издается новая версия рекомендованного стандарта, существующие стандарты
членов, имеющие отношение к CCSDS, их применения не отвергаются или не считаются
несовместимыми с CCSDS. Каждый член Комитета отвечает за то, чтобы установить, когда такие
стандарты или применения надо видоизменить. Однако каждый член настоятельно побуждается к
непосредственному планированию своих новых стандартов и применений навстречу последней версии
рекомендованного стандарта.
CCSDS 121.0-B-2 Страница iii Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая рекомендация устанавливает общую структуру и предоставляет общий базис для
алгоритма сжатия данных без потерь, применяемый к нескольким разным типам данных.
Через процесс нормальной эволюции ожидается, что может происходить расширение, удаление или
видоизменение этого документа. Поэтому настоящий рекомендованный стандарт подлежит
менеджменту документов CCSDS и процедурам контроля изменений, которые определяются в
Процедурном наставлении Консультативного комитета для космических систем передачи данных.
Текущие версии документов CCSDS поддерживаются на веб-сайте CCSDS:
http://www.ccsds.org/
Вопросы, относящиеся к содержанию или статусу этого документа, следует адресовать в Секретариат
CCSDS по адресу на странице i.

CCSDS 121.0-B-2 Страница iv Май 2012

8 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

На момент публикации действительными членами и наблюдателями CCSDS были следующие
агентства.
Агентства – члены
Агентства – наблюдатели
CCSDS 121.0-B-2 Страница v Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

КОНТРОЛЬ ДОКУМЕНТОВ
Документ Название Дата Статус
CCSDS Сжатие данных без потерь. Май Оригинал, заменен
121.0-B-1 Голубая книга, Издание 1 1997
CCSDS Сжатие данных без потерь. Май Текущее издание;
121.0-B-2 Голубая книга, Издание 1 2012
(изменения, влияющие на обратную
совместимость)
– увеличивает допустимые значения длины
блока J с {8,16} до {8,16,32,64}
– увеличивает максимальное допустимое
значение опорного интервала выборки r с
256 до 4096;
– допускает использование ограниченного
набора вариантов кода;
– определяет новое подполе Поля
Конфигурации Источника
необязательного пакета Идентификации
Сжатия;
(изменения, не влияющие на обратную
совместимость)
– добавляет руководство для выбора
варианта кода, когда два или больше
кодовых вариантов дают то же самое
функционирование для блока;
– разъясняет, что биты ID надо включить
при выборе варианта кодирования для
блока;
– разъясняет некоторый текст;
– добавляет посвящение Варнеру
Мюллеру
ПРИМЕЧАНИЕ – Действительные изменения из начального издания идентифицируются чертой изменения
внутри поля печатной страницы и

CCSDS 121.0-B-2 Страница vi Май 2012

10 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

СОДЕРЖАНИЕ
Раздел Страница
1 ВВЕДЕНИЕ. 1-1
1.1 ЗАМЫСЕЛ . 1-1
1.2 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ . 1-1
1.3 ПРИМЕНИМОСТЬ . 1-1
1.4 ОБОСНОВАНИЕ . 1-1
1.5 СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ НУМЕРАЦИИ БИТОВ . 1-2
1.6 ПАТЕНТОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ . 1-2
1.7 ССЫЛКИ . 1-3
2 ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ . 2-1
2.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ . 2-1
2.2 КОДЕР ИСТОЧНИКА. 2-1
2.3 ПАКЕТИРОВАНИЕ КОДИРОВАННЫХ ДАННЫХ . 2-3
2.4 КОНТРОЛЬ ОШИБОК . 2-3
3 АДАПТИВНЫЙ ЭНТРОПИЙНЫЙ КОДЕР. 3-1
3.1 СПЕЦИФИКАЦИЯ КОДА . 3-1
3.2 ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯФ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ . 3-2
3.3 РАСЩЕПЛЕНИЕ ВЫБОРКИ . 3-2
3.4 ВАРИАНТЫ НИЗКОЙ ЭНТРОПИИ . 3-3
3.5 БЕЗ СЖАТИЯ . 3-4
3.6 ВЫБОР КОДА . 3-4
4 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР . 4-1
4.1 ФУНКЦИЯ ПРЕПРОЦЕССОРА . 4-1
4.2 ПРЕДСКАЗАТЕЛИ . 4-1
4.3 ОПОРНАЯ ВЫБОРКА . 4-2
4.4 ОТОБРАЖАТЕЛЬ ОШИБКИ ПРЕДСКАЗАНИЯ . 4-2
5 ФОРМАТ ДАННЫХ . 5-1
5.1 СТРУКТУРЫ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ . 5-1
5.2 ФОРМАТ ПАКЕТА . 5-4
6 ПАКЕТ ИДЕНТИФИКАЦИИ СЖАТИЯ (НЕОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ) . 6-1
6.1 СТРУКТУРА ПАКЕТА ИДЕНТИФИКАЦИИ СЖАТИЯ . 6-1
6.2 ПЕРВИЧНЫЙ ЗАГОЛОВОК CIP . 6-1
6.3 ПОЛЕ ДАННЫХ ПАКЕТА . 6-2
CCSDS 121.0-B-2 Страница vii Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ
СОДЕРЖАНИЕ (продолжение)
Раздел Страница
ПРИЛОЖЕНИЕ A БЕЗОПАСНОСТЬ, SANA И ПАТЕНТНЫЕ ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ . A-1
ПРИЛОЖЕНИЕ B ГЛОССАРИЙ АКРОНИМОВ И ТЕРМИНОВ (ИНФОРМАТИВНОЕ) . B-1
ПРИЛОЖЕНИЕ C ИНФОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ (ИНФОРМАТИВНОЕ) . C-1
Рисунок
2-1 Схема кодера источника ………………………………………………………………………………….2-1
3-1 Адаптивный энтропийный кодер с предварительным процессором …………………………….3-1
3-2 Формат расщепленной выборки (сплит – выборка) ………………………………………………….3-3
4-1 Предварительный процессор ……………………………………………………………………………4-1
4-2 Предпроцессор, использующий предсказатель с единичной задержкой ……………………….4-2
5-1 Формат CDS при выборе варианта с расщеплением выборки ……………………………………5-2
5-2 Формат CDS при выборе варианта без сжатия ………………………………………………………5-3
5-3 Формат CDS при выборе варианта блока с одними нулями ……………………………………….5-3
5-4 Формат CDS при выборе варианта второго расширения ………………………………………….5-4
5-5 Формат пакета для I наборов кодированных данных ……………………………………………….5-4
6-1 Структура пакета идентификации сжатия …………………………………………………………….6-1
6-2 Поле конфигурации источника ………………………………………………………………………….6-4
Таблица
3-1 Ключевые слова фундаментальной последовательности как функция предварительно
обработанных выборок……………………………………………………………………………………3-2
3-2 Ключевые слова фундаментальной последовательности нуль-блока как функция числа
последовательных блоков с одними нулями …………………………………………………………3-4
5-1 Ключ идентификации варианта выбранного кода………………………………………………….5-1

CCSDS 121.0-B-2 Страница viii Май 2012

12 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

1 ВВЕДЕНИЕ
1.1 ЗАМЫСЕЛ
Замысел настоящего документа заключается в том, чтобы ввести в обращение рекомендованный
стандарт для алгоритма сжатия данных кодирования источника, который применяется к цифровым
данным, и точно определить, как эти сжатые данные должны быть вставлены в исходные пакеты для
выборки и декодирования.
Кодирование источника для сжатия данных есть метод, использованный в системах данных, чтобы
уменьшить объем цифровых данных и получить выгоды в областях, которые включают без
ограничения следующее:
d) уменьшение ширины пропускания канала передачи;
e) снижение требования к памяти и буферному запоминающему устройству;
f) уменьшение времени передачи данных на заданной скорости.
1.2 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Характеристики исходных кодов задаются только до степени, необходимой для обеспечения
возможностей многоцелевой поддержки. Настоящая спецификация не пытается количественно
определить относительное уменьшение полосы пропускания, достоинства и недостатки каждого
рассматриваемого подхода или требования к проектированию кодеров и соответствующих декодеров.
Некоторая информация по функциональной характеристике включена в ссылку [C2].
Настоящий рекомендованный стандарт касается только кодирования исходного текста без потерь, которое
применяется в широком диапазоне цифровых данных, как для отображения, так и не имеющих отношения к
формированию отображения. Здесь рассматривается случай, когда требование относится к умеренному
снижению скорости передачи данных с таким ограничением, которое позволяет не добавлять никаких искажений в
процесс сжатия/восстановления данных. Сам процесс восстановления сжатых данных здесь не рассматривается.
Смотрите в ссылке [C2] краткое содержание выполнения.
1.3 ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящий рекомендованный стандарт применяется к прикладным программам сжатия данных
космических полетов, в ходе которых планируется поддержка коммутации телеметрии, передаваемой
в виде пакетов. Кроме того, он служит в качестве руководства для разработки совместимых
стандартов организаций CCSDS в этой области на основе передовой инженерной практики.
1.4 ОБОСНОВАНИЕ
Концепцию или основную причину кодирования источника без потерь для алгоритма сжатия данных,
описание которого дается в настоящей рекомендации, можно найти в ссылке [2].

CCSDS 121.0-B-2 Страница 1-1 Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

1.5 СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ НУМЕРАЦИИ БИТОВ
В настоящем документе используются следующие условные обозначения для идентификации каждого
бита в слове из N бит. Первый бит слова, которое надо передавать (т.е. самый левый, обоснованный
при вычерчивании рисунка) определяется как 'Бит 0’, а последующие должны быть ‘Бит 1’ и так далее
до ‘Бит N-1’. Когда слово используется для выражения двоичного значения без знака (например,
счетчик), то самый старший двоичный разряд (MSB-Most Significant Bit) должен соответствовать
N-1
наибольшей степени числа два, т.е. 2

В соответствии с современной технологией передачи данных слова данных космического корабля
часто группируются в 8-битовые 'слова', которые соответствуют показанному выше условному
обозначению. В настоящем Рекомендованном стандарте используется следующая система
обозначений для характеристики этого группирования.
8-разрядное слово = 'Байт'
1.6 ПАТЕНТОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Консультативный комитет по космическим системам передачи данных (CCSDS) обращает внимание на
факт его заявления, что соответствие с настоящим документом может вовлекать использование
патентных прав, касающихся метода кодирования данных низкой энтропии в разделе 3.
Комитет CCSDS не занимает никакую позицию в том, что касается доказательства, действительности
и области применения этих патентных прав.
Владельцы этих патентных прав заверили CCSDS в своем желании вести переговоры о
предоставлении лицензий на разумных и не дискриминационных условиях с заявителями по всему
миру. В этом случае заявления владельцев патентных прав регистрируются в CCSDS. Информация
может быть получена из секретариата CCSDS по адресу на странице i. Контактная информация для
держателя этих патентных прав предоставляется в Приложении A.
Обращается внимание на возможность, что некоторые элементы настоящего документа могут быть
предметом патентных прав, но других, чем указанно выше. Комитет CCSDS не берет на себя
ответственность по идентификации любого или всех таких патентных прав.
CCSDS 121.0-B-2 Страница 1-2 Май 2012

14 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

1.7 ССЫЛКИ
Следующие документы содержат положения, которые через ссылку по тексту, составляют положения
настоящего рекомендованного стандарта. На момент публикации указанные издания были
действительными. Все документы подлежат переработке и исправлению, поэтому пользователям
настоящего рекомендованного стандарта следует изучать возможности применения самых последних
изданий указанных ниже документов. Секретариат CCSDS поддерживает регистр текущих
действительных Рекомендованных стандартов CCSDS.
[1] Синхронизация временной модуляции (TM) и кодирование каналов, Рекомендация для
стандартов по космическим системам передачи данных, CCSDS 131.0-B-2. Голубая книга. 2-ое
издание, Вашингтон, ОК, CCSDS, август 2011.
[2] Протокол передачи пакетов данных в космической линии связи (Space Packet Protocol).
Рекомендация для стандартов по космическим системам передачи данных, CCSDS 133.0-B-1.
Голубая книга. 1-ое издание, Вашингтон, ОК, CCSDS, сентябрь 2003.
[3] Сжатие мнгоспектрального и гиперспектрального изображения без потерь. Рекомендация
для стандартов по космическим системам передачи данных, CCSDS 123.0-B-1. Голубая книга.
1-ое издание, Вашингтон, ОК, CCSDS, май 2012.
CCSDS 121.0-B-2 Страница 1-3 Май 2012

(Пустая страница)
16 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

2 ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
2.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Настоящий рекомендованный стандарт дает определения для стандартизации алгоритма кодирования
особенного адаптивного источника, который имеет широко распространенную применимость ко многим
формам цифровых данных. В частности, научные данные от многих типов отображающих или не
отображающих измерительных приборов хорошо подходят для применения этого алгоритма.
Имеются два класса методов кодирования источников: без потерь и с потерями.
Техника кодирования источника без потерь предохраняет правильность данных источника и удаляет
избыточность в источнике данных. В процессе декодирования исходные данные могут быть
реконструированы из сжатых данных путем восстановления удаленной избыточности; процесс
восстановления сжатых данных не добавляет никакого искажения. Эта техника является особенно
полезной, когда нельзя подвергать риску целостность данных. Цена, которую надо за это платить,
обычно заключается в низком коэффициенте сжатия, который определяется как отношение числа
исходных не сжатых битов к числу сжатых битов, включая дополнительные (служебные) двоичные
разряды, необходимые для параметров сигнализации.
С другой стороны, метод кодирования источника с потерями удаляет некоторое информационное
содержание источника вместе с избыточностью. Исходные данные не могут быть полностью
восстановлены, поэтому происходит искажение данных. Однако если некоторое искажение может быть
допустимым, то кодирование источника с потерями, как правило, дает более высокий коэффициент
сжатия. За счет управления величиной приемлемого искажения и сжатия, эта техника может сделать
возможным сбор и передачу данных космического полета в пределах критического временного
диапазона.
Настоящий рекомендованный стандарт рассматривает только кодирование источника без потерь и не
пытается объяснить теорию, лежащую в основе работы определенного алгоритма.
2.2 КОДЕР ИСТОЧНИКА
Устройство кодирования источника без потерь состоит из двух отдельных функциональных частей:
препроцессора и адаптивного энтропийного кодера, как показано на рисунке 2-1.

Рисунок 2-1. Схема кодера источника

CCSDS 121.0-B-2 Страница 2-1 Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

Вводы в кодер источника следующие:

что является блоком J n-двоичных разрядных выборок, где n есть постоянное значение.
Препроцессор
Препроцессор применяет реверсивную функцию к выборкам входных данных x, чтобы создать
'предпочтительный источник'
n
где каждая δ является целым числом из n двоичных разрядов, 0 ≤ δ ≤ (2−1). Для стадии идеальной
I I
предварительной обработки δ будет иметь следующие свойства:
a) {δ} является статистически независимой и идентично распределенной;
i
, что любая выборка δ будет принимать целое число m,
b) предпочтительная вероятность, p
m I
n
является не увеличивающейся функцией значения m для m = 0,1, …(2−1).
Функция препроцессора есть обратимая операция и, как правило, наилучший препроцессор без потерь
будет отвечать упомянутым выше условиям и создавать наименьшую энтропию, которая является
мерой наименьшего среднего числа битов, которые могут быть использованы, чтобы представлять
каждую выборку.
Настоящий рекомендованный стандарт не пытается объяснять методы для выбора стадии
предварительной обработки. Настоящий рекомендованный стандарт дает определение стадии
основной предварительной обработки, которая может быть подходящей для многих приложений.
Однако весьма важно, что пользователь осторожно обращается к этой проблеме, так как
внимательный выбор подходящей стадии предварительной обработки существенно для эффективного
сжатия и зависит от характеристик данных источника. Заинтересованным пользователям следует
обращаться к ссылке [2].
Адаптивный энтропийный кодер (Adaptive Entropy Coder)
Функция адаптивного энтропийного кодера – это вычислять уникально дешифрированные кодовые
слова переменной длины, соответствующие каждому блоку выборок, вводимых от предварительного
процессора. Энтропийный кодер включает в себе многочисленные варианты кодирования. Каждый
вариант показывает эффективное исполнение по разным все еще перекрывающимся диапазонам
энтропии. Кодер выбирает вариант кодирования, который дает наибольший коэффициент сжатия
среди разных вариантов на одном и том же блоке выборок J. ‘Идентификатор’ варианта кода,
требующий только несколько битов, прикрепляется перед первым битом кодового слова в
кодированном блоке, чтобы сигнализировать вариант кодирования в декодер для правильного
восстановления после сжатия. Так как размер блока J может быть небольшим и новый вариант кода
выбирается для каждого блока, то общее кодирование можно адаптировать к быстрым изменениям в
статистиках данных.
CCSDS 121.0-B-2 Страница 2-2 Май 2012

18 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

2.3 ПАКЕТИРОВАНИЕ КОДИРОВАННЫХ ДАННЫХ
Поток кодированных битов переменной длины, представляющий блок J-выборки формирует набор
кодированных данных (CDS-Coded Data Set). Структура пакета источника телеметрии CCSDS
рекомендуется для транспортировки наборов кодированных данных, которые будут содержаться в
поле пакета для данных источника. Информация, относящаяся, например, к датчику, миссии, времени
и другим подробностям космического полета, которые необходимы для маршрутизации и учета
пакетов, будет содержаться в заголовке первичного пакета (Packet Primary Header) и (если
присутствует) в заголовке вторичного пакета (Packet Secondary Header) (см. ссылку [2]).
2.4 КОНТРОЛЬ ОШИБОК
Ошибки в двоичных разрядах индивидуальных канала имеют большие последствия при сжатии данных.
Не нужно, чтобы в этом случае последствия были катастрофическими. По этой причине рекомендуется
следующее, чтобы ограничить распространение ошибки при использовании алгоритма кодирования
источника, который изложен в этом документе:
a) используйте кодирование канала телеметрии согласно описанию в ссылке [1];
b) используйте объединенную в пакеты телеметрию согласно описанию в [2].
CCSDS 121.0-B-2 Страница 2-3 Май 2012

(пустая страница)
20 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

3 АДАПТИВНЫЙ ЭНТРОПИЙНЫЙ КОДЕР
3.1 СПЕЦИФИКАЦИЯ КОДА
3.1.1 Рисунок 3-1 представляет адаптивный энтропийный кодер общего назначения с
предварительным процессором. По существу, такой кодер выбирает один набор из вариантов кодов
δ.
для представления входящего блока выборок предварительно обработанных данных,
Последовательность битов однозначно определяемого идентификатора (ID) прикрепляется к блоку
кода, чтобы указать декодеру, какой вариант декодирования надо использовать.

Рисунок 3-1. Адаптивный энтропийный кодер с предварительным процессором
ПРИМЕЧАНИЕ – Рисунок 3-1 иллюстрирует принцип адаптивного энтропийного кодера с предварительным
процессором; он не показывает исполнение.
3.1.2 Выбранный основной код является кодом переменной длины, который использует технику
адаптивного кодирования Райса (см. ссылку [С2]). В технике кодирования Райса несколько алгоритмов
одновременно применяются к блоку последовательных предварительно обработанных выборок J.
Вариант алгоритма, который дает самую короткую кодированную длину для текущего блока данных,
выбирается для передачи. Вариант нуль-блока является специальным случаем, в котором
последовательность единичного кодового слова представляет один или больше последовательных
блоков предварительно обработанных выборок J (см. 3.4.3). Во всех других вариантах
последовательность кодового слова представляет один блок последовательных предварительно
обработанных выборок J.
CCSDS 121.0-B-2 Страница 3-1 Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

3.1.3 Следующие переменные требуются для техники адаптивного кодирования Райса:
– размер блока, J;
– разрешающая способность, n (число битов ввода на выборку);
– последовательность битов ID выбранного варианта кода
3.1.4 Следующие ограничения должны применяться к схеме адаптивного кодирования переменной
длины, осуществляемого энтропийным кодером:
J = 8, 16, 32 или 64 выборки в блоке
n = разрешение с максимумом 32 бита на выборку со
n
значениями цифрового сигнала от 0 до 2 -1 или от
n-1 n-1
- 2 -1 до 2 -1
3.2 ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯФ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
Самый основной вариант – это кодовое слово фундаментальной последовательности (FS –
Fundamental Sequence) переменной длины. Это слово состоит из m нулей, за которыми следует
единица, когда предварительно обработанная выборка δ = m. Таблица 3-1 иллюстрирует кодовые
I
слова FS. Фундаментальная последовательность является сцеплением J кодовых слов FS.
Таблица 3-1. Кодовые слова фундаментальной последовательности как функция
предварительно обработанных выборок

3.3 РАСЩЕПЛЕНИЕ ВЫБОРКИ
3.3.1 Вариант k расщепленной выборки получается путем удаления k битов младшего разряда
(LSBs) из двоичного представления каждой предварительно обработанной выборки δ и шифрования
I
оставшихся битов с кодовым словом FS (рисунок 3-2). Это вызывает изменение длины кодового слова.
Кодовые слова FS для текущего блока из J предварительно обработанных выборок передаются
вместе с удаленными битами младшего разряда, которым предшествует поле ID, указывающее
значение k. Этот процесс делает возможным адаптацию длины кодового слова к статистикам данных
источника.
CCSDS 121.0-B-2 Страница 3-2 Май 2012

22 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

3.3.2 Вариант FS, изложенный в 3.2, есть специальный случай расщепления выборки, когда k=0.

Рисунок 3-2. Формат расщепленной выборки (сплит- выборки)
3.4 ВАРИАНТЫ НИЗКОЙ ЭНТРОПИИ
3.4.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Два варианта кода, вариант 2-го расширения и вариант блока нулей обеспечивают более
эффективное кодирование по сравнению с другими вариантами, когда предварительно обработанные
данные сжимаются на высоком уровне.
3.4.2 ВАРИАНТ ВТОРОГО РАСШИРЕНИЯ
Когда выбирается вариант второго расширения, то каждая пара предварительно обработанных
выборок в J – блоке выборок преобразуется и кодируется с использование кодового слова FS. Пара
последовательных выборок δ и δ из J – блока данных предварительно обработанных выборок
I i-1
преобразуется в один новый символ γ следующим уравнением.

Преобразованные символы J/2 в блоке кодируются, используя кодовое слово FS в таблице 3-1.
Упомянутый выше процесс требует, чтобы J был четным целым числом, чьи рекомендованные
значения в 3.1.4 подчиняются условию (J= 8, 16, 32 или 64).
3.4.3 ВАРИАНТ НУЛЬ-БЛОКА
3.4.3.1 Вариант блока нулей выбирается тогда, когда один или больше блоков предварительно
обработанных выборок являются все нулями. В этом случае одно кодовое слово может представлять
несколько блоков предварительно обработанных выборок в отличие от других вариантов, когда
кодовое слово FS представляет только одну или две предварительно обработанные выборки.

Первое расширение предварительно обработанной выборки есть сама эта выборка
CCSDS 121.0-B-2 Страница 3-3 Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

3.4.3.2 Набор r блоков между последовательными опорными выборками согласно описанию в 4.3
разделяется на два или больше сегментов. Каждый сегмент, кроме возможно первого, содержит s
блоков.
3.4.3.3 Внутри каждого сегмента каждая группа смежных блоков из нулей кодируется кодовыми
словами FS, заданными в таблице 3-2, которые идентифицируют длину каждой группы. Кодовое слово
'остаток сегмента' Remainder-Of-Segment (ROS) в таблице 3-2 используется для отметки, что остаток
сегмента состоит из пяти или более блоков только с нулями.
Таблица 3-2. Кодовые слова фундаментальной последовательности нуль-блоков как функция
числа последовательных блоков из одних нулей

3.5 БЕЗ СЖАТИЯ
Последний вариант относится, когда не надо применять сжатие данных. Если выбирается такой
вариант, то предварительно обработанный блок выборок получает прикрепленное поле
идентификации, но иначе является неизменяемым.
3.6 ВЫБОР КОДА
3.6.1 Адаптивный энтропийный кодер включает функцию выбора варианта кода, который
минимизирует число битов (включая биты ID), используемых для кодирования текущих блоков выборок.
Последовательность битов ID задает, какой вариант был использован, чтобы кодировать
сопутствующий блок выборок. Последовательность битов ID показана в таблице 5-1.
3.6.2 Когда два или больше вариантов кодирования минимизируют длину кодированного блока, то
вариант, выбранный для блока, рекомендуется выбирать следующим образом:
a) вариант ‘без сжатия’ следует выбирать, когда он минимизирует кодированную длину для
блока; в противном случае
CCSDS 121.0-B-2 Страница 3-4 Май 2012

24 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

b) вариант второе расширение (Second Extension) следует выбирать, когда он минимизирует
кодированную длину для блока; в противном случае
c) следует выбирать вариант кодирования, имеющий наименьшее значение k параметра кода
(когда вариант FS трактуется как k=0)

CCSDS 121.0-B-2 Страница 3-5 Май 2012

(Пустая страница)
26 © ISO 2013 – Все права сохраняются

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

4 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР
4.1 ФУНКЦИЯ ПРЕПРОЦЕССОРА
4.1.1 К двум факторам, способствующим исполнению скорости кодированных битов (в битах на
выборку) в технике сжатия данных без потерь, относятся величина корреляции удаленных из числа
выборок данных на стадии предварительной обработки и эффективность кодирования энтропийного
кодера. Функция препроцессора – это осуществить декорреляцию данных и переформатировать их в
не отрицательные целые числа с предпочтительной вероятностью распределения. Имеются ситуации,
когда препроцессор не является необходимым (см. ссылку [2]), его можно обойти, чтобы обеспечить
лучшее исполнение сжатия.
4.1.2 Препроцессор содержит две функции: предсказание и отображение, как показано на рисунке 4-1.
€ из текущего значения данных . Ошибка
Препроцессор вычитает предсказанное значение x x
i i
результирующего (n + 1) – разрядного предсказания, ∆ , затем отображается в n-разрядное целое
i
значение, δ , на основе предсказанного значения x€ . При правильном выборе предсказателя ошибка
i
i
предсказания имеет тенденцию быть небольшой. Для некоторых источников она имеет распределение
вероятности, приближающееся к лапласовскому, для которого адаптивный энтропийный кодер
является оптимальным. Имеется несколько технических способов предварительной обработки, из
которых только один, предсказатель при единичных задержках (Unit-Delay Predictor) согласно
описанию в 4.2, представляется в этом рекомендованном стандарте (смотрите примеры предсказателя
в ссылке [C2]).
Рисунок 4-1. Предварительный процессор
4.2 ПРЕДСКАЗАТЕЛИ
4.2.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПРЕДСКАЗАНИЯ
Несколько технических способов предварительной обработки могут быть использованы с адаптивным
энтропийным кодером. Один способ, использующий предсказатель при единичных задержках (Unit-
Delay Predictor), задается ниже в 4.2.2. Предсказатель, связанный с конкретным применением, может
быть использован вместо предсказателя при единичных задержках, но такой предсказатель является
единственным в своем роде и не задается в настоящем Рекомендованном стандарте.

CCSDS 121.0-B-2 Страница 4-1 Май 2012

РЕКОМЕНДОВАННЫЙ СТАНДАРТ CCSDS ДЛЯ СЖАТИЯ ДАННЫХ БЕЗ ПОТЕРЬ

4.2.2 ПРЕДСКАЗАТЕЛЬ ПРИ ЕДИНИЧНЫХ ЗАДЕРЖКАХ
Техника предсказания при единичных задержках, показанная на рисунке 4-2, использует сигнал данных
ввода с задержанной одной выборкой в качестве предсказателя для сигнала текущих данных, ошибка
предсказания пропускается к следующему отображателю вместе с предсказанным значением для
отображения в не отрицательном целом числе.

Рисунок 4-2. Предпроцессор, использующий предсказатель с единичной задержкой
4.3 ОПОРНАЯ ВЫБОРКА
Опорная выборка – это выборка неизмененных данных ввода, на которых базируется предсказание
последующих выборок. Когда используются предсказатель с единичной задержкой или другие
предсказатели более высокого порядка, которые используют сигнал предыдущих данных, то опорные
выборки запрашиваются декодером, чтобы восстановить значения выборок от декодированных
ошибок предсказателя. Когда опорная выборка вставляется, то в наборе кодированных данных (CDS)
имеется J − 1 предварительно обработанных выборок. Пользователь может установить, как часто
вставлять опорные выборки. Интервал опорной выборки, r , ограничивается максимальным значением
4096 наборов кодированных данных (например, 262144 выборки при J = 64). Когда опорная выборка не
требуется предварительным процессором, то параметр r служит для того, чтобы определять интервал
блоков выборок данных ввода, которые далее будут сегментированы по варианту нуль-блока,
...