Gomes, Carlos and Wittmann, Isabelle and Robert, Damien and Jakubik, Johannes and Reichelt, Tim and Maurogiovanni, Stefano and Vinge, Rikard and Hurst, Jonas and Scheurer, Erik and Sedona, Rocco and Brunschwiler, Thomas and Kesselheim, Stefan and Batic, Matej and Stier, Philip and Wegner, Jan and Cavallaro, Gabriele and Pebesma, Edzer and Marszalek, Michael and Belenguer-Plomer, Miguel and Adriko, Kennedy and Fraccaro, Paolo and Kienzler, Romeo and Briq, Rania and Benassou, Sabrina and Lazzarini, Michele and Albrecht, Conrad M (2025) Lossy Neural Compression for Geospatial Analytics: A Review. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine (GRSM), 13 (3), pp. 1-44. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/MGRS.2025.3546527. ISSN 2168-6831.
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Official URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10934749
Abstract
Over the past decades, there has been an explosion in the amount of available Earth Observation (EO) data. The unprecedented coverage of the Earth's surface and atmosphere by satellite imagery has resulted in large volumes of data that must be transmitted to ground stations, stored in data centers, and distributed to end users. Modern Earth System Models (ESMs) face similar challenges, operating at high spatial and temporal resolutions, producing petabytes of data per simulated day. Data compression has gained relevance over the past decade, with neural compression (NC) emerging from deep learning and information theory, making EO data and ESM outputs ideal candidates due to their abundance of unlabeled data. In this review, we outline recent developments in NC applied to geospatial data. We introduce the fundamental concepts of NC including seminal works in its traditional applications to image and video compression domains with focus on lossy compression. We discuss the unique characteristics of EO and ESM data, contrasting them with "natural images", and explain the additional challenges and opportunities they present. Additionally, we review current applications of NC across various EO modalities and explore the limited efforts in ESM compression to date. The advent of self-supervised learning (SSL) and foundation models (FM) has advanced methods to efficiently distill representations from vast unlabeled data. We connect these developments to NC for EO, highlighting the similarities between the two fields and elaborate on the potential of transferring compressed feature representations for machine-to-machine communication. Based on insights drawn from this review, we devise future directions relevant to applications in EO and ESM.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/212973/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Lossy Neural Compression for Geospatial Analytics: A Review | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine (GRSM) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1109/MGRS.2025.3546527 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 1-44 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2168-6831 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Earth Observation, Earth System Models, Neural Compression, Geospatial Analytics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Optical remote sensing, R - Artificial Intelligence | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Remote Sensing Technology Institute > EO Data Science | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Albrecht, Conrad M | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 28 Feb 2025 09:02 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 25 Nov 2025 12:15 |
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