文章编号: 1006-4710(2008)02-0215-05
一 种 压 缩 比 自 适 应 快 速 矢 量 量 化 器 的 设 计 与 实 现
王丽娟, 余宁梅, 王冬芳, 马海侠
(西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048)
摘要: 设计了一种图像 16 ×16、8 ×8、4 ×4 动态分块压缩比自适应的快速矢量量化算法。 该算法
可以根据图像的特征,在较大范围内自适应地变化压缩比,减少重复搜索的运算量,在提升图像压
缩比的同时,编码速度也有很大幅度的提高。 设计了编码电路,并在 FPGA 上进行了仿真及验证。
结果表明,整个系统最大时钟频率可达 76.55 MHz。 与其他相关算法相比,该算法的压缩比有很大
提高,而平均峰值信噪比降低却很少,可完全满足图像编码的高速和实时性要求。
关键词: 矢量量化; 压缩比自适应; 动态划分; 编码电路
中图分类号: TP391 文献标识码: A
Design and Implementation for a Compression Ratio
Adaptive Algorithm Vector Quantizer
WANG Li-juan, YU Ning-mei, WANG Dong-fang, MA Hai-xia
(Faculty of Automation and Information Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048,China)
Abstract: A compression ratio adaptive algorithm for vector quantization ( VQ) of a kind of image with
16 ×16, 8 ×8, 4 ×4 dynamic partitioning is designed in this paper.Based on the image features, this
algorithm can adaptively change the compression ratio within a very large scope, reduce the computation
quantity of repeating searching and improve the encoding speed by a wide margin in simultaneously lifting
image compression ratio.Also, the encoding circuit is designed; and the simulation and testing are car-
ried out on FPGA.The results indicate that the maximum clock frequency can reach 76.55 MHz.As
compared with some related algorithms, the compression ratio by this algorithm can be greatly improved
while the average peak signal to noise ratio ( PSNR) can be reduced only a little.However, the high
speed and real-time requirements of image encode can be completely satisfied.
Key words: vector quantizer; compression-ratio adaptive; dynamic partitioning; encode circuit
收稿日期:2007-12-21
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60276017);陕西省自然科学基金资助项目(2006F29);应用材料创新基金资助项
目(XA-AM-200714)。
作者简介:王丽娟(1981-),女,吉林长春人,硕士。 E-mail:siying37@126.com。 余宁梅(1963-),女,江苏南京人,教授,博
导,研究方向为无线通信、图像压缩专用芯片及数模混合集成电路技术。 E-mail:yunm@xaut.edu.cn。
矢量量化 ( VQ)
[ 1 ]
是一种压缩率 较 高的 算 法,
其编解码算法简单,易于硬件实现,因此在数字视频
与音频压缩以及图像压缩方面得到了广泛应用。
矢量量化编码的缺点是运算量大,编码的时间
长。 为此,研 究 人 员 开 发 了 各 种 改 进 算 法 以 提 高
VQ 的性能,其中一种 方 法 是 通 过 改进码 书 的搜索
方式进而提 高编码效 率,如 多级 矢量 量 化
[ 2 ]
、预测
矢量量化
[ 3 ]
等。
另外一类方法是基于预测机制,对于相似的块
不进行重复编码,这类算法以牺牲一部分图像质量
为代价,换取编码速度的大幅提升
[ 4 -6 ]
。
但是这些方法多是对当前待编码的一个 4 ×4
图像块进行预测,压缩比没有改变或者提升比较有
限。 此外,人们又综合 VQ 与其他编码方法的特点,
提出了各种混合编码的方法,如现在比较流行的基
于小波变换的 VQ 编码等。
本文设计了一种图像 16 ×16、8 ×8、4 ×4 动态
分块压缩比自适应的矢量量化算法,可以根据图像
的特征,在较大范围内自适应地变化压缩比,在提升
图像压缩比的同时,编码速度也有很大幅度的增加。
设计了编码系统,完成其硬件实现,并在 FPGA 上进
行了验证。
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西安理工大学学报 Journal of Xi’an University of Technology(2008) Vol.24 No.2