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《华中科技大学》 2004年
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矢量量化编码算法及其VLSI结构设计的研究

刘丽娟  
【摘要】:数字静止摄像机以及数字文件系统的广泛应用使图像压缩技术变得越来越重要。在数字图像压缩领域里,矢量量化算法简单、有效,是一种比较有吸引力的方法。 矢量量化通常使用两种距离测度:绝对误差测度和平方误差测度。多年来,对基于平方误差测度的矢量量化的研究大多集中于以软件实现的快速编码算法。基于平方误差距离测度的矢量量化基本算法――全搜索算法,虽然解码简单,编码质量高,但是需要计算输入矢量和每个码字之间的平方误差,其计算复杂度和编码时间随着码书尺寸的增加而迅速增加,这限制了它的实际应用,因为高效的矢量量化编码系统往往采用大尺寸的码书。基于绝对误差测度的矢量量化主要用于矢量量化编码处理器,因为绝对误差测度计算简单方便,比较适合硬件实现,但是,基于绝对误差测度的编码算法较基于平方误差测度的编码算法的重构图像质量有所下降,并行距离计算占用较多的硬件资源。 本文研究了基于平方误差测度的矢量量化快速编码算法及其VLSI结构。 本文首先以LBG码书设计算法设计了码书,然后,提出了适于硬件实现的保持全搜索算法编码精度的基于平方误差测度的矢量量化快速编码算法,同时提出了删除不可能匹配码字的删除准则、有效的候选码字搜索方式、减少计算存储量的的索引空间的处理方式进一步提高了编码速度,最后,给出了该快速编码算法的VLSI体系结构,并对设计的结构成功地进行了功能仿真和验证。 本文的创新点主要集中于以下几方面: 首先,提出了一种新的图像金字塔数据结构,该结构符合图像金字塔结构的定义,金字塔较低层的数据是相邻较高层对应4个数据的L2-范数的一半,金字塔内所有数据刚好都在0(255灰度等级范围内,减少了存储量开销,适于硬件实现。在提出的金字塔结构的基础上,推出了实现快速编码的多级不等式条件。当利用该不等式进行码字匹配时,如果码字金字塔和输入矢量金字塔较低层之间的距离大于或等于当前最小距离,则结束该码字的匹配,减少了金字塔其它高层之间的距离计算量。为了进一步提高编码速度,提出了有效的候选码字搜索方式、强有力的码字删除准则和有效地节 WP=4 省存储空间的索引空间的概念。由于码字金字塔和输入矢量金字塔顶层之间距离的特殊性,选择范数距离输入矢量范数最近的码字作为候选码字的搜索方式可以使相对于其它所有未被排除的码字,该候选码字金字塔和输入矢量金字塔顶层之间距离最小,以尽快地找到最佳匹配码字,减少编码时间。根据提出的不等式及搜索方式,一旦判断有码字满足提出的删除准则,则立即删除其它所有不可能匹配的码字,结束当前输入矢量的编码,因而可省去大量的不必要的码字匹配。按照算法的要求,输入矢量编码期间,需要不断地从码书中删除已经比较过的码字,直到码书空为止,该码书与预处理码书相同,所占空间较大,当码书空间由码字索引组成的索引空间代替后,显著降低了存储量需求,进一步提高了编码速度。 其次,研究了矢量量化快速编码算法的VLSI体系结构,该结构的运算处理单元与影响编码质量的码书尺寸无关,很容易扩展到任意数目的码字而不增加额外的运算硬件,在改善编码质量增加码书大小方面具有一定的优越性。流水线处理、并发操作和分时复用技术的使用既提高了系统的处理速度,又充分利用了现有硬件资源,与先前的基于绝对误差测度的编码处理器不同,本文设计的结构基于平方误差测度,既保证了较高的图像质量,实现了快速编码,又具有较小的硬件体积。 最后,对设计的结构成功地进行了功能仿真和验证,设计了矢量量化静止图像编码系统。针对VLSI结构设计中的各个模块分别以可综合的Verilog HDL建模,完成了VLSI电路设计,成功地通过了功能仿真,并用可编程逻辑器件(CPLD)进行了验证,结果表明,设计的VLSI结构是可行的,具有可实现性,因此,本文提出的矢量量化编码算法及其VLSI结构是正确的、有效的。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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3 林大会;冯宗彬;陈亮;;一种新的基于矢量量化数字水印算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
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5 李宏言;盛利元;陈妮;;一种基于矢量量化和查找表的改进DTW语音识别方法[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
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7 耿超;陈亮;洪华;;改进的LSP参数格型矢量量化方法研究[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
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9 赵庆;;基于verilog的数字可综合电路设计[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(下册)[C];2008年
10 熊祎灵;;RS码的实现及在光纤通信中的应用[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年
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2 孔阳;一种适用于地震勘探仪器的低运算量数字滤波器的设计与研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 梁鹏;基于内容的目标分类识别关键技术研究[D];华南理工大学;2011年
4 陈睿;OFDM和MIMO系统中的预编码技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 施金洋;基于心电和指纹特征的生物密钥技术研究[D];清华大学;2010年
6 王敏;基于图像的工业控制网络调度与协议的研究[D];天津大学;2011年
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10 何艳敏;稀疏表示在图像压缩和去噪中的应用研究[D];电子科技大学;2011年
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1 沈国新;实时操作系统核心算法的硬件实现[D];山东科技大学;2010年
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3 湛雷;图像声纳数字系统软件开发与硬件设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 刘振飞;图像预处理算法的硬件实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 郭洋;基于嵌入式零树图像压缩编码方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 匡银;低功耗嵌入式信号处理平台设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王鑫;无线传感器网络衰落信道Rake接收机技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 闫颖;基于模拟退火和团划分的综合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 陈泮洁;基于FPGA的视频采集系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 辛涛;基于混合神经网络的视频序列压缩与加密算法研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 宾清原,李双田;一种基于MELP的高质量的0.6Kb/s语音编码算法[J];电声技术;2004年10期
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7 徐蕾;;SPECK图像编码的改进算法[J];信息技术;2006年12期
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10 马文龙,余宁梅,银磊,高勇;图像块动态划分矢量量化[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年02期
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1 唐建;矢量量化码书设计与矢量量化应用研究[D];中国科学技术大学;2006年
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1 黄鹤;基于正弦模型的线性预测低速率语音编码算法研究[D];北京工业大学;2002年
2 易顺广;低速率语音编解码中的矢量量化技术[D];电子科技大学;2002年
3 郑鲁杰;低速率语音编码MELP算法的研究[D];电子科技大学;2003年
4 马文龙;基于矢量量化技术的图像编码系统的设计[D];西安理工大学;2005年
5 王凤琴;基于视频压缩标准H.264关键技术的研究[D];西北工业大学;2005年
6 彭远疆;基于线性预测编码的低速率语音编码算法的研究[D];电子科技大学;2005年
【二级引证文献】
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1 王军敏;杜豪杰;;基于DCT的图像压缩算法及快速实现[J];平顶山学院学报;2012年02期
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1 王冬芳;基于矢量量化技术的图像实时压缩芯片的研究[D];西安理工大学;2009年
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1 赵仁仲;VoIP系统中语音编码算法研究[D];电子科技大学;2011年
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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1 江科,章倩苓,汤庭鳌;一种极低码率视频压缩编码算法的VLSI结构[J];电子学报;1999年11期
2 周汀,陈亮,章倩苓;一种新的图像地址矢量量化编码算法[J];计算机学报;1999年12期
3 周汀,闵昊,章倩苓;一种矢量量化编码的加速算法[J];电子学报;1997年04期
4 梅海泉,郑建宏;矢量量化的一种快速编码算法[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);1998年01期
5 陆哲明,潘正祥,孙圣和;基于自适应搜索范围及顺序的快速矢量量化编码算法[J];电子学报;2000年08期
6 朱勇刚,陈亮,朱义勇;一种基于鲁棒矢量量化的信源-信道联合编码算法[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2005年02期
7 李晔;崔慧娟;唐昆;;加权平方误差测度下的快速矢量量化算法[J];清华大学学报(自然科学版);2007年07期
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10 刘丽娟,邹雪城,沈绪榜;一种新的矢量量化编码算法[J];小型微型计算机系统;2004年10期
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1 陈善学;;矢量量化快速编码算法[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
2 胡昊;王红星;;一种改进的相关矢量量化图像编码算法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
3 杨云志;黄顺吉;王建国;;矢量量化在SAR原始数据压缩中的应用[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年
4 牟峰;俞铁城;杨道淳;;新型半波语音编解码的实现[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
5 邹霞;陈亮;张雄伟;;高质量鲁棒600BPS甚低速率语音编码算法[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
6 张文琴;蒋刚毅;邓云凯;;一种基于小波变换和矢量量化的图像多描述编码方法[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
7 宋相培;于忠臣;;改进型RS(534,518)编码算法的硬件设计[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
8 陈善学;;等误差竞争学习算法在矢量量化中的应用[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
9 陈金涛;宋蓓蓓;;图像矢量量化系统设计中的简便策略[A];第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会论文摘要集[C];2004年
10 付新文;李象霖;张妙兰;;一种基于矢量量化的纹理匹配分类方法[A];中国图象图形科学技术新进展——第九届全国图象图形科技大会论文集[C];1998年
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3 专家:陈锟;专家坐堂之数码篇[N];电脑报;2004年
4 安徽 小梦;轻松录制教学影片[N];电脑报;2004年
5 牟缜;制作高保真MP3[N];中国电脑教育报;2002年
6 万苗苗;ST与Coding共推mp3PRO新标准[N];中国电子报;2001年
7 张峰;SAN中的“网卡”[N];网络世界;2005年
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10 高翔;“高效”为降本 “优质”为增效[N];中国冶金报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘丽娟;矢量量化编码算法及其VLSI结构设计的研究[D];华中科技大学;2004年
2 王冬芳;基于矢量量化技术的图像实时压缩芯片的研究[D];西安理工大学;2009年
3 刘继新;基于矢量量化技术的音频信息隐藏算法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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5 唐琳琳;基于小波变换的多描述图像编码研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 陆哲明;矢量量化编码算法及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2001年
7 陈善学;矢量量化技术及其在图像信号处理中的应用研究[D];电子科技大学;2009年
8 邓家先;遥感图像编码技术研究[D];西安电子科技大学;2004年
9 冯前进;基于小波变换的医学图像编码[D];中国人民解放军第一军医大学;2003年
10 李靓;高质量的2kb/s波形内插语音编码算法研究[D];北京工业大学;2005年
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1 黄榜;矢量量化图像编码算法的研究[D];江南大学;2011年
2 罗艳芬;语音信号数字处理中语音编解码算法的研究[D];南昌大学;2005年
3 林晓燕;多小波变换在图像编码中的应用研究[D];天津大学;2005年
4 邓艳燕;基于DSPs的小波图像压缩技术的研究[D];大连海事大学;2001年
5 银磊;量子码图像压缩算法码书的研究及其解码电路的实现[D];西安理工大学;2005年
6 王冬芳;相关矢量量化图像编码电路系统的研究[D];西安理工大学;2004年
7 杨敏;多小波预处理方法的研究及其在矢量量化中的应用[D];西北大学;2003年
8 张丽英;提升框架下整数小波变换结合VQ图像压缩方法的研究[D];吉林大学;2004年
9 宫铭举;基于多小波的图像矢量量化研究[D];中国海洋大学;2005年
10 朱娜娜;2kbps波形内插语音编码算法的研究[D];北京工业大学;2003年
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