基于矢量量化编码的数据压缩算法的研究与实现

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  • 摘 要

        伴随着通讯与信息科技的迅猛发展,数据压缩技术己经成为信息时代人们工作与科研的有力工具。数据压缩技术,作为信息论研究中的一个重要课题,一直受到人们的广泛关注。矢量量化技术作为数据压缩领域里的一个重要分支,以它压缩比高、编码速度快、算法简单清晰等良好的特性,在图像压缩等领域都已成为有力的手段和方法。
    本文以矢量量化在静止图像方面的应用为研究目标,介绍了矢量量化的定义,基本理论、相关概念及发展现状,重点讨论研究了矢量量化的三大关键技术–码书生成和码字搜索和码字索引分配。详细阐述了码书设计算法中的LBG算法和最大下降MD算法;快速码字搜索中的基于不等式快速码字搜所和码字索引分配中的BAS算法和禁止搜索码字索引算法等。
    最后总结分析了现有典型的算法和改进算法并提出了自己的基于矢量量化算法的实现方法,编程实现了一个完整的数据压缩软件,取得了较好的效果。

    关键词: 数据压缩,矢量量化,LBG
    ABSTRACT
    第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.1.1 研究背景
    随着计算机和大规模集成电路的飞速发展,数字信号分析和处理技术得到很大发展,并已经广泛应用于通信、雷达和自动化等领域。数字信号的突出优点是便于传输、存储、交换、加密和处理等。一个模拟信号f(t),只要它的频带有限并允许一定的失真,往往可以经过采样变成时间离散但幅值连续的采样信号f(n)。对于数字系统来说,f(n)还需经过量化变成时间和幅值均离散的数字信号x(n)。
    通信系统有两大类:一类是传输模拟信号f(t)的模拟通信系统;另一类是传输数字信号x(n)的数字通信系统。在任何数据传输系统中,人们总希望只传输所需要的信息并以最小失真或者零失真来接收这些信息。人们常用有效性(传输效率)和可靠性(抗干扰能力)来描述传输系统的性能。与模拟通信系统相比,数字通信系统具有抗干扰能力强,保密性好,可靠性高,便于传输、存储、交换和处理等优点。在数字通信中,码速率高不仅影响传输效率,而且增加了存储和处理的负担。
    上个世纪八、九十年代,计算机技术和网络技术取得了飞速的发展,人类社会进入到了前所未有的信息化时代。随着信息时代的来临人们对通信业务的要求不断增长,在日常生活中,大量的信息数据需要传输、存储和处理。科学实验表明,人类从外界获取的知识之中,有80%以上都是通过视觉感知获取的【1】。眼睛获取的是图像信息,和语音、文字等信息相比,图像包含的信息量更大、更直观、更确切,因而具有更高的使用效率和更广泛的适应性,一幅图胜过千言万语, 图像信息是人类认识世界、自身的重要源泉。所以在信息数据中,绝大部分数据都是图像数据,而图像数据的传输常常要占用很大的带宽,需要很大的存储空间,因而怎样对图像数据进行行之有效地传输是一个极具挑战性的课题。

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