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。