摘 要：矢量量化是一种压缩率很高的算法，码书设计在VQ 技术中起着非常重要的作用。本文提出了一种基于旋转取反压缩的码书生成方法，该方法将1024尺寸码书压缩为128尺寸，分别采用全搜索（FS）和等和值块扩展最近邻搜索算法(EBNNS)对其仿真，结果表明，图像的峰值信噪比（PSNR）比1024尺寸码书略有提高。我们选取10幅标准测试图测试，与使用1024码书相比，全搜索的平均PSNR仅下降0.029%，EBNNS算法的平均PSNR提高了2.72%。但使用128尺寸码书可以减少87.5%码书存储空间，大大减少运算量和码书存储面积。
　　关键词：矢量量化；码书；旋转取反压缩
　　中图分类号：TN919.81 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-01-0-01
　　
　　一、旋转取反压缩码书原理及生成
　　（一）旋转取反压缩码书生成原理
　　对于一幅灰度图像，用VQ可分为若干个4€?的图像块。其中的图像块可分为两类：平滑块和非平滑块。其中各像素值都相等的图像块为平滑块，其余的为非平滑块。因而码书中的码字也可分为平滑码字和非平滑码字。非平滑块的像素排列具有一定的方向性，故非平滑码字同样存在方向性。
　　利用码字间这种方向相关性可以对码书进行压缩：将码字旋转，生成的四个矢量分别与其他码字进行比较。如果满足<，其中为阈值可以认为码字是由码字旋转而成，并且在存储时只存放的值。
　　上述方法只能压缩非平滑码字，对平滑码字无效，因此针对平滑码字提出取反压缩方法。原理详述如下。对于图像块来说，对一个全白色的图像块取反色可得到一个全黑的图像块。码书中的码字之间也存在这种对应性。
　　（二）旋转取反压缩码书的生成
　　为了得到尺寸合适的压缩码书，在Matlab平台下，令阈值分别等于20，21，…，50，得到原始1024尺寸码书的压缩后尺寸。为了确定压缩后的码书尺寸对图像压缩效果的影响，分别用阈值=20，21，…，50压缩得到的码书对标准静止灰白图像man进行全搜索匹配，当阈值从20到50时，使用对应尺寸旋转压缩码书对man进行编码，重构图象峰值信噪比仅从28.25dB变化到28.23dB。而当原始码书被压缩为256尺寸时，在编码时就可以由压缩后的256尺寸码书旋转4个方向恢复成1024尺寸码书。所以本文取阈值为34时，得到尺寸为256的码书。
　　二、算法介绍
　　（一）算法流程
　　1、搜索前的准备。（1）首先计算各取反压缩码字的和值然后按码字和值的大小对取反压缩码书进行升序排列；（2）将码书分成块，并把将每一块中间或中间附近的码字的和值作为本块码书的特征和值（即和值码书）。
　　2、开始搜索。（1）读入图像块，计算输入矢量的和值，并通过比较找到与和值最相近的码书块的特征值所对应的码书块；（2）将码书块的中间码字作为初始匹配码字，在该码字附近同时上下扩展个相邻码字，对这些码字进行取反，再旋转恢复出4个方向的码字，在恢复后的码字里找到与输入矢量最优匹配码字、旋转次数和取反标志位；（3）将码字索引、旋转次数和取反标志位输出，并与128码书结合，还原图像块。
　　（二）相关参数选定
　　码书的分块和上下扩展搜索范围的选取直接影响电路的性能和面积。在Matlab平台下，码书块数=128，64，32时和搜索范围=1，3，4，…，11时，对10幅标准静止灰白图像lena，baboon等进行压缩的平均效果如图1。图中横轴为搜索范围，纵轴为峰值信噪比PNSR。
　　三、结果与分析
　　本文使用的128尺寸码书与1024尺寸码书全搜索及部分搜索的峰值信噪比对比结果见表1，根据实验结果可以得出128尺寸码书比1024尺寸码书全搜索算法性能下降0.029%，部分搜索算法性能提高2.72%。
　　同时图2给出了当=6时标准图像Lena的重构图。因此，无论从峰值信噪比还是视觉保真度都可以看出，128尺寸码书是性能较高的码书。
　　四、结论
　　本文提出了一种基于旋转取反压缩的码书生成方法，生成了尺寸为128的码书。實验结果表明，该码书在很大程度上减少了码书尺寸，信噪比与1024尺寸码书相比基本没有降低，而使用该码书可以可以节省87.5%的码书存储面积以及大幅减少运算量，加快搜索速度。因此是一种性能较高的码书。
　　
　　参考文献：
　　[1]王冬芳,余宁梅,张如亮,杨媛.等和值块扩展最近邻矢量量化码字搜索算法[J].计算机工程与应用,2006,(29):36-38.