矢量量化的图像压缩技术及应用

由上所述，LBG算法是一个不断迭代、 不断调整聚类中心的过程，聚类速度慢，初 始点的选取对聚类影响大。所以如何克服经 典LBG算法因迭代次数过大而导致程序运行 时间长的缺点值得进一步对算法研究，提出 不仅缩短运行时间，又能提高解码出来后图 像的质量的算法。
谢谢大家
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码本设计对压缩性能产生重要影响，码本设 计的好坏直接关系到图像矢量量化的质量。
• 最著名的优化码本设计算法是由Linde等人提 出的LBG算法。其主要思想是：从一组码矢量 出发，将所有的图像适量进行划分，然后再 重新计算码矢量，直到码矢量的变化收敛时 ，即完成了码书的选择。
LBG算法的基本步骤如下：
矢量量化的图像压缩技术
通信与信息系统 汪金涛
矢量量化过程： A B C
矢量量化码书的设计
编码阶段
解码阶段
选择最优训练码书
•要实现信噪比高的矢量量化压缩图像 ，先要建立一个优质的训练码书。要 做好矢量量化算法，建立好的训练码 书是关键。 •采用的压缩图像是512*512的，先选 择码书大小为64的为例，这样每个图 像就是8*8的图像块，再设定码书中 码字的大小为4*4。
Dm 1 (Qm 1 ) Dm (Qm ) 停止； 若 Dm (Qm )
寻找 x(Ym ) {x( Ri );i 0,1,2,...,N 1}, 令
Ym1 x(Ym ) ，返回
•其中，I表示训练矢量的个数，m表示循环 迭代次数，
• d ( x j , Qm( x j ))表示训练矢量x j 和在第m次迭 代代码本中对应码字的失真误差，如果失 真误差用欧式距离的平方来测量，则 2 d ( x j , Qm( x j )) 定义为: d ( x j , Qm( x j )) x j Qm( x j ) •步骤（4）中的Ym是对码字集 Ym 重新进行 x(Y m) {x( Ri );i 0,1,2,...,N 1}是对重 优化分割， 新分割所得到的 Ri ，统计出其质心 x( Ri )。 由于 Dm (Qm ) Dm1 (Qm1 ) ，从而保证了算法的 收敛性。
01 一
020 202 020 二 202
03 三
在程序中， 对图像的每个图像块 先定义好 进行归类，由于码书 码书的大 中码字的大小为4*4，
对图像重新排 列，变成每行 只有16个数值 每列则有16384
小与码书
中码字的 大小
即原图像中每16个数
值为一个图像块
个数值
512*512/16
•通过这样的重新安排，对于图像在设 计训练码书时每个码字做比较有较好 的帮助，不用担心程序因为找不到接 着的图像数值进行迭代比较而重复比 较，或者进入死循环，以至于不断地 无休止地重复比较.
m 1 m 1 m m
Dm (Qm )
的码字中的编号代替原图像中的数值。 对图像进行距离的计算，并得出最相近 数值，用其对应的编号进行代替，从而 实现矢量量化的压缩过程。压缩后，图 像中的所有数据都被码书中码字的编号 代表了，这样就压缩了数据的存储量， 实现了编码中压缩算法的目的。
•在解码器中，要实现的功能就是查码 书中的码字，通过压缩后的数字排列 ，在码书中找出相应的数值，并代入 原图像的对应位置。得出的图像就是 对应的解码图像，由于压缩时编码的 数值都是用近似训练码书中的码字代 替的，因此还原后，图像会有一定的 失真。
•
初始化，给定码书码本大小N ；
0, Y0 {y ; i 0,1,2,...,N 1},
0 i
xi , j 0,1,2,...,I 1, m 0, D1
对于 Ym { y ; i 0,1,2,...,N 1},
m i
1 I 1 计算 Dm (Qm ) d ( x j , Qm ( x j )) I j 0
•由于矢量量化压缩图像的方法就是对图像 行比较，选出最贴近码书中码字的数值， 用码书中的数值代替该图像中对应位置上 的数值，而且代入的数值只是对应码字的 位置编号，并不是该码字的数值，通过这 样的方法对图像进行压缩。最后图像中， 出现的数值就是1~64，分别代表每个位置 中，对应的训练码书中的数值。
•考虑到每个码字都是以大小为4*4的数 值代表的，因此，在取代时，都需要 用4*4个数组来代表。于是根据上面建 立码书时的训练码书建立前的过程， 在编写编码器的时候，也要把图像变 成行数16384，列数为16的数组矩阵， 这样才可以对应训练码书中的数组要 求。
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•对图像进行编码，就是在码书的码字 中寻找满足公式：D (Q ) D (Q )
当把码书的大小改为siz_book=512时，图像明 显比码书为64时清晰，因为码书为64时候所分的 区间大，导致图像解码时不精确度加大。
当siz_book=1024时，与siz_book=512时的矢量 量化后图片变化很小，很难用眼睛区分开来，这 说明了影响图片质量的主要因素不是码书的大小 了，而是码字的大小或者其他因素，导致图片解 码后不够清晰。同时码字的大小也对矢量量化编 码的影响很大，当码字较小时，图片的轮廓更加 清晰，而码字变大时，图片编码更加模糊。