[發(fā)明專利]針對Lloyd-Max量化器的最優(yōu)熵編碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710956857.4
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107612556B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉小軍;李朋;張群英;方廣有
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: H03M7/40
• 分類號: H03M7/40;G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

本發(fā)明公開了一種針對Lloyd?Max量化器的最優(yōu)熵編碼方法，包括：根據(jù)原始數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)，計算輸出電平的概率分布；根據(jù)Lloyd?Max量化器的位數(shù)選擇擴展霍夫曼編碼或者霍夫曼編碼結(jié)合輸出電平的概率分布來計算霍夫曼碼，得到不同位數(shù)的霍夫曼碼庫；以及利用不同位數(shù)的霍夫曼碼庫，獲取輸出電平的霍夫曼碼。該方法不需要對量化電平做統(tǒng)計預(yù)處理，能夠?qū)α炕髷?shù)據(jù)實現(xiàn)實時編碼，相對于定長碼，提高了編碼效率，同時進(jìn)一步提高了低位量化器輸出電平的編碼效率；相對于傳統(tǒng)的量化器定長編碼，只需將定長碼替換為霍夫曼碼，硬件上不需改動，也不需要多余計算量。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域，涉及一種針對Lloyd-Max量化器的最優(yōu)熵編碼方法。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)是一種全天時全天候的對星球表面進(jìn)行遙測的雷達(dá)，由于合成孔徑技術(shù)的應(yīng)用，使得雷達(dá)能夠獲取高分辨率的圖像。同時，由于雷達(dá)具有高分辨率的特點，使雷達(dá)數(shù)據(jù)量大幅增加，這和有限的數(shù)據(jù)存儲容量和有效下行帶寬產(chǎn)生矛盾。因此，在雷達(dá)原始回波數(shù)據(jù)下傳之前，要進(jìn)行有效壓縮。

針對合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)壓縮的問題，目前工程上普遍采用的是FBAQ(Flexible Block Adaptive Quantization)算法。FBAQ算法具有硬件實現(xiàn)簡單，計算復(fù)雜度低等優(yōu)點。FBAQ算法的核心是Lloyd-Max量化器，在已知數(shù)據(jù)的概率模型前提下，這種量化器通過計算量化誤差，在最小均方誤差準(zhǔn)則下求解量化電平和輸出電平，使得量化誤差最小，是一種最優(yōu)量化器。

在工程應(yīng)用中，對原始數(shù)據(jù)使用Lloyd-Max量化器量化，獲得的輸出電平編碼采用的都是定長碼。而絕大多數(shù)的合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計特性近似服從高斯分布，采用定長碼編碼后使得量化后的輸出電平概率分布不均勻，其熵值小于定長碼的碼長，存在大量的編碼冗余，編碼效率較低。

在理論分析中，針對輸出電平的概率分布問題，有文獻(xiàn)提出可以先對不同輸出電平進(jìn)行統(tǒng)計，獲得不同輸出電平出現(xiàn)的比例作為其概率分布再進(jìn)行霍夫曼編碼(HoffmanCoding)，這種方法需要對量化后數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計預(yù)處理，不僅帶來較大的編碼延遲，喪失對輸出電平的實時編碼能力，還需要對統(tǒng)計的輸出電平數(shù)量做出合理的設(shè)置，這些都增加了計算量和硬件開銷，很難在工程上應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本公開提供了一種針對Lloyd-Max量化器的最優(yōu)熵編碼方法，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種針對Lloyd-Max量化器的最優(yōu)熵編碼方法，包括：根據(jù)原始數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)，計算輸出電平的概率分布；根據(jù)Lloyd-Max量化器的位數(shù)選擇擴展霍夫曼編碼或者霍夫曼編碼結(jié)合輸出電平的概率分布來計算霍夫曼碼，得到不同位數(shù)的霍夫曼碼庫；以及利用不同位數(shù)的霍夫曼碼庫，獲取輸出電平的霍夫曼碼。

在本公開的一些實施例中，根據(jù)Lloyd-Max量化器的位數(shù)選擇擴展霍夫曼編碼或者霍夫曼編碼結(jié)合輸出電平的概率分布來計算霍夫曼碼包括：對于編碼位數(shù)為2的低位Lloyd-Max量化器的輸出電平編碼時，采用擴展霍夫曼編碼；對于超過2位的高位輸出電平編碼時，采用霍夫曼編碼。

在本公開的一些實施例中，采用擴展霍夫曼編碼包括：當(dāng)編碼位數(shù)為2時，將輸出電平的各個項復(fù)制為兩組，將兩組的每個項進(jìn)行兩兩組合，得到擴展輸出電平，并將其對應(yīng)的概率分布兩兩相乘，得到擴展輸出電平的概率分布，然后依據(jù)擴展輸出電平的概率分布進(jìn)行霍夫曼編碼。

在本公開的一些實施例中，輸出電平表示為：[Y₁，Y₂，...，Y_k，]；輸出電平的概率分布表示為：[P₁，P₂，...，P_k，]；

擴展輸出電平表示為：