基于xilinx FPGA实现LZW压缩算法

最新推荐文章于 2024-07-18 14:13:27 发布

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分类专栏： FPGA积沙成塔

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本文探讨了基于Xilinx FPGA实现LZW无损压缩算法的原理、难点与解决方案。研究了字典容量选择、压缩速度、压缩率、资源利用率和程序鲁棒性等问题，并通过软件和硬件测试验证了压缩功能的正确性和性能，实现了约79.68%的压缩率，工作速率达到12.72MB/s。通过对算法的优化，压缩速率进一步提升至19.07MB/s至23.84MB/s。

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1 LZW算法简介
数据压缩分为有损压缩和无损压缩。有损压缩是对压缩后的数据进行重构 (解压缩 ) ,重构后的数据与原来的数据有所不同，换来了大的压缩比。无损压缩指对压缩后的数据进行重构 ,重构后的数据与原来的数据完全相同。这里只介绍LZW无损压缩和解压缩算法。
LZW压缩算法是一种通用的无损压缩方法,该压缩算法是根据其发明人Lempel、Zif、Welch名字的首字母命名的。LZW压缩算法可以软件实现也可以硬件实现；软件压缩一般应用在对时间要求不高的场合，而对运行速度有特殊要求的情况下，对数据进行实时压缩一般都要用硬件实现。笔者主要研究基于FPGA实现LZW算法（包括压缩和解压缩），即用硬件电路来实现LZW算法。
2 LZW压缩原理
LZW算法采用了一种先进的串表(String Table)。将每个第一次出现的字符串放在串表中，并用一个代码(Code Word)来表示。压缩文件只存贮数字。而不存贮串从而可以使文件的压缩效率得到较大的提高。不管是在压缩还是解压缩的过程中，都能正确地建立相同串表，压缩或解压缩完成后，这个串表将被丢弃。
串表好比一部字典，把输入字串（单词）转换成字典中的所有的页码和页中的序号。解码就是据页码和页中的序号找到字串（单词）。使用同一部字典是正确还原的基础。（LZW算法基本原理不做介绍，可以参考网络资源）。
3 LZW压缩实现难点
FPGA实现LZW算法要解决以下5个问题：