[论文解读] Fast Recursive Coding Based on Grouping of Symbols

Nikolay Ponomarenko, Vladimir Lukin+3 more|ArXiv.org|Aug 21, 2007

Algorithms and Data Compression参考文献 11被引用 3

一句话总结

本文提出一种无需乘法、仅使用整数的递归编码技术，通过分组符号实现压缩效率与算术编码相当，对于大字母表，码长可缩短20–30%，最坏情况下仅差1–3%。该方法基于累积概率对符号组进行递归划分，实现无需浮点运算的快速、低复杂度编码与解码。

ABSTRACT

A novel fast recursive coding technique is proposed. It operates with only integer values not longer 8 bits and is multiplication free. Recursion the algorithm is based on indirectly provides rather effective coding of symbols for very large alphabets. The code length for the proposed technique can be up to 20-30% less than for arithmetic coding and, in the worst case it is only by 1-3% larger.

研究动机与目标

• 开发一种适用于大字母表的快速、低复杂度编码方法。
• 在压缩算法中消除乘法和浮点数运算。
• 实现接近或优于算术编码的编码效率。
• 在计算资源有限的嵌入式或实时系统中实现实际应用。

提出的方法

• 根据符号的累积概率将符号分组，以减少递归步骤的数量。
• 使用符号组的递归划分，每个分区仅通过整数算术进行编码。
• 该方法完全使用8位整数，避免使用32位或浮点数运算。
• 在每个组内递归更新符号概率，以保持压缩效率。
• 递归结构设计旨在最小化编码步骤数量，同时保持高编码增益。
• 该算法专为编码和解码设计，计算开销低。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过递归编码方法在不使用乘法或浮点数运算的情况下，实现接近算术编码的压缩效率？
• RQ2 符号分组在减少大字母表下递归步骤数量方面效果如何？
• RQ3 使用分组符号的仅整数递归编码可实现的最大压缩增益是多少？
• RQ4 与算术编码相比，该方法在最坏情况下的表现如何？
• RQ5 该方法能否在计算资源极少的硬件或嵌入式系统中高效实现？

主要发现

• 对于大字母表，所提方法的码长相比算术编码可缩短20–30%。
• 在最坏情况下，码长仅比算术编码长1–3%。
• 该算法无需乘法运算，仅使用8位整数运算，可实现高效部署。
• 递归结构确保即使在符号概率分布极不均衡时也能保持高编码效率。
• 该方法保持了低计算复杂度，适用于实时或嵌入式应用。
• 该技术在各种符号分布下表现优异，尤其在大字母表尺寸下优势显著。