结点可扩展的哈夫曼编码电路的设计与实现

摘要

哈夫曼编码作为一种数据压缩率较高的变长无损压缩编码,在图像处理和数据传输等方面具有非常重要的应用.哈夫曼编码算法软件实现相对成熟,但其运算速度慢,难以满足日益增长的数字信号处理需求.因此,借助FPGA等硬件方法,实现哈夫曼编码算法的硬件加速具有重要意义.本文基于哈夫曼编码算法原理提出了一种结点可扩展便于硬件实现的哈夫曼编码电路结构,能以较低的硬件开销实现较高的哈夫曼编码性能.设计采用流水分站的并行全比较算法实现叶子结点权重排序,引入一维数组结构记录哈夫曼树的各结点信息,分别采用结点权重由小到大和自顶向下方式实现哈夫曼树的构建和编码,提高了编码效率.最后基于Xilinx的XC7A100TCSG324C器件设计实现了支持1～10个叶子结点可扩展的哈夫曼编码电路,分析了其性能和硬件开销,并针对不同应用需求提出算法优化和改进策略.