1 LZW算法及其改進算法

　　LZW壓縮算法在壓縮的過程中自適應建立一個字典，以后的數據同字典中的數據相匹配，匹配上則輸出字典的索引。由于表示字典的索引所用的比特數遠小于字符的比特數，從而達到壓縮的效果。這個生成的字典不需要隨著壓縮的數據一同傳輸，而是能夠根據壓縮的數據在解壓時重新動態生成一模一樣的字典。

　　LZW編碼原理如圖1所示，在進行壓縮時首先把字典中的前256(0～255)項初始為全部的256個8位字符，分別為十進制數0～255。當輸入第一個字符時，總是在字典中可以找到，直到新的字符X不在字典詞條中時，便將字符串IX加入到字典的第256項，以此類推。以字符串流5，6，7，8，9，5，5，6，6，7，8，9，5，…為例，表1給出了字典存儲的物理結構和壓縮過程中字典項的讀寫示意。壓縮后編碼輸出為5，6，7，8，9，5，256，257，259，…。

　　傳統的LZW壓縮算法采用8位數據輸入，固定長度編碼輸出，隨著字典內容的不斷增多，輸出編碼的位數不斷增加勢必造成資源的浪費，也會損失壓縮率。另外，由于字典的容量有限，隨著壓縮過程的進行，字典會被填滿，若是簡單的不再向字典中增加內容，那么后面的壓縮率就會降低，而如果將字典全部清除重新建立字典，在字典建立初期壓縮率也是很低的。針對以上不足，文獻對LZW算法做以下改進：采用12位數據作為壓縮輸入，變長度的碼字輸出。

　　壓縮字典最多可容納16 384個碼，共分為三部分，其中0～4 095為12位輸出，4 096～8 191為13位，8 192～16 383為14位。每當輸出長度變化時，同時輸出一個變長標識，便于解碼器解碼。

　　2 LZW算法FPGA實現

　　2.1 算法實現硬件結構

　　LZW數據壓縮算法的FPGA硬件實現，其內部功能模塊劃分如圖2所示。

　2.3 仿真結果

清空字典存儲器模塊，初始化信號，將可能出現的單字符存入字典，壓縮時新傳續存地址為4096，新字符串輸入時產生相應的哈希表地址與偏移量;然后讀字典存儲器相應地址的內容，如內容為空則輸出輸入的數據，并把相應內容存入字典，如內容匹配，則繼續輸入下一數據，否則(即發生沖突)產生新的哈希表地址，重新讀取字典，進行判斷、比較。仿真時序如圖3所示.

　　仿真結果：輸入數據為5，6，7，8，9，5，6，7，8，9，5，6，7，…;輸出數據為5，6，7，8，9，4 098，4 100，4 102，…。仿真結果與理論計算值一致。

　　3 結 論

　　LZW算法邏輯簡單，實現速度快，擅長于壓縮重復出現的字符串;無需事先統計各字符的出現概率，一次掃描即可;相對于其他算法，更有利于硬件實現。本文利用FPGA實現了改進的LZW壓縮算法，仿真證明其算法具有很高壓縮率，適合工程的實際應用。