ベクター量子化コードブックのデザインのためのSwarm Intelligence Algorithmsの初期化について

ベクター量子化（VQ）は、幅広いアプリケーションを備えた手法です。たとえば、画像圧縮に使用できます。VQのコードブックの設計は、量子化された信号の品質に非常に重要であり、群れの知能の使用から利益を得ることができます。最も人気のあるVQコードブックデザインアルゴリズムであるLinde-Buzo-Gray（LBG）アルゴリズムの初期化は、収束速度とコードブックの品質が初期コードブックに依存するため、VQパフォーマンスに直接影響するステップです。広く使用されている初期化の代替案は、ランダムな初期化であり、コードベクターの初期セットがトレーニングセットからランダムに描画されます。他の初期化方法は、設計されたコードブックの品質が向上する可能性があります。現在の研究では、再構築された画像の品質によって評価される設計されたコードブックの品質の観点から、コードブック設計のスウォームインテリジェンスアルゴリズムに対する初期化戦略の影響を評価します。初期化戦略は、トレーニングセットからランダムに選択されたベクトルで構成されるコードブックで構成されるコードブックで、文献からの初期化アルゴリズムによって取得されたコードブックの組み合わせで構成されています。さまざまな初期化手法を組み合わせる可能性は、VQコードブックの品質を検索する際に新しい視点を提供します。ランダム初期化と比較される9つの初期化戦略が提示されます。初期化戦略は、群れクラスタリングに基づくコードブック設計の次のアルゴリズムで評価されます：修正されたホタルアルゴリズム - リンデ - ブゾ - グレイ（M-Fa-LBG）、修正された粒子スワーム最適化-Linde-Buzo-Gray（M-PSO-LBG）、修正されたフィッシュスクールSearch-Linde-Buzo-Gray（M-FSS-LBG）およびそれらの加速バージョン（M-FA-LBGA、M-PSO-LBGA、M-FSS-LBGA）は、LBGをLBGに置き換えることで得られます。加速LBGアルゴリズム。シミュレーション結果は、提案された初期化戦略の利点を指摘しています。結果は、サイズ512のM-PSO-LBGコードブックを備えた画像クロックのPSNRの点で最大4.43 dBの利益を示し、画像クロックでは最大67.05％、サイズn = 512のM-FF-LBGAコードブックで最大67.05％の節約、ランダムな初期化に代用した初期化戦略を使用します。

Vector Quantization (VQ) is a technique with a wide range of applications. For example, it can be used for image compression. The codebook design for VQ has great significance in the quality of the quantized signals and can benefit from the use of swarm intelligence. Initialization of the Linde-Buzo-Gray (LBG) algorithm, which is the most popular VQ codebook design algorithm, is a step that directly influences VQ performance, as the convergence speed and codebook quality depend on the initial codebook. A widely used initialization alternative is random initialization, in which the initial set of codevectors is drawn randomly from the training set. Other initialization methods can lead to a better quality of the designed codebooks. The present work evaluates the impacts of initialization strategies on swarm intelligence algorithms for codebook design in terms of the quality of the designed codebooks, assessed by the quality of the reconstructed images, and in terms of the convergence speed, evaluated by the number of iterations. Initialization strategies consist of a combination of codebooks obtained by initialization algorithms from the literature with codebooks composed of vectors randomly selected from the training set. The possibility of combining different initialization techniques provides new perspectives in the search for the quality of the VQ codebooks. Nine initialization strategies are presented, which are compared with random initialization. Initialization strategies are evaluated on the following algorithms for codebook design based on swarm clustering: modified firefly algorithm-Linde-Buzo-Gray (M-FA-LBG), modified particle swarm optimization-Linde-Buzo-Gray (M-PSO-LBG), modified fish school search-Linde-Buzo-Gray (M-FSS-LBG) and their accelerated versions (M-FA-LBGa, M-PSO-LBGa and M-FSS-LBGa) which are obtained by replacing the LBG with the accelerated LBG algorithm. The simulation results point out to the benefits of the proposed initialization strategies. The results show gains up to 4.43 dB in terms of PSNR for image Clock with M-PSO-LBG codebooks of size 512 and codebook design time savings up to 67.05% for image Clock, with M-FF-LBGa codebooks with size N=512, by using initialization strategies in substitution to Random initialization.