基于xilinx FPGA实现LZW压缩算法

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：
1）字典容量选择
在实现LZW压缩与解压缩算法的时候，需要构建一个字典，用来存放压缩过程中形成的字符串表。LZW算法的字典是自适应生成的，在实际应用中，若无限制地增大字典的容量，虽然可能获得更好的压缩率，但进行字符串匹配时查找的时间会变长，并且随着编码的码字位数增加，有时可能会导致压缩效率降低，影响压缩速率，因此字典的容量要受一定的限制。
2）压缩速度
利用RAM来构造字典，由于RAM查找是根据地址的累加进行串行查找的，这种查找方法将会影响数据的输出速度，最终造成输入数据的溢出。例如,对于一个深度为512的字典，需要的查找时间为l～512个不等周期（若第N个地址查到，则需要N个时钟周期）。
3）压缩率
第一，设置字典的不同大小可以影响压缩率。当所设置的字典比