A stable and fast PSO algorithm guided by SPSA for vector quantization - based image compression.

Saved in:
Bibliographic Details
Title: A stable and fast PSO algorithm guided by SPSA for vector quantization - based image compression.
Alternate Title: Vector nicemleme tabanlı görüntü sıkıştırma için EPSY ile yönlendirilen kararlı ve hızlı bir PSO algoritması.
Authors: Kılıç, İlker1 ilker.kilic@cbu.edu.tr, Sarnel, Haldun1 haldun.sarnel@cbu.edu.tr
Source: Pamukkale University Journal of Engineering Sciences. 2025, Vol. 31 Issue 7, p1255-1267. 13p.
Subjects: Image compression, Vector quantization, Stochastic approximation, Mathematical optimization, Metaheuristic algorithms, Particle swarm optimization
Abstract (English): Image compression plays a crucial role in reducing storage requirements and improving transmission efficiency. The effectiveness of lossy image compression using vector quantization (VQ) heavily depends on the quality of codebook generation, which is inherently an optimization problem. In this paper, a coupled hybrid algorithm integrating Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA) into Particle Swarm Optimization (PSO) is proposed to enhance both the convergence speed and codebook quality in vector quantization. The novel SPSA-FPSO algorithm, by generating multiple alternative codebooks at each iteration and selecting the best, successfully avoids local minima and achieves faster convergence. Experimental results, conducted on standard gray-level images of various contrast levels, demonstrate that the proposed SPSA-FPSO algorithm outperforms both basic PSO and SPSA algorithms in terms of lower mean square error (MSE) and higher convergence speeds, establishing its superiority for VQ-based image compression tasks. This superiority is also shown to be valid when compared to other metaheuristic algorithms. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (Turkish): Görüntü sıkıştırma, depolama gereksinimlerini azaltmak ve iletim verimliliğini artırmak açısından büyük bir öneme sahiptir. Vektör nicemleme (VN) tabanlı kayıplı görüntü sıkıştırmanın başarısı, esasen bir optimizasyon problemi olan kod tablosu üretiminin kalitesine bağlıdır. Bu makalede, hem algoritmanın yakınsama hızını hem de VN kod tablosunun kalitesini artırmak için Eşzamanlı Pertürbasyon Stokastik Yaklaşımı (EPSY) tekniğini Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile bütünleştiren hibrit bir algoritma önerilmektedir. Önerilen EPSY-HPSO algoritması, her iterasyonda birden fazla alternatif kod kitabı üreterek en iyisini seçmekte ve yerel minimum noktalarından kaçınarak daha hızlı bir yakınsama sağlamaktadır. Farklı kontrast seviyelerine sahip standart gri seviye görüntüler üzerinde gerçekleştirilen deneysel sonuçlar, EPSY-HPSO algoritmasının hem ortalama kare hata (OKH) değerlerini düşürme hem de daha yüksek yakınsama hızları açısından klasik PSO ve EPSY algoritmalarından daha başarılı olduğunu göstererek VN tabanlı görüntü sıkıştırmadaki üstünlüğünü kanıtlamaktadır. Bu üstünlüğün diğer metasezgisel algoritmalarla karşılaştırıldığında da geçerli olduğu gösterilmektedir. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Copyright of Pamukkale University Journal of Engineering Sciences is the property of Pamukkale University Journal of Engineering Sciences (PAJES) and its content may not be copied or emailed to multiple sites without the copyright holder's express written permission. Additionally, content may not be used with any artificial intelligence tools or machine learning technologies. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract. (Copyright applies to all Abstracts.)
Database: Engineering Source
FullText Links:
  – Type: pdflink
Text:
  Availability: 0
Header DbId: egs
DbLabel: Engineering Source
An: 190434088
AccessLevel: 6
PubType: Academic Journal
PubTypeId: academicJournal
PreciseRelevancyScore: 0
IllustrationInfo
Items – Name: Title
  Label: Title
  Group: Ti
  Data: A stable and fast PSO algorithm guided by SPSA for vector quantization - based image compression.
– Name: TitleAlt
  Label: Alternate Title
  Group: TiAlt
  Data: Vector nicemleme tabanlı görüntü sıkıştırma için EPSY ile yönlendirilen kararlı ve hızlı bir PSO algoritması.
– Name: Author
  Label: Authors
  Group: Au
  Data: <searchLink fieldCode="AR" term="%22Kılıç%2C+İlker%22">Kılıç, İlker</searchLink><relatesTo>1</relatesTo><i> ilker.kilic@cbu.edu.tr</i><br /><searchLink fieldCode="AR" term="%22Sarnel%2C+Haldun%22">Sarnel, Haldun</searchLink><relatesTo>1</relatesTo><i> haldun.sarnel@cbu.edu.tr</i>
– Name: TitleSource
  Label: Source
  Group: Src
  Data: <searchLink fieldCode="JN" term="%22Pamukkale+University+Journal+of+Engineering+Sciences%22">Pamukkale University Journal of Engineering Sciences</searchLink>. 2025, Vol. 31 Issue 7, p1255-1267. 13p.
– Name: Subject
  Label: Subjects
  Group: Su
  Data: <searchLink fieldCode="DE" term="%22Image+compression%22">Image compression</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Vector+quantization%22">Vector quantization</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Stochastic+approximation%22">Stochastic approximation</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Mathematical+optimization%22">Mathematical optimization</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Metaheuristic+algorithms%22">Metaheuristic algorithms</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Particle+swarm+optimization%22">Particle swarm optimization</searchLink>
– Name: Abstract
  Label: Abstract (English)
  Group: Ab
  Data: Image compression plays a crucial role in reducing storage requirements and improving transmission efficiency. The effectiveness of lossy image compression using vector quantization (VQ) heavily depends on the quality of codebook generation, which is inherently an optimization problem. In this paper, a coupled hybrid algorithm integrating Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA) into Particle Swarm Optimization (PSO) is proposed to enhance both the convergence speed and codebook quality in vector quantization. The novel SPSA-FPSO algorithm, by generating multiple alternative codebooks at each iteration and selecting the best, successfully avoids local minima and achieves faster convergence. Experimental results, conducted on standard gray-level images of various contrast levels, demonstrate that the proposed SPSA-FPSO algorithm outperforms both basic PSO and SPSA algorithms in terms of lower mean square error (MSE) and higher convergence speeds, establishing its superiority for VQ-based image compression tasks. This superiority is also shown to be valid when compared to other metaheuristic algorithms. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
– Name: Abstract
  Label: Abstract (Turkish)
  Group: Ab
  Data: Görüntü sıkıştırma, depolama gereksinimlerini azaltmak ve iletim verimliliğini artırmak açısından büyük bir öneme sahiptir. Vektör nicemleme (VN) tabanlı kayıplı görüntü sıkıştırmanın başarısı, esasen bir optimizasyon problemi olan kod tablosu üretiminin kalitesine bağlıdır. Bu makalede, hem algoritmanın yakınsama hızını hem de VN kod tablosunun kalitesini artırmak için Eşzamanlı Pertürbasyon Stokastik Yaklaşımı (EPSY) tekniğini Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile bütünleştiren hibrit bir algoritma önerilmektedir. Önerilen EPSY-HPSO algoritması, her iterasyonda birden fazla alternatif kod kitabı üreterek en iyisini seçmekte ve yerel minimum noktalarından kaçınarak daha hızlı bir yakınsama sağlamaktadır. Farklı kontrast seviyelerine sahip standart gri seviye görüntüler üzerinde gerçekleştirilen deneysel sonuçlar, EPSY-HPSO algoritmasının hem ortalama kare hata (OKH) değerlerini düşürme hem de daha yüksek yakınsama hızları açısından klasik PSO ve EPSY algoritmalarından daha başarılı olduğunu göstererek VN tabanlı görüntü sıkıştırmadaki üstünlüğünü kanıtlamaktadır. Bu üstünlüğün diğer metasezgisel algoritmalarla karşılaştırıldığında da geçerli olduğu gösterilmektedir. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
– Name: AbstractSuppliedCopyright
  Label:
  Group: Ab
  Data: <i>Copyright of Pamukkale University Journal of Engineering Sciences is the property of Pamukkale University Journal of Engineering Sciences (PAJES) and its content may not be copied or emailed to multiple sites without the copyright holder's express written permission. Additionally, content may not be used with any artificial intelligence tools or machine learning technologies. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract.</i> (Copyright applies to all Abstracts.)
PLink https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=egs&AN=190434088
RecordInfo BibRecord:
  BibEntity:
    Identifiers:
      – Type: doi
        Value: 10.5505/pajes.2025.78006
    Languages:
      – Code: eng
        Text: English
    PhysicalDescription:
      Pagination:
        PageCount: 13
        StartPage: 1255
    Subjects:
      – SubjectFull: Image compression
        Type: general
      – SubjectFull: Vector quantization
        Type: general
      – SubjectFull: Stochastic approximation
        Type: general
      – SubjectFull: Mathematical optimization
        Type: general
      – SubjectFull: Metaheuristic algorithms
        Type: general
      – SubjectFull: Particle swarm optimization
        Type: general
    Titles:
      – TitleFull: A stable and fast PSO algorithm guided by SPSA for vector quantization - based image compression.
        Type: main
  BibRelationships:
    HasContributorRelationships:
      – PersonEntity:
          Name:
            NameFull: Kılıç, İlker
      – PersonEntity:
          Name:
            NameFull: Sarnel, Haldun
    IsPartOfRelationships:
      – BibEntity:
          Dates:
            – D: 01
              M: 11
              Text: 2025
              Type: published
              Y: 2025
          Identifiers:
            – Type: issn-print
              Value: 13007009
          Numbering:
            – Type: volume
              Value: 31
            – Type: issue
              Value: 7
          Titles:
            – TitleFull: Pamukkale University Journal of Engineering Sciences
              Type: main
ResultId 1