正儿八经的数据压缩小课堂——从C++看词典编码之LZW编码

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正儿八经的数据压缩小课堂——从C++看词典编码之LZW编码

正儿八经的数据压缩小课堂——从C++看词典编码之LZW编码

文章目录

• 正儿八经的数据压缩小课堂——从C++看词典编码之LZW编码
• 前言
• 一、词典编码
• • 1 通用编码的概念
  • 2 词典编码的思路
  • 3 词典解码的思路
• 二、代码注释
• • 2.压缩效率对比
  • 分析：

前言

什么是编码？我们为什么要编码？要理解这个听上去很高大上的玩意儿其实并不困难——
简单地说，编码是人类利用信息对象（比如数据）的统计特性等特性，来尽可能地压缩对象在传输过程中的体量！以此，来实现本来不可能实现的信息传输过程，还可以节约成本！爽！
今天我们要了解的LZW编码，属于编码大家庭中，词典编码的一种。

一、词典编码

1 通用编码的概念

通用编码的实用性更强、范围更广——管你是什么糟心的实际应用情境，我都能统统“通用”！
许多场合无法观察信源的统计特性，或者可观察但统计特性有变化。对这些数据进行压缩编码的技术统称为通用编码技术。

2 词典编码的思路

常见的数据文件，比如文本、图像、视音频、源代码中，通常都含有大量的重复字符。如果用一些简单的代号代替这些字符串，就可以实现压缩！
字符串与代号的对应表，就是词典。
LZW初始会有一个默认的字典，包含了所有256个8bit字符，单个字符的记号就是它自身，用数字表示就是ASCII值。在此基础上，编码过程中加入的新的记号的映射，从256开始，称为扩展表(Extended Dictionary)。↓


不管词典里单个词条中的字符串有多长，最后对应（映射）的都是一个定长的码字！

3 词典解码的思路

LZW编码与LZ77、LZSS等其他传统词典编码的最大区别就在于，这种方法在解码时，解码端会仿照编码端进行编码时的过程，自行生成一本“解码词典”。

重点来了各位，在上图的例子中，当解码进行到259（解码端收到259时），解码端是懵逼的。为什么？当前解码端的字典里还没有编到259这一项！是的，解码端总是比编码端“延后”一步！
那么怎么办呢？不用担心，首先，我们只要逆向思考一下就会知道，什么时候会出现这种情况——那就是在编码端，当一个词条被录入后，它在下一步里马上就被用到！
比如例子里的：

1. pw1 ab cw1 a 此时aba录入词典，成为259号词条。
2. pw2 a cw2 b 此时ab在词典里，继续读下一个字符：pw3 ab cw3 a 此时aba也在词典里！刚刚写进去的，所以这时编码端会直接出一个259给解码端！

通过以上进程，这个问题就好办了！在解码端，我们将会知道这个所谓259号的“未知词条”，它作为一个刚建立就马上被用到的词条，它一定是等于（前一个词条+前一个词条的首字符）！

259：aba = 256：ab + a

为啥捏？看我慢慢道来：
——因为“马上被调用”，所以259是衔接在256尾巴后面的，
ab aba
它的（作为词条被首次正式引用时的）头部的首字符
ab (a)ba
等于（作为词条首次出现被编入词典时的，注意，这和上面不一样！）的尾部的最后一个字符，
ab(a) ba
（其实就是这个a从cw1移动到pw2了哈哈）也就是说，259是个回文形式！（1）
——又因为259的建立就是=前一个词条256的整个词条+下一个单字符的码字（不用纠结，新建词条的最后一个码字一定是一个单字符！）（2）
那么由（1）+（2）可得，这条新建的词条259，就等于（前一个词条+前一个词条的首字符）！

简单版：未知词条=前一个传过来的词条+它的首字符，完事儿。

二、代码注释

/** Definition for LZW coding ** vim: ts=4 sw=4 cindent nowrap*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "bitio.h"
#define MAX_CODE 65535
#pragma warning(disable:4996) struct {int suffix;int parent, firstchild, nextsibling;
} dictionary[MAX_CODE+1];int next_code;
int d_stack[MAX_CODE]; // stack for decoding a phrase#define input(f) ((int)BitsInput( f, 16))
#define output(f, x) BitsOutput( f, (unsigned long)(x), 16)int DecodeString( int start, int code);
void InitDictionary( void);void PrintDictionary( void){int n;int count;for( n=256; n<next_code; n++){count = DecodeString( 0, n);printf( "%4d->", n);while( 0<count--) printf("%c", (char