bmp壓縮演算法

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butterpig

⑵ 求一個c++的用lzw（字典）演算法來壓縮bmp圖片的代碼

參見gif壓縮演算法源代碼。

1.LZW的全稱是什麼?
Lempel-Ziv-Welch (LZW).
2. LZW的簡介和壓縮原理是什麼？
LZW壓縮演算法是一種新穎的壓縮方法，由Lemple-Ziv-Welch 三人共同創造，用他們的名字命名。它採用了一種先進的串表壓縮，將每個第一次出現的串放在一個串表中，用一個數字來表示串，壓縮文件只存貯數字，則不存貯串，從而使圖象文件的壓縮效率得到較大的提高。奇妙的是，不管是在壓縮還是在解壓縮的過程中都能正確的建立這個串表，壓縮或解壓縮完成後，這個串表又被丟棄。
LZW演算法中，首先建立一個字元串表，把每一個第一次出現的字元串放入串表中，並用一個數字來表示，這個數字與此字元串在串表中的位置有關，並將這個數字存入壓縮文件中，如果這個字元串再次出現時，即可用表示它的數字來代替，並將這個數字存入文件中。壓縮完成後將串表丟棄。如"print" 字元串，如果在壓縮時用266表示，只要再次出現，均用266表示，並將"print"字元串存入串表中，在圖象解碼時遇到數字266，即可從串表中查出266所代表的字元串"print"，在解壓縮時，串表可以根據壓縮數據重新生成。
3.在詳細介紹演算法之前，先列出一些與該演算法相關的概念和詞彙
1)'Character': 字元，一種基礎數據元素，在普通文本文件中，它佔用1個單獨的byte，而在圖像中，它卻是 一種代表給定像素顏色的索引值。
2)'CharStream'：數據文件中的字元流。
3)'Prefix':前綴。如這個單詞的含義一樣，代表著在一個字元最直接的前一個字元。一個前綴字元長度可以為0,一個prefix和一個character可以組成一個字元串(string),
4)'Suffix': 後綴，是一個字元，一個字元串可以由(A,B)來組成，A是前綴,B是後綴,當A長度為0的時候，代表Root，根
5)'Code:碼,用於代表一個字元串的位置編碼
6)'Entry'，一個Code和它所代表的字元串(string)
4.壓縮演算法的簡單示例，不是完全實現LZW演算法，只是從最直觀的角度看lzw演算法的思想
對原始數據ABCCAABCDDAACCDB進行LZW壓縮
原始數據中，只包括4個字元(Character),A,B,C,D,四個字元可以用一個2bit的數表示，0-A,1-B,2-C,3-D,從最直觀的角度看，原始字元串存在重復字元：ABCCAABCDDAACCDB，用4代表AB,5代表CC，上面的字元串可以替代表示為:45A4CDDAA5DB,這樣是不是就比原數據短了一些呢！
5.LZW演算法的適用范圍
為了區別代表串的值(Code)和原來的單個的數據值(String)，需要使它們的數值域不重合，上面用0-3來代表A-D,那麼AB就必須用大於3的數值來代替，再舉另外一個例子，原來的數值范圍可以用8bit來表示，那麼就認為原始的數的范圍是0～255，壓縮程序生成的標號的范圍就不能為0～255（如果是0-255，就重復了）。只能從256開始，但是這樣一來就超過了8位的表示範圍了，所以必須要擴展數據的位數，至少擴展一位，但是這樣不是增加了1個字元佔用的空間了么？但是卻可以用一個字元代表幾個字元，比如原來255是8bit,但是現在用256來表示254，255兩個數，還是劃得來的。從這個原理可以看出LZW演算法的適用范圍是原始數據串最好是有大量的子串多次重復出現，重復的越多，壓縮效果越好。反之則越差，可能真的不減反增了。
6.LZW演算法中特殊標記
隨著新的串(string)不斷被發現，標號也會不斷地增長，如果原數據過大，生成的標號集（string table)會越來越大，這時候操作這個集合就會產生效率問題。如何避免這個問題呢?Gif在採用lzw演算法的做法是當標號集足夠大的時候，就不能增大了，乾脆從頭開始再來，在這個位置要插入一個標號，就是清除標志CLEAR，表示從這里我重新開始構造字典，以前的所有標記作廢，開始使用新的標記。
這時候又有一個問題出現，足夠大是多大？這個標號集的大小為比較合適呢？理論上是標號集大小越大，則壓縮比率就越高，但開銷也越高。 一般根據處理速度和內存空間連個因素來選定。GIF規范規定的是12位，超過12位的表達范圍就推倒重來，並且GIF為了提高壓縮率，採用的是變長的字長。比如說原始數據是8位，那麼一開始，先加上一位再說，開始的字長就成了9位，然後開始加標號，當標號加到512時，也就是超過9為所能表達的最大數據時，也就意味著後面的標號要用10位字長才能表示了，那麼從這里開始，後面的字長就是10位了。依此類推，到了2^12也就是4096時，在這里插一個清除標志，從後面開始，從9位再來。
GIF規定的清除標志CLEAR的數值是原始數據字長表示的最大值加1，如果原始數據字長是8，那麼清除標志就是256，如果原始數據字長為4那麼就是16。另外GIF還規定了一個結束標志END，它的值是清除標志CLEAR再加1。由於GIF規定的位數有1位（單色圖），4位（16色）和8位（256色），而1位的情況下如果只擴展1位，只能表示4種狀態，那麼加上一個清除標志和結束標志就用完了，所以1位的情況下就必須擴充到3位。其它兩種情況初始的字長就為5位和9位。此處參照了http://blog.csdn.net/whycadi/
7.用lzw演算法壓縮原始數據的示例分析
輸入流，也就是原始的數據為:255,24,54,255,24,255,255,24,5,123,45,255,24,5,24,54..................
這個正好可以看到是gif文件中像素數組的一部分，如何對它進行壓縮
因為原始數據可以用8bit來表示，故清除標志Clear=255+1 =256,結束標志為End=256+1=257，目前標號集為
0 1 2 3 .................................................................................255 CLEAR END
第一步,讀取第一個字元為255,在標記表裡面查找，255已經存在，我們已經認識255了，不做處理
第二步,取第二個字元，此時前綴為A,形成當前的Entry為(255,24),在標記集合不存在，我們並不認識255,24好，這次你小子來了，我就記住你，把它在標記集合中標記為258,然後輸出前綴A,保留後綴24，並作為下一次的前綴（後綴變前綴)
第三步，取第三個字元為54，當前Entry(24,54),不認識，記錄(24,54)為標號259,並輸出24,後綴變前綴
第四部：取第四個字元255,Entry=(54,255),不認識，記錄(54,255)為標號260,輸出54,後綴變前綴
第五步 取第5個字元24，entry=(255,24),啊，認識你，這不是老258么，於是把字元串規約為258，並作為前綴
第六步 取第六個字元255,entry=(258,255)，不認識，記錄(258,255)為261,輸出258,後綴變前綴
.......
一直處理到最後一個字元,
用一個表記錄處理過程
CLEAR=256,END=257
第幾步 前綴 後綴 Entry 認識(Y/N) 輸出 標號
1 255 （，255）
2 255 24 (255,24) N 255 258
3 24 54 (24,54) N 24 259
4 54 255 (54,255) N 54 260
5 255 24 (255,24) Y
6 258 255 (258,255) N 258 261
7 255 255 (255,255) N 255 262
.....
上面這個示例有些不能完整體現，另外一個例子是
原輸入數據為:A B A B A B A B B B A B A B A A C D A C D A D C A B A A A B A B .....
採用LZW演算法對其進行壓縮，壓縮過程用一個表來表述為:
注意原數據中只包含4個character,A,B,C,D
用兩bit即可表述，根據lzw演算法，首先擴展一位變為3為,Clear=2的2次方+1=4; End=4+1=5;
初始標號集因該為

0 1 2 3 4 5
A B C D Clear End

而壓縮過程為:

第幾步 前綴 後綴 Entry 認識(Y/N) 輸出 標號
1 A （，A）
2 A B (A,B) N A 6
3 B A (B,A) N B 7
4 A B (A,B) Y
5 6 A (6,A) N 6 8
6 A B (A,B) Y
7 6 A (6,A) Y
8 8 B (8,B) N 8 9
9 B B (B,B) N B 10
10 B B (B,B) Y
11 10 A (10,A) N 10 11
12 A B (A,B) Y

.....
當進行到第12步的時候，標號集應該為

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
A B C D Clear End AB BA 6A 8B BB 10A

8.LZW演算法的偽代碼實現

1STRING = get input character
2WHILE there are still input characters DO
3 CHARACTER = get input character
4 IF STRING+CHARACTER is in the string table then
5 STRING = STRING+character
6 ELSE
7 output the code for STRING
8 add STRING+CHARACTER to the string table
9 STRING = CHARACTER
10 END of IF
11END of WHILE
12output the code for STRING
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