論文發(fā)表網(wǎng)征稿LZW算法研究

　　LZW算法的實(shí)質(zhì)是無損壓縮技術(shù)[1-3]，LZW算法通過對(duì)輸入流進(jìn)行分析，自適應(yīng)地生成一個(gè)包含輸入流中不重復(fù)子串的串表，將每一子串映射為一獨(dú)立的碼字輸出。發(fā)表的一篇電子論文，辦的非常成功，極具口碑。在這里，你可以找到最具時(shí)事性的文章和最具代表性的各類文章。當(dāng)然，因?yàn)槊赓M(fèi)和開源，大家都可以學(xué)習(xí)、借鑒和共同使用，如果你需要專屬于個(gè)人的原創(chuàng)文章，請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接獲得專業(yè)文秘寫作服務(wù)。

　　【摘　要】 在分析LZW算法的基礎(chǔ)上，對(duì)LZW算法的缺陷進(jìn)行了探討。并對(duì)LZW算法進(jìn)行了改進(jìn)，大幅度減少了編碼的長(zhǎng)度，降低了匹配長(zhǎng)度取值變化的影響，完全兼容LZW算法，在平均壓縮率方面有較大的提高，而且對(duì)改進(jìn)的算法進(jìn)行了分析論證。

　　【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)壓縮 LZW算法 緩沖區(qū)

　　這樣，它就充分利用了相鄰輸入之間的相關(guān)性，可以取得超過信源一階熵的編碼效率。然而，受緩存容量、計(jì)算復(fù)雜度和計(jì)算速度等因素的限制，串表的長(zhǎng)度受到一定限制，且一般信源所具有的局部平穩(wěn)性隨緩存容量加大，編碼效率提高不大。即：它自身固有一定的缺陷與不足，難以滿足人們的需要，對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)一直成為人們的研究目標(biāo)之一[4-6]。為了解決這一問題，本文對(duì)LZW算法進(jìn)行了改進(jìn)，命名為L(zhǎng)ZWC編碼算法。它兼有LZW算法的優(yōu)點(diǎn)，還具有自身的優(yōu)越性。首先對(duì)LZW算法進(jìn)行一些必要的介紹和分析。

　　1. LZW算法

　　LZW算法[1]由韋爾奇(T.A.Welch)于1984年通過對(duì)LZ算法的改進(jìn)。開發(fā)出的一種更優(yōu)算法。它是一種基于字典的編碼方法。并且它是LZ系列碼中應(yīng)用最廣，變形最多的一種算法。LZW壓縮有3個(gè)重要的對(duì)象：數(shù)據(jù)流、編碼流和編譯表。在編碼時(shí)，數(shù)據(jù)流是輸入對(duì)象，編碼流就是輸出對(duì)象;在解碼時(shí)，編碼流則是輸入對(duì)象，數(shù)據(jù)流是輸出對(duì)象;而編譯表是在編碼和解碼時(shí)都需要借助的對(duì)象。

　　1.1LZW算法的編碼原理

　　LZW算法的編碼原理為：對(duì)消息序列xn=x1x2x3…xn從左到右進(jìn)行閱讀，并以此進(jìn)行LZW編碼：

　　(1)對(duì)x1顯然是第一次出現(xiàn)，它的前面也沒有字符，那么他的編號(hào)是1，它的碼元為(1,0, x1)。

　　(2)對(duì)于x2它可能有兩種情況發(fā)生，即x1=x2或x1≠x2。對(duì)此，有

　　①如果x1=x2，那么對(duì)于x2不作編碼，而對(duì)x3的編碼位點(diǎn)取2，連接位點(diǎn)則為1，這表示對(duì)x3作第二次編碼，它與第一次編碼的x1相連接。

　　②如果x1≠x2，那么x2的編碼位點(diǎn)取為2，連接位點(diǎn)則為0，這表示對(duì)x2作第二次編碼，它的前面沒有出現(xiàn)過相同的字符。

　　(3)依照上述步驟遞推，如果對(duì)向量xn=x1x2x3…xn，n

　　對(duì)上式的C滿足的條件:對(duì)每一個(gè)i有且只有一對(duì)(i,li)，使li

　　(4)如向量xn中的編碼C及相應(yīng)的樹確定，那么我們就可讀xn+1,xn+2,…, xn+k,并對(duì)它們繼續(xù)進(jìn)行編碼，如果有一個(gè)i≦k使xαi=(xn+1,xn+2,…, xn+k)成立，而且對(duì)任何i≦k都有：xαi≠( xn+1,xn+2,…, xn+k，xn+k+1)成立。那么：

　　①不對(duì)字符xn+1,xn+2,…, xn+k進(jìn)行編碼。

　　②對(duì)xn+k+1作它的編碼為(K+1,i, xn+k+1)。

　　以此類推，就可以完成對(duì)xn的編碼C。

　　2.2 LZW算法的原理

　　LZW算法通過編碼表來組織輸人字符串，并把它們轉(zhuǎn)換成一定長(zhǎng)度的編碼。LZW算法有一個(gè)重要的特性稱作前綴性，即如果一個(gè)字符串在編碼表上，那它的前綴串也在編碼表上。例如:A、B為兩個(gè)不同的字符串，AB組成一新的字符串，A為B的前綴串，如果B在編碼表中，則一定在編碼表中。

　　LZW通過編碼表識(shí)別源輸人字符序列，通過向編碼表中增加新的字符串，從而識(shí)別更多、更長(zhǎng)的字符序列。但由于前綴性的約束，這種識(shí)別一般每次只在原來的基礎(chǔ)上增加一個(gè)字符，依次進(jìn)行。同時(shí)，由于編碼算法沒有很強(qiáng)的分析功能，使它不知道哪些字符序列將來出現(xiàn)的概率較大，所以它具有一定的盲目性。例如，有一個(gè)長(zhǎng)度為n的字符序列，LZW編碼表要完全識(shí)別它，則至少需要該序列部分或全部重復(fù)出現(xiàn)n次。但是，當(dāng)一個(gè)較長(zhǎng)的字符串重復(fù)出現(xiàn)兩次，我們就能夠容易識(shí)別它，而且這樣的字符串再次出現(xiàn)的概率是非常大的。基于這樣一種認(rèn)識(shí)，本文在LZW算法的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了一種新的編碼算法，我們把新算法稱為L(zhǎng)ZWC編碼算法，一般情況下它對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮率比LZW算法有大幅度提高。新算法在最差的情況下可退化成標(biāo)準(zhǔn)的LZW算法。下面對(duì)LZWC算法的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

　　2 LZWC算法

　　LZWC算法的基本原理是針對(duì)源輸人數(shù)據(jù)中不同特點(diǎn)的數(shù)據(jù)序列，采用不同的編碼器分別編碼。數(shù)據(jù)序列的分類則是根據(jù)它的特點(diǎn)，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)序列的分析來完成。

　　LZWC算法共有兩個(gè)編碼器，它們是：

　　(1) 重復(fù)編碼器(RepeatCorder)，簡(jiǎn)稱RC。

　　(2) LZW編碼器。

　　RC對(duì)輸入流中重復(fù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，剩下的數(shù)據(jù)由則由LZW編碼器進(jìn)行編碼。RC編碼器和LZW編碼器的編碼通過LZW編碼器的編碼表統(tǒng)一起來。

　　2.1 LZWC算法的編碼及原理

　　LZWC的算法過程如下：

　　對(duì)消息序列xn=x1x2x3…xn從左到右進(jìn)行閱讀，并以此進(jìn)行LZWC編碼：

　　(1) 輸入流中的數(shù)據(jù)x1，x2，…，xn依次經(jīng)過前緩沖區(qū)。

　　(4) 假如還有數(shù)據(jù)進(jìn)入緩沖區(qū)，則轉(zhuǎn)1)，繼續(xù)此過程。

　　(5) 否則，結(jié)束編碼過程。

　　LZWC算法和LZW算法一樣采用編碼表來組織輸入數(shù)據(jù)，顯然LZW的編碼表中包含RC和LZW兩個(gè)編碼器編碼的編碼表。我們分別稱其為編碼表中的RC項(xiàng)和LZW項(xiàng)。這兩項(xiàng)雖然對(duì)兩個(gè)編碼器來說是通用的，但實(shí)現(xiàn)時(shí)為了提高編碼表的搜索速度，可以把兩者分開處理。

　　RC的編碼識(shí)別很簡(jiǎn)單，只在緩沖區(qū)中進(jìn)行，對(duì)于較長(zhǎng)的重復(fù)字符，這種編碼方式簡(jiǎn)便易行，效率較高。

　　LZW編碼器編碼不連續(xù)的字符，當(dāng)然是有效的，從而獲得較高的壓縮率。從LZWC編碼過程可以看出，如果RC編碼器在輸入流中找不到滿足條件的字符，則LZW編碼器將獨(dú)自編碼輸入數(shù)據(jù)。這時(shí)LZWC算法退化為L(zhǎng)ZW算法。

　　2.2 LZWC算法的解碼原理

　　LZWC壓縮算法的解碼過程是編碼過程的逆過程，以下是LZWC算法的解碼過程：

　　(1)讀一個(gè)編碼(按LZW方式確定的碼長(zhǎng));

　　(2)如果是結(jié)束碼，則結(jié)束解碼過程;

　　(3)如果是RC標(biāo)志的編碼，則按照RC編碼規(guī)則解碼，輸出原始數(shù)據(jù);

　　(4)否則，按LZW方式解碼;

　　(5)譯碼過程結(jié)束。

　　2.3 LZWC編碼的算例

　　下面，我們用一個(gè)例子來說明LZWC編碼算的過程。例如：假設(shè)信源發(fā)出的序列為：00110000111011100011001解：依題意，有：信源序列的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過前緩沖區(qū)，則

　　(1)RC編碼器對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x1=x2，x2≠x3，即：0重復(fù)出現(xiàn)2次，符合RC編碼的條件，則00的LZWC編碼為(1，2，0)。

　　(2)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x3=x4，x4≠x5，1重復(fù)出現(xiàn)2次，符合RC編碼的條件，則11的LZWC編碼為(2，2，1)。

　　(3)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x5=x6，x6=x7，x7=x8，x8≠x9，0重復(fù)出現(xiàn)4次，符合RC編碼的條件，則0000的LZWC編碼為(3，4，0)。

　　(4)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x9=x10，x10=x11，x11≠x12，1重復(fù)出現(xiàn)3次，符合RC編碼的條件，則111的LZWC編碼為(4，3，1)。

　　(5)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x12≠x13，0僅出現(xiàn)1次，不符合RC編碼的條件，所以，不能用RC編碼器對(duì)其進(jìn)行編碼。但是，它符合LZW編碼的條件，由LZW編碼器，則0的LZWC編碼為(5，1，0)。

　　(6)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x13=x14，x14=x15，x15≠x16，1重復(fù)出現(xiàn)3次，符合RC編碼的條件，則111的LZWC編碼為(6，3，1)。

　　(7)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x16=x17，x17=x18，x18≠x19，0重復(fù)出現(xiàn)3次，符合RC編碼的條件，則000的LZWC編碼為(7，3，0)。

　　(8)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x19=x20，x20≠x21，次，符合RC編碼的條件，則11的LZWC編碼為(8，2，1)，1重復(fù)出現(xiàn)2次，符合RC編碼的條件，則11的LZWC編碼為(8，2，1)。

　　(9)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x21=x22，x22≠x23，次，符合RC編碼的條件，則00的LZWC編碼為(9，2，0)。

　　(10)RC編碼器繼續(xù)對(duì)進(jìn)入前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，x23是最后一個(gè)數(shù)據(jù)，1僅出現(xiàn)1次，不符合RC編碼的條件，所以，不能用RC編碼器對(duì)其進(jìn)行編碼。但是，它符合LZW編碼的條件，由LZW編碼器，則1的LZWC編碼為(10，1，1)。

　　(11)前緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)通過了，編碼到此結(jié)束。

　　所以，信源序列的LZWC編碼為：C′={(1，2，0)，(2，2，1)，(3，4，0)，(4，3，1)，(5，1，0)，(6，3，1)，(7，3，0)，(8，2，1)，(9，2，0)，(10，1，1)}。

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　　本篇文章是由《計(jì)算機(jī)輔助工程》發(fā)表的一篇計(jì)算機(jī)論文，是上海海事大學(xué)主辦的學(xué)術(shù)性刊物，創(chuàng)刊于1992年，是我國(guó)計(jì)算機(jī)界與工程界的重要學(xué)術(shù)性刊物之一。本刊主要刊登計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用和相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)技術(shù)及應(yīng)用、專家系統(tǒng)、知識(shí)工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、分布式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件與理論、程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、制造業(yè)信息化、物流工程信息化、交通運(yùn)輸工程信息化、信息管理技術(shù)及應(yīng)用、人工智能技術(shù)及應(yīng)用、電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域的文章，以及有價(jià)值的研究報(bào)告和研究簡(jiǎn)介。