這份資料的格式很不錯,收了!謝謝整理者。
GIF文件的圖象數據使用了可變長度編碼的LZW壓縮算法(Variable-Length_Code LZW Compression),這是從LZW(Lempel Ziv Compression)壓縮算法演變過來的,通過壓縮原始數據的重復部分來達到減少文件大小的目的。
標準的LZW壓縮原理:
先來解釋一下幾個基本概念:
LZW壓縮有三個重要的對象:數據流(CharStream)、編碼流(CodeStream)和編譯表(String Table)。在編碼時,數據流是輸入對象(圖象的光柵數據序列),編碼流就是輸出對象(經過壓縮運算的編碼數據);在解碼時,編碼流則是輸入對象,數據流是輸出對象;而編譯表是在編碼和解碼時都須要用借助的對象。
字符(Character):最基礎的數據元素,在文本文件中就是一個字節,在光柵數據中就是一個像素的顏色在指定的顏色列表中的索引值;
字符串(String):由幾個連續的字符組成;
前綴(Prefix):也是一個字符串,不過通常用在另一個字符的前面,而且它的長度可以為0;
根(Root):單個長度的字符串;
編碼(Code):一個數字,按照固定長度(編碼長度)從編碼流中取出,編譯表的映射值;
圖案:一個字符串,按不定長度從數據流中讀出,映射到編譯表條目.
LZW壓縮的原理:提取原始圖象數據中的不同圖案,基于這些圖案創建一個編譯表,然后用編譯表中的圖案索引來替代原始光柵數據中的相應圖案,減少原始數據大小。看起來和調色板圖象的實現原理差不多,但是應該注意到的是,我們這里的編譯表不是事先創建好的,而是根據原始圖象數據動態創建的,解碼時還要從已編碼的數據中還原出原來的編譯表(GIF文件中是不攜帶編譯表信息的),為了更好理解編解碼原理,我們來看看具體的處理過程:
編碼器(Compressor)
編碼數據,第一步,初始化一個編譯表,假設這個編譯表的大小是12位的,也就是最多有4096個單位,另外假設我們有32個不同的字符(也可以認為圖象的每個像素最多有32種顏色),表示為a,b,c,d,e...,初始化編譯表:第0項為a,第1項為b,第2項為c...一直到第31項,我們把這32項就稱為根。
開始編譯,先定義一個前綴對象Current Prefix,記為[.c.],現在它是空的,然后定義一個當前字符串Current String,標記為[.c.]k,[.c.]就為Current Prefix,k就為當前讀取字符。現在來讀取數據流的第一個字符,假如為p,那么Current String就等于[.c.]p(由于[.c.]為空,實際上值就等于p),現在在編譯表中查找有沒有Current String的值,由于p就是一個根字符,我們已經初始了32個根索引,當然可以找到,把p設為Current Prefix的值,不做任何事繼續讀取下一個字符,假設為q,Current String就等于[.c.]q(也就是pq),看看在編譯表中有沒有該值,當然。沒有,這時我們要做下面的事情:將Current String的值(也就是pq)添加到編譯表的第32項,把Current Prefix的值(也就是p)在編譯表中的索引輸出到編碼流,修改Current Prefix為當前讀取的字符(也就是q)。繼續往下讀,如果在編譯表中可以查找到Current String的值([.c.]k),則把Current String的值([.c.]k)賦予Current Prefix;如果查找不到,則添加Current String的值([.c.]k)到編譯表,把Current Prefix的值([.c.])在編譯表中所對應的索引輸出到編碼流,同時修改Current Prefix為k ,這樣一直循環下去直到數據流結束。偽代碼看起來就像下面這樣:
Initialize String Table;
[.c.] = Empty;
[.c.]k = First Character in CharStream;
while ([.c.]k != EOF )
{
if ( [.c.]k is in the StringTable)
{
[.c.] = [.c.]k;
}
else
{
add [.c.]k to the StringTable;
Output the Index of [.c.] in the StringTable to the CodeStream;
[.c.] = k;
}
[.c.]k = Next Character in CharStream;
}
Output the Index of [.c.] in the StringTable to the CodeStream;
來看一個具體的例子,我們有一個字母表a,b,c,d.有一個輸入的字符流abacaba。現在來初始化編譯表:#0=a,#1=b,#2=c,#3=d.現在開始讀取第一個字符a,[.c.]a=a,可以在在編譯表中找到,修改[.c.]=a;不做任何事繼續讀取第二個字符b,[.c.]b=ab,在編譯表中不能找,那么添加[.c.]b到編譯表:#4=ab,同時輸出[.c.](也就是a)的索引#0到編碼流,修改[.c.]=b;讀下一個字符a,[.c.]a=ba,在編譯表中不能找到:添加編譯表#5=ba,輸出[.c.]的索引#1到編碼流,修改[.c.]=a;讀下一個字符c,[.c.]c=ac,在編譯表中不能找到:添加編譯表#6=ac,輸出[.c.]的索引#0到編碼流,修改[.c.]=c;讀下一個字符a,[.c.]c=ca,在編譯表中不能找到:添加編譯表#7=ca,輸出[.c.]的索引#2到編碼流,修改[.c.]=a;讀下一個字符b,[.c.]b=ab,編譯表的#4=ab,修改[.c.]=ab;讀取最后一個字符a,[.c.]a=aba,在編譯表中不能找到:添加編譯表#8=aba,輸出[.c.]的索引#4到編碼流,修改[.c.]=a;好了,現在沒有數據了,輸出[.c.]的值a的索引#0到編碼流,這樣最后的輸出結果就是:#0#1#0#2#4#0.
來看一個具體的例子,我們有一個字母表a,b,c,d.有一個輸入的字符流abacaba。現在來初始化編譯表:#0=a,#1=b,#2=c,#3=d.現在開始讀取第一個字符a,[.c.]a=a,可以在在編譯表中找到,修改[.c.]=a;不做任何事繼續讀取第二個字符b,[.c.]b=ab,在編譯表中不能找,那么添加[.c.]b到編譯表:#4=ab,同時輸出[.c.](也就是a)的索引#0到編碼流,修改[.c.]=b;讀下一個字符a,[.c.]a=ba,在編譯表中不能找到:添加編譯表#5=ba,輸出[.c.]的索引#1到編碼流,修改[.c.]=a;讀下一個字符c,[.c.]c=ac,在編譯表中不能找到:添加編譯表#6=ac,輸出[.c.]的索引#0到編碼流,修改[.c.]=c;讀下一個字符a,[.c.]c=ca,在編譯表中不能找到:添加編譯表#7=ca,輸出[.c.]的索引#2到編碼流,修改[.c.]=a;讀下一個字符b,[.c.]b=ab,編譯表的#4=ab,修改[.c.]=ab;讀取最后一個字符a,[.c.]a=aba,在編譯表中不能找到:添加編譯表#8=aba,輸出[.c.]的索引#4到編碼流,修改[.c.]=a;好了,現在沒有數據了,輸出[.c.]的值a的索引#0到編碼流,這樣最后的輸出結果就是:#0#1#0#2#4#0.
解碼器(Decompressor)
好了,現在來看看解碼數據。數據的解碼,其實就是數據編碼的逆向過程,要從已經編譯的數據(編碼流)中找出編譯表,然后對照編譯表還原圖象的光柵數據。
首先,還是要初始化編譯表。GIF文件的圖象數據的第一個字節存儲的就是LZW編碼的編碼大小(一般等于圖象的位數),根據編碼大小,初始化編譯表的根條目(從0到2的編碼大小次方),然后定義一個當前編碼Current Code,記作[code],定義一個Old Code,記作[old]。讀取第一個編碼到[code],這是一個根編碼,在編譯表中可以找到,把該編碼所對應的字符輸出到數據流,[old]=[code];讀取下一個編碼到[code],這就有兩種情況:在編譯表中有或沒有該編碼,我們先來看第一種情況:先輸出當前編碼[code]所對應的字符串到數據流,然后把[old]所對應的字符(串)當成前綴prefix [...],當前編碼[code]所對應的字符串的第一個字符當成k,組合起來當前字符串Current String就為[...]k,把[...]k添加到編譯表,修改[old]=[code],讀下一個編碼;我們來看看在編譯表中找不到該編碼的情況,回想一下編碼情況:如果數據流中有一個p[...]p[...]pq這樣的字符串,p[...]在編譯表中而p[...]p不在,編譯器將輸出p[...]的索引而添加p[...]p到編譯表,下一個字符串p[...]p就可以在編譯表中找到了,而p[...]pq不在編譯表中,同樣將輸出p[...]p的索引值而添加p[...]pq到編譯表,這樣看來,解碼器總比編碼器『慢一步』,當我們遇到p[...]p所對應的索引時,我們不知到該索引對應的字符串(在解碼器的編譯表中還沒有該索引,事實上,這個索引將在下一步添加),這時需要用猜測法:現在假設上面的p[...]所對應的索引值是#58,那么上面的字符串經過編譯之后是#58#59,我們在解碼器中讀到#59時,編譯表的最大索引只有#58,#59所對應的字符串就等于#58所對應的字符串(也就是p[...])加上這個字符串的第一個字符(也就是p),也就是p[...]p。事實上,這種猜測法是很準確(有點不好理解,仔細想一想吧)。上面的解碼過程用偽代碼表示就像下面這樣:
Initialize String Table;
[code] = First Code in the CodeStream;
Output the String for [code] to the CharStream;
[old] = [code];
[code] = Next Code in the CodeStream;
while ([code] != EOF )
{
if ( [code] is in the StringTable)
{
Output the String for [code] to the CharStream; // 輸出[code]所對應的字符串
[...] = translation for [old]; // [old]所對應的字符串
k = first character of translation for [code]; // [code]所對應的字符串的第一個字符
add [...]k to the StringTable;
[old] = [code];
}
else
{
[...] = translation for [old];
k = first character of [...];
Output [...]k to CharStream;
add [...]k to the StringTable;
[old] = [code];
}
[code] = Next Code in the CodeStream;
}
posted on 2009-10-30 17:34
李陽 閱讀(1452)
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