LZW压缩和解压.docx

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LZW压缩和解压

LZW压缩和解压

黄陂一中盘龙校区张兴才

LZW压缩是由Lemple、Zip和Welch共同创造，用他们的名字命名的压缩方法。

下面结合C语言的实现方法，介绍LZW压缩和解压的原理。

一、码表

被压缩的字符系列称为数据流，压缩后的代码称为编码流，将数据流压缩成编码流要依据码表。

什么是码表？

我们先看看码表的结构和初始化吧。

typedefstruct

{

charused;

UINTprev;//typedefUINTunsignedint

BYTEc;

}ENTRY;

voidInitTable（）

{

inti;

for（i=0;i<4096;i++）

｛

string_tab[i].used=FALSE；//#defineFALSE0

string_tab[i].prev=NO_PREV；//#defineNO_PREV0xFFFF表示没有前缀

string_tab[i].c=0;

for（i=0;i<258;i++）

{

string_tab[i].used=TRUE;//#defineTRUE!

FALSE

string_tab[i].c=i;

}

}

从上面的代码可知，码表共有4096行，每行有3列。

used表示该行是否被使用，使用了其值为TRUE，否则为FALSE。

prev表示前缀，主要存储的是该码表的索引值（行号），用以指示该表的不同行，取值范围是0——4095。

c表示后缀，存储一个字符。

该码表的0——257行的prev域被初始化，其中的值表示的意义是：

0—255用来表示单个字符，256表示开始新的码表，257表示压缩结束。

二、压缩过程

以下程序段将infp中的字符系列压缩到outfp中。

putcode（outfp,CC）;

//outfp是存储编码流的文件，CC的值为256，表示开始新的码表，outfp是存放编码流的文件，以上函数表示将码表开始代码放在outfp文件的开始位置

InitTable（）;

c=readc（infp）;

//从输入文件读取一个字符，infp表示输入文件，c是后缀变量

prevcode=QueryTable（NO_PREV,c）;

//在码表中查询前缀为“NO_PREV”，后缀为“c”（即刚刚读入的字符）的行，并将行号赋给前缀变量prevcode，其实相当于prevcode=c；

++total;

while（UEOF!

=（c=readc（infp）））

//UEOF为文件结束标志

{

++total;

if（NOT_FIND!

=（localcode=QueryTable（prevcode,c）））

//NOT_FIND表示在码表中查询指定的前缀和后缀对，没有找到

{

prevcode=localcode;

//找到指定的前缀后缀对后，将找到行的行号赋给前缀变量，接着从输入文件读入下一个字符作为后缀，进行下一轮的查询

continue;

}

putcode（outfp,prevcode）;

//指定的前缀和后缀对没有找到,则将前缀变量prevcode的值输出到存储编码流的输出文件outfp中

if（count）//count为码表中空白行的行数

{

UpdateTable（prevcode,c）;

//将指定的前缀和后缀分别填入码表的第一个空白行的相应位置

--count;//码表的空白行减1

}

if（count==0）//如果码表没有空白行了，则重新建一个码表，并在编码流中放入代码CC（256），表示开始新的码表。

{

count=4096-258;

currentpos=258;

InitTable（）;

putcode（outfp,CC）;//CC表示开始新的码表

}

prevcode=QueryTable（NO_PREV,c）;//其实是将c的值赋给prevcode

}

putcode（outfp,prevcode）;

putcode（outfp,CEND）;//CEND是编码压缩结束标志

if（tempcode!

=EMPTY）

outputbuf[oupindex++]=（tempcode&0x0F0）;//关键！

！

！

！

flushout（outfp）;//将输出缓存区剩余的编码写入文件中

return0;

}

LZW压缩算法流程

三、.解压过程

这是LZW解码的主要代码：

prevcode=0;

while（（prevcode=getcode（inputfd））!

=CC）

{

if（prevcode==UEOF）

return0;

}

InitTable（）;

prevcode=getcode（inputfd）;

count=GetChars（prevcode,curstr,TAB_SIZE）;//#defineTAB_SIZE4096

memcpy（outbuf,curstr,count）;

oupindex+=count;

total=0;

while（UEOF!

=（local=getcode（inputfd）））

{

if（local==CC）

{

space=TAB_SIZE-INIT_SIZE;//#defineINIT_SIZE258

currentpos=INIT_SIZE;

InitTable（）;

prevcode=getcode（inputfd）;

count=GetChars（prevcode,curstr,TAB_SIZE）;

if（oupindex+count>TAB_SIZE）

{

printf（"."）;

fwrite（outbuf,sizeof（char）,oupindex,outputfd）;

total+=oupindex;

oupindex=0;

}

memcpy（&outbuf[oupindex],curstr,count）;

oupindex+=count;

continue;

}

if（local>currentpos）

{

printf（"\nerror,local>currentpos:

%d,%d",local,currentpos）;

fwrite（outbuf,sizeof（char）,oupindex,outputfd）;

return-1;

}

if（string_tab[local].used）

{

count=GetChars（local,curstr,TAB_SIZE）;

}

else

{

count=GetChars（prevcode,curstr,TAB_SIZE）;

curstr[count]=curstr[0];

curstr[++count]='\0';

}

if（space）

{

temp=UpdateTable（prevcode,curstr[0]）;

--space;

}

elseif（space==0）

{

printf（"space=0"）;

}

prevcode=local;

if（oupindex+count>TAB_SIZE）

{

printf（"."）;

fwrite（outbuf,sizeof（char）,oupindex,outputfd）;

total+=oupindex;

oupindex=0;

}

memcpy（&outbuf[oupindex],curstr,count）;

oupindex+=count;

}

fwrite（outbuf,sizeof（char）,oupindex,outputfd）;

total+=oupindex;

printf（"\nsucessfulsize=%d\n",total）;

return0;

}

在解码的过程中要注意以下两点：

1．假设码表的每一行在压缩或解码后都有内容，我们来看看码表，我们发现，码表的每一行都是链表的一个结点，结点的前缀就是指向其他行（结点）的指针，若该指针的值为NO_PREV表明该结点是某链表的最后一个结点，因此从任何一行开始都是一个链表，整个码表有4096个链表。

每个链表开始结点的行号，就是要被解压的代码，将这个链表中的后缀字符依次排列，得到一个字符串，这个字符串就是要被解压的代码的解码值。

2.在开始解码时，码表从258行开始的以后各行都是空的，那么这些空的部分的值在解码的过程中是怎样被填写的呢？

首先读入要解码的第一个代码到前缀变量prevcode中，接着对以后的每一个代码依次做以下工作就可以填写码表：

（1）读入代码，并将其解码；

（2）把解码所得的字符串的第一个字符和prevcode的值填入码表的第一个空白行；（3）将该代码值赋给prevcode，形成新的prevcode值，好进行下一轮的循环。

四、以上代码中用到的函数，供参考

#defineBUF_SIZE0x10000

#defineEMPTY0xFFFFFFFF

#defineUEOF0xFFFF

#defineNOT_FIND0xFFFF

voidInitTable（）;

UINTUpdateTable（UINTprevcode,BYTEc）;

UINTQueryTable（UINTcode,BYTEc）;

UINTreadc（FILE*fp）;

voidputcode（FILE*fp,UINTcode）;

voidflushout（FILE*fp）;

#include"commfunc.h"

UINTcurrentpos=INIT_SIZE;

externENTRYstring_tab[TAB_SIZE];

BYTEinputbuf[BUF_SIZE];

intinpindex=EMPTY,limit;

BYTEoutputbuf[BUF_SIZE];

intoupindex=0,tempcode=EMPTY;

voidInitTable（）

{

inti;

for（i=0;i

string_tab[i].used=FALSE,string_tab[i].prev=NO_PREV,string_tab[i].c=0;

for（i=0;i

{

string_tab[i].used=TRUE;

string_tab[i].c=i;

}

}

UINTUpdateTable（UINTprevcode,BYTEc）