一種基于部分霍夫曼樹(shù)的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于部分霍夫曼樹(shù)的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，該方法首先通過(guò)較為粗略但計(jì)算十分簡(jiǎn)便的方法為所有需編碼的字符預(yù)先分配一個(gè)編碼長(zhǎng)度，從而構(gòu)成一個(gè)分層的編碼表稱為預(yù)編碼表；然后以預(yù)編碼表為基礎(chǔ)對(duì)霍夫曼樹(shù)中一些特定部分進(jìn)行構(gòu)建；在構(gòu)建部分霍夫曼樹(shù)的同時(shí)，動(dòng)態(tài)的調(diào)整字符的編碼長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)編碼表的修改，直到其滿足了最優(yōu)編碼表的條件為止。這樣不用構(gòu)建一個(gè)完整的霍夫曼樹(shù)，就能獲得與經(jīng)典霍夫曼算法同樣的編碼效果。采用本發(fā)明可以有效地消除經(jīng)典霍夫曼算法中的冗余計(jì)算，提高了編碼效率，用于對(duì)數(shù)據(jù)的編碼過(guò)程，提高實(shí)時(shí)性，同時(shí)降低對(duì)能源的消耗。
【專利說(shuō)明】一種基于部分霍夫曼樹(shù)的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于部分霍夫曼樹(shù)的數(shù)據(jù)壓縮編碼 方法，以通過(guò)構(gòu)建部分霍夫曼樹(shù)實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)壓縮編碼的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量正呈指數(shù)型增長(zhǎng)。雖然計(jì) 算機(jī)的處理速度、硬盤(pán)容量以及網(wǎng)絡(luò)帶寬也有了巨大的進(jìn)步，但仍難以適應(yīng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的速 度。如何將數(shù)據(jù)壓縮的更小，壓縮的更快一直以來(lái)都是人們積極研究的方向。
[0003] 熵編碼是數(shù)據(jù)壓縮的一種重要方式。簡(jiǎn)單地說(shuō)，熵編碼的內(nèi)涵就是對(duì)一段數(shù)據(jù)中 出現(xiàn)概率高的字符用較短的碼字代替，相應(yīng)的較少出現(xiàn)的字符則用相對(duì)長(zhǎng)的碼字代替，這 樣就達(dá)到了對(duì)數(shù)據(jù)壓縮的目的，所以熵編碼可以看作是一個(gè)分配碼字的過(guò)程。在由q個(gè)字 符組成的字符集{叫，a 2，…，a,}中，字符ai(i=l，2,…，q)發(fā)生的概率為Pi，分配給它的編碼 長(zhǎng)度為Q，最優(yōu)編碼便是指平均編碼長(zhǎng)度：
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于部分霍夫曼樹(shù)的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，所述的編碼方法包括步驟： 1) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中各個(gè)字符的出現(xiàn)概率，得到字符集及與其相對(duì)應(yīng)的概率集； 2) 對(duì)數(shù)據(jù)的字符集中的各個(gè)字符預(yù)先分配一個(gè)預(yù)編碼長(zhǎng)度，構(gòu)成分層的預(yù)編碼表；其 中，所述的預(yù)編碼表中每一層的字符擁有相同的編碼長(zhǎng)度，較低層字符的概率小于較高層 字符的概率；該預(yù)編碼表中相鄰的兩層之間有一個(gè)固定的概率邊界，且相鄰兩個(gè)邊界值為 二倍關(guān)系； 3) 以預(yù)編碼表為基礎(chǔ)自底向上的逐層構(gòu)建部分霍夫曼樹(shù)；在構(gòu)建過(guò)程中，首先遞推的 計(jì)算各層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；如果一層中節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則繼續(xù)計(jì)算上一層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；如果 一層中節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)，需首先對(duì)該層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)偶數(shù)化，并動(dòng)態(tài)調(diào)整字符的編碼長(zhǎng)度，同時(shí) 更新編碼表；如果調(diào)整后的編碼表滿足最優(yōu)編碼表的條件，則終止構(gòu)建部分霍夫曼樹(shù)，否則 重復(fù)步驟3)繼續(xù)計(jì)算上一層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)； 其中，所述最優(yōu)編碼表的條件為
為編碼表中各個(gè)字 符的編碼長(zhǎng)度； 4) 根據(jù)經(jīng)過(guò)上述步驟3)修改后的預(yù)編碼表輸出最優(yōu)編碼表，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的預(yù)編碼表的層序即 該層字符的編碼長(zhǎng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的預(yù)編碼表的建立 方法包括步驟： 21) 確定分層邊界，規(guī)定第n層與第n-1層概率邊界值為：Un=2-n+°_5,第n層與第n+1層 概率邊界值為：Un+1=2f°_5 ; 22) 在字符集{叫，a2, ? ? ?，aq}中，若字符屮的概率Pi滿足Un < Pi彡Un+1，則將屮填入 預(yù)編碼表的第n層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的步驟3)中計(jì)算部分 霍夫曼樹(shù)中各層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的公式為： Sn=Cn+Sn+1/2 (n=l，2，...，M); 其中，Sn為部分霍夫曼樹(shù)中第n層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，Cn為預(yù)編碼表第n層的字符個(gè)數(shù)，M為 最大層序。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的步驟3)中部分霍夫 曼樹(shù)第n層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Sn為奇數(shù)時(shí)，對(duì)于該層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行偶數(shù)化具體包括以下步驟： 31) 找到第n層概率最大的節(jié)點(diǎn)C_與第n-1層概率最小的節(jié)點(diǎn)Cmin以及以它們?yōu)楦?節(jié)點(diǎn)的樹(shù)T_和Tmin; 32) 以這兩棵樹(shù)作為左右子樹(shù)，構(gòu)成一棵新樹(shù)； 33) 節(jié)點(diǎn)Cmax與節(jié)點(diǎn)Cmin的概率之和如果大于第n-1層的上界值，子樹(shù)Tmax中的所有節(jié) 點(diǎn)提升一層，否則就將子樹(shù)Tmin中的節(jié)點(diǎn)下降一層； 34) 找到被調(diào)整的子樹(shù)T_或者Tmin中所含的葉子節(jié)點(diǎn)，更新預(yù)編碼表中與其對(duì)應(yīng)的字 符層序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的步驟31)中尋找C_、 Tmax與Cmin、Tmin的具體步驟包括： 311) 設(shè)定一個(gè)層序的中間變量p，初始值為p=M ; 312) 將第p層概率最大的21?個(gè)節(jié)點(diǎn)按概率大小順序排列，依次作為左右子節(jié)點(diǎn)構(gòu)建 2pti個(gè)新節(jié)點(diǎn)，新節(jié)點(diǎn)的概率等于其左右子節(jié)點(diǎn)概率的和；將這些新節(jié)點(diǎn)的概率逐個(gè)與編 碼表中第P-1層字符的概率進(jìn)行比較，得到這兩部分中概率最大的前21?個(gè)節(jié)點(diǎn)； 313) 類似于步驟312)將第p層概率最小的前2p_n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)按概率大小順序排列，依次 作為左右子節(jié)點(diǎn)構(gòu)建2^個(gè)新節(jié)點(diǎn)，新節(jié)點(diǎn)的概率等于其左右子節(jié)點(diǎn)概率的和；將這些新 節(jié)點(diǎn)的概率逐個(gè)與編碼表中第P-1層字符的概率進(jìn)行比較，得到這兩部分中概率最小的前 2p_n個(gè)節(jié)點(diǎn)； 314) 如果p大于n，將p減1，重復(fù)執(zhí)行步驟312)與步驟313);如果p等于n+1則輸出 第n層概率最大節(jié)點(diǎn)Cmax，并追溯該節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成，找出Tmax，將p減1，并執(zhí)行步驟313);如果 P等于n則結(jié)束循環(huán)，輸出Cmin并追溯該節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成，找出Tmin ;。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，其特征在于，所述的步驟4)中對(duì)最優(yōu)編 碼表的輸出采用范式霍夫曼編碼規(guī)范。
【文檔編號(hào)】H03M7/40GK104283568SQ201310294301
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】臺(tái)玉朋, 王海斌, 汪俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所