【数据压缩】LZ77算法原理及实现

【数据压缩】LZ78算法原理及实现

Lempel–Ziv–Welch


年发表的论文《A Universal Algorithm for Sequential Data Compression》中提出。

基于统计的数据压缩编码,比如Huffman编码,需要得到先验知识——信源的字符频率,然后进行压缩。但是在大多数情况下,这种先验知识是很难预先获得。

因此,设计一种更为通用的数据压缩编码显得尤为重要。LZ77数据压缩算法应运而生,其核心思想:利用数据的重复结构信息来进行数据压缩。

LZ77: referring to previously processed data as dictionary 利用内部信息作为字典。

在提出基于滑动窗口的LZ77算法后,两位大神Jacob ZivAbraham Lempel于年在发表的论文中提出了LZ78算法

与LZ77算法不同的是LZ78算法使用动态树状词典维护历史字符串。

LZ78: use an explicit dictionary 字典是外置的。

LZ系列压缩算法均为LZ77LZ78的变种,在此基础上做了优化。

  • LZ77LZSS、LZR、LZB、LZH;
  • LZ78LZW、LZC、LZT、LZMW、LZJ、LZFG。

LZW Encoding:

  Video: https://www.youtube.com/watch?v=nW7OARbr7OI

"TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT"

Idea:

以下是我们已知的字典。

再动态补充新发现的pattern字典,从27开始编号,如下所示:

current next code dictionary  
T O 20 TO 27 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
O B 15 OB 28 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
B E 2 BE 29 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
E O 5 EO 30 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
O R 15 OR 31 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
R N 18 RV 32 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
N O 14  NO  33  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
O 15  OT  34  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
T T 20 TT  35  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
TO B 27 TOB 36  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
BE O 29  BEO 37  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
OR 31  ORT  38  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
TOB 36  TOBE  39  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
EO 30  EOR  40  TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
RN O 32 RNO 41 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
OT # 34 N/A N/A TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
Input   Output      

这里共16行,也就是原来的24字节 --> 16字节。

LZW Decoding:

code prev output dictionary  
20   T     TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
15 T O TO 27 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
2 O B OB 28 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
5 B E BE 29 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
15 E O EO 30 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
18 O R OR 31 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
14 R N RN 32 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
15 N O NO 33 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
20 O T OT 34 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
27 T TO TT 35 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
29 TO BE TOB 36 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
31 BE OR BEO 37 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
36 OR TOB ORT 38 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT
30 TOB EO TOBE 39 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT 
32 EO RN EOR 40 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT 
34 RN OT RNO 41 TO BE OR NOT TO BE OR TO BE OR NOT 
 <Output>   <Input>      

可见与encoding时表格一一对应的关系。

就是还原表格的过程。

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