霍夫曼编码的分析与实现(3)

使用一个有序的遍历方法来遍历霍夫曼树,从而构建这个表。在每次执行build_table的过程中,code 记录当前生成的编码,size保存编码的位数。在遍历树时,每当选择左分支时,将0追加到编码的末尾中;每当选择右分支时,将1追加到编码的末尾中。一旦到达一个叶子结点,就将霍夫曼编码存放到编码表合适的条目中。在存放每个编码的同时,调用函数htons,以确保编码是以大端字节格式存放。这一步非常重要,因为在下一步生成压缩数据时需要用大端格式,同样在解压缩过程中也需要大端格式。

在产生压缩数据的同时,使用ipos来保存原���数据中正在处理的当前字节,并用opos来保存向压缩数据缓冲区写入的当前位。首先,缩写一个头文件,这有助于在huffman_uncompress中重建霍夫曼树。这个头文件包含一个四字节的值,表示待编码的符号个数,后面跟着的是所有256个可能的符号出现的缩放频率,也包括0。最后对数据编码,一次读取一个符号,在表中查找到它的霍夫曼编码,并将每个编码存放到压缩缓冲区中。在压缩缓冲区中为每个字节分配空间。

huffman_compress的时间复杂度为O(n),其中n是原始数据中符号的数量。

huffman_uncompress

huffman_uncompress操作解压缩由huffman_compress压缩的数据。首先,此操作读取追加到压缩数据的头。回想一下,头的前4个字节包含编码符号的数量。这个值存放在size中。接下来的256个字节包含所有符号的缩放频率。

利用存放在头中的信息,调用build_tree重建压缩过程中用到的霍夫曼树。一旦重建了树,接下来就要生成已恢复数据的缓冲区。要做到这一点,从压缩数据中逐位读取数据。从霍夫曼树的根开始,只要遇到位数0,就选择左分支;只要遇到位数1,就选择右分支。一旦到达叶子结点,就获取一个符号的霍夫曼编码。解码符号存储在叶子中。所以, 将此符号写入已恢复数据的缓冲区中。写入数据之后,重新回到根部,然后重复以上过程。使用ipos来保存向压缩数据缓冲区写入的当前位,并用opos来保存写入恢复缓冲区中的当前字节。一旦opos到达size,就从原始数据中生成了所有的符号。

huffman_uncompress的时间复杂度为O(n)。其中n是原始数据中符号的数量。这是因为对每个要解码符号来说,在霍夫曼树中向下寻找的深度是一个有界常量,这个常量依赖于数据中不同符号的数量。在本节的实现中,这个常量是256.建立霍夫曼树的过程不影响huffman_uncompress的复杂度,因为这个过程只依赖于数据中不同符号的个数。

 示例:霍夫曼编码的实现文件

/*huffman.c*/
#include <limit.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "bit.h"
#include "bitree.h"
#include "compress.h"
#include "pqueue.h"

/*compare_freq 比较树中霍夫曼节点的频率*/
static int compare_freq(const void *tree1,const void *tree2)
{
    HuffNode *root1,root2;

/*比较两棵二叉树根结点中所存储的频率大小*/
    root1 = (HuffNode *)bitree_data(bitree_root((const BiTree *)tree1));
    root2 = (HuffNode *)bitree_data(bitree_root((const BiTree *)tree2));

if(root1->freq < root2->freq)
        return 1;
    else if(root1->freq > root2->freq)
        return -1;
    else return 0;
}
/*destroy_tree  消毁二叉树*/
static void destroy_tree(void *tree)
{
    /*从优先级队列中消毁并释放一棵二叉树*/
    bitree_destroy(tree);
    free(tree);

return;
}
/*buile_tree 构建霍夫曼树,每棵树初始只包含一个根结点*/
static int bulid_tree(int *freqs,BiTree **tree)
{
    BiTree *init,
          *merge,
          *left,
          *right;
    PQueue pqueue;
    HuffNode *data;
    int size,c;

/*初始化二叉树优先级队列*/
    *tree = NULL;
    pqueue_init(&pqueue,compare_freq,destroy_tree);
    for(c=0; c<=UCHAR_MAX; c++)
    {
        if(freqs[c] != 0)
        {
            /*建立当前字符及频率的二叉树*/
            if((init = (BiTree *)malloc(sizeof(BiTree))) == NULL)
            {
                pqueue_destroy(&pqueue);
                return -1;
            }

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