常用数据无损压缩算法分析

引言

当今，各种信息系统的数据量越来越大，如何更快、更多、更好地传输与存储数据成为数据信息处理的首要问题，而数据压缩技术则是解决这一问题的重要方法。事实上，从压缩软件WINRAR到熟知的MP3，数据压缩技术早已应用于各个领域。

2 数据压缩技术概述

本质上压缩数据是因为数据自身具有冗余性。数据压缩是利用各种算法将数据冗余压缩到最小，并尽可能地减少失真，从而提高传输效率和节约存储空间。

数据压缩技术一般分为有损压缩和无损压缩。无损压缩是指重构压缩数据(还原，解压缩)，而重构数据与原来数据完全相同。该方法用于那些要求重构信号与原始信号完全一致的场合，如文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据(如指纹图像、医学图像等)的压缩。这类算法压缩率较低，一般为1／2~1／5。典型的无损压缩算法有：Shanno-Fano编码、Huffman(哈夫曼)编码、算术编码、游程编码、LZW编码等。而有损压缩是重构使用压缩后的数据，其重构数据与原来数据有所不同，但不影响原始资料表达信息，而压缩率则要大得多。有损压缩广泛应用于语音、图像和视频的数据压缩。常用的有损压缩算法有PCM(脉冲编码调制)、预测编码、变换编码(离散余弦变换、小波变换等)、插值和外推(空域亚采样、时域亚采样、自适应)等。新一代的数据压缩算法大多采用有损压缩，例如矢量量化、子带编码、基于模型的压缩、分形压缩和小波压缩等。

3 常用数据无损压缩算法

3．1 游程编码

这种数据压缩思想：如果数据项d在输入流中连续出现n次，则以单个字符对nd来替换连续出现n次的数据项，这n个连续出现的数据项叫游程n，这种数据压缩方法称游程编码(RLE)，其实现流程如图1所示。RLE算法具有实现简单，压缩还原速度快等优点，只需扫描一次原始数据即可完成数据压缩。其缺点是呆板，适应性差，不同的文件格式的压缩率波动大，平均压缩率低。实践表明，RLE能够压缩复杂度不高的原始点阵图像。

3．2 基于字典编码技术的LZW算法

LZW算法是LZ78的流行变形，由Terrv Welch在1984年开发。LZW算法首先将字母表中的所有字符初始化到字典，常用8位字符，在输入任何数据前优先占用字典的前256项(0～255)。LZW编码的原理：编码器逐个输入字符并累积一个字符串I。每输入一个字符则串接在I后面，然后在字典中查找I；只要找到I，该过程继续执行搜索。直到在某一点，添加下一个字符x导致搜索失败，这意味着字符串I在字典中，而Ix(字符x串接在I后)却不在。此时编码器输出指向字符串，的字典指针；并在下一个可用的字典词条中存储字符串Ix；把字符串I预置为x。其压缩流程如图2所示。

作者：李雷定 马铁华 尤文斌 来源：国外电子元器件