多媒体压缩软件

多媒体实验报告压缩及解压软件学院：计算机学院用哈夫曼编码设计压缩软件一.问题描述用哈夫曼编码设计一个压缩软件，能对输入的任何人类型文件进行哈夫曼编码，产生编码后的文件——压缩文件；也能对输入的压缩文件进行译码，生成压缩前的文件——解压文件。

二.基本要求要求编码/译码效率尽可能高。

三.工具/准备工作在开始做课程设计项目前，回顾或复习相关内容。

工作平台：DELL Inspiron N5010笔记本电脑安装有Dev-C++。

四.分析与实现哈夫曼树类模板“HuffmanTree.h”，哈夫曼树结点类模板“HuffNode.h”，结点类模板“node.h”，线性链表类模板“lk_list.h”，串类“String.h”，实用程序软件包“utility.h”，都由辅导老师给出。

下面是用哈夫曼编码压缩及解压的实现，即核心代码:使用哈夫曼编码可以对文件进行压缩，由于字符的哈夫曼编码以比特位单位，而当将哈夫曼以压缩文件进行存储时，压缩文件最少以字节为单位进行存储，因此需要定义字符缓存器，以便自动将比特转换为字节，具体定义如下:#ifndef __MYHUFFMAN_COMPRESS_H__#define __MYHUFFMAN_COMPRESS_H__#include"HuffmanTree.h"//字符缓存器structBufferType{char ch; //字符unsigned int bits; //实际比特数};下面是哈夫曼压缩类代码，具体声明如下：//哈夫曼压缩类class MyHuffmanCompress{protected://哈夫曼压缩类的数据成员：HuffmanTree<char,unsigned long>*pMyHuffmanTree;FILE *infp,*outfp; //输入输出文件BufferTypebuf; //字符缓存//辅助函数：void Write(unsigned int bit); //向目标文件中写入一个比特 void WriteToOutfp(); //强行将字符缓存写入目标文件public://哈夫曼压缩类方法声明及重载编译系统默认方法声明：MyHuffmanCompress(){}//无参数的构造函数~MyHuffmanCompress(){} //析构函数void Compress(); //压缩算法void Decompress(); //解压缩算法};//相关函数unsigned intCharIndex(const char &ch); //字符位置映射辅助函数Write用于一次性将字符缓存中写入一个比特，当缓存器中的比特数为8时，将缓存中的字符写入目录文件中，具体实现如下:void MyHuffmanCompress::Write(unsigned int bit)//操作结果：向目标文件中写入一个比特{buf.bits++; //缓存比特数自增 1buf.ch=(buf.ch<<1)|bit; //将 bit 加入到缓存字符中 if(buf.bits==8){ //缓存区已满，写入目标位文件fputc(buf.ch,outfp); //写入目标文件buf.bits=0; //初始化 bitbuf.ch=0; //初始化 ch}}辅助函数WriteToOutfp用于在哈夫曼编码结束时，强行将缓存写入目标文件中，具体实现如下:void MyHuffmanCompress::WriteToOutfp()//操作结果：强行将字符缓存写入目标文件{unsigned intlen=buf.bits; //缓存实际比特数if(len>0){ //缓存非空，将缓存的比特个数增加到 8，自动写入到目标文件for(unsigned int i=0;i<8-len;i++)Write(0);}}压缩操作Compress首先要求用户输入源文件与目录文件名，然后统计源文件中各字符出现的频度，以字符出现频度为权，建立哈夫曼树，再将源文件大小和各字符出现的频度写入目标文件中，最后对源文件中各字符进行哈夫曼编码，将编码以比特为单位写入到目标文件，具体实现如下:void MyHuffmanCompress::Compress()//操作结果：用哈夫曼编码压缩文件{char infName[256],outfName[256]; //输入（源）输出（目标）文件名cout<<"Please input the name of source file(sizeof file <4GB): ";//被压缩文件小于 4 GBcin>>infName; //输入源文件名if((infp=fopen(infName,"rb"))==NULL)throw Error("Open source file Failed!");//抛出异常fgetc(infp); //取出源文件第一个字符if(feof(infp))throw Error("Empty File!"); //抛出异常cout<<"Please input the name of objective File: ";cin>>outfName;if((outfp=fopen(outfName,"wb"))==NULL)throw Error("Open Failed!");//抛出异常cout<<"processing,please wait..."<<endl;const unsigned long n=256; //字符个数char ch [n]; //字符数组unsigned long w[n]; //字符出现频度（权）unsigned long i,size=0;char cha;for(i=0;i<n;i++){ch[i]=(char)i; //初始化 ch[i]w[i]=0; //初始化 w[i]}rewind(infp); //使源文件指针指向文件开始处cha=fgetc(infp); //取出源文件第一个字符while(!feof(infp)){ //统计字符出现频度w[(unsigned char) cha]++; //字符 cha出现频度自加 1 size++; //文件大小自加 1cha=fgetc(infp); //取出源文件下一个字符}// if(pMyHuffmanTree!=NULL)delete[]pMyHuffmanTree; //释放空间pMyHuffmanTree=new HuffmanTree<char,unsigned long>(ch,w,n);//生成哈夫曼树rewind(outfp); //使源文件指针指向文件开始处fwrite(&size,sizeof(unsigned long),1,outfp);//向目标文件写入源文件大小for(i=0;i<n;i++){ //向目标文件写入字符出现频度fwrite(&w[i],sizeof(unsigned long),1,outfp);}buf.bits=0; //初始化 bitsbuf.ch=0; //初始化 chrewind(infp); //使源文件指针指向文件开始处cha=fgetc(infp); //取出源文件第一个字符while(!feof(infp)){ //对源文件字符进行编码，并将编码写入目标文件String strTmp=pMyHuffmanTree->Encode(cha); //字符编码for(i=0;i<strTmp.Length();i++){ //向目标文件写入编码if(strTmp[i]=='0')Write(0); //向目标文件写入 0 else Write(1); //向目标文件写入 1}cha=fgetc(infp); //取出源文件下一个字符 }WriteToOutfp(); //强行写入目标文件fclose(infp);fclose(outfp); //关闭文件cout<<"Processed!"<<endl;}对于解压缩操作DeCompress，同样地首先要求用户输入压缩文件与目标文件名，然后从压缩文件中读入源文件的大小以及各字符出现的频度，以字符出现频度为权建立哈夫曼树，再对压缩文件的各字节进行译码，并将译码后的字符写入目标文件中，具体实现如下:void MyHuffmanCompress::Decompress()//操作结果：解压缩用哈夫曼编码压缩的文件{char infName[256],outfName[256]; //输入（压缩）输出（目标）文件名cout<<"Please input the name of compressed file: ";cin>>infName;if((infp=fopen(infName,"rb"))==NULL)throw Error("Open Failed!");//抛出异常fgetc(infp); //取出压缩文件第一个字符if(feof(infp))throw Error("Empty File"); //抛出异常cout<<"Please input the name of objective File: ";cin>>outfName;if((outfp=fopen(outfName,"wb"))==NULL)throw Error("Open Failed!");//抛出异常cout<<"processing,please wait..."<<endl;const unsigned long n=256; //字符个数char ch[n]; //字符数组unsigned long w[n]; //权unsigned long i,size=0;unsigned char cha;rewind(infp); //使源文件指针指向文件文件开始处fread(&size,sizeof(unsigned long),1,infp); //读取目标文件的大小for(i=0;i<n;i++){ch[i]=(char)i; //初始化 ch[i]fread(&w[i],sizeof(unsigned long),1,infp); //读取字符频度}if(pMyHuffmanTree!=NULL)delete[]pMyHuffmanTree; //释放空间pMyHuffmanTree =new HuffmanTree<char,unsigned long>(ch,w,n);//生成哈夫曼数unsigned long len=0; //解压的字符数cha=fgetc(infp); //取出源文件的第一个字符String strTmp=""; //将 cha转换二进制形式的串while(!feof(infp)){ //对压缩文件字符进行译码，并将解码的字符写入目标文件unsigned char c=(unsigned char)cha;//将 cha转换为 unsigned char类型 for(i=0;i<8;i++){ //将 c转换成二进制串if(c<128)Concat(strTmp,"0"); //最高位为 0else Concat(strTmp,"1"); //最高位为 1c=c<<1; //左移一位}cha=fgetc(infp);}String strTemp = pMyHuffmanTree->Decode(strTmp);// 译码，并存入String类strTemp中for(i = 1; i <= strTmp.Length(); i++){ // 向目标文件写入字符len++; // 目标文件长度自加 1fputc(strTemp[i-1],outfp); // 将字符写入目标文件中if(len == size)break; // 解压完毕退出循环}fclose(infp);fclose(outfp); //关闭文件cout<<"Ended Processing!"<<endl;}#endif五．测试与结论为了测试压缩程序，编写以下测试函数“main.cpp”:#include "MyHuffmanCompress.h"int main(void){char ch;MyHuffmanCompresshuffman;while(ch!=3){cout<<"Welcome to COMPRESS THE FILE,Please Enter the chose: "<<endl;cout<<"press The File"<<endl;cout<<"2.Decompress the File"<<endl;cout<<"3.Quit!"<<endl;cin>>ch;while(ch != '1' &&ch != '2' &&ch != '3'){cout<<"Please Enter the right chose: "<<endl;cout<<"press The File"<<endl;cout<<"2.Decompress the File"<<endl;cout<<"3.Quit!"<<endl;cin>>ch;}switch(ch){case'1':press();break;case'2':huffman.Decompress();break;}}return 0;}对工程进行编译，链接，生成可执行文件（.exe）:1.首先在工程文件夹中新建源文件a.txt,文件中写有要进行压缩的字符，再新建空的目标文件b.txt和空的解压文件c.txt。