LZW编码算法详解

LZW编码算法详解

LZW(Lempel-Ziv & Welch)编码又称字串表编码，是Welch将Lemple和Ziv所提出来的无损压缩技术改进后的压缩方法。GIF图像文件采用的是一种改良的LZW 压缩算法，通常称为GIF-LZW压缩算法。下面简要介绍GIF-LZW的编码与解码方程

解：例现有来源于二色系统的图像数据源（假设数据以字符串表示）：aabbbaabb，试对其进行LZW编码及解码。

1）根据图像中使用的颜色数初始化一个字串表（如表1），字串表中的每个颜色对应一个索引。在初始字串表的LZW_CLEAR和LZW_EOI分别为字串表初始化标志和编码结束标志。设置字符串变量S1、S2并初始化为空。

2）输出LZW_CLEAR在字串表中的索引3H(见表2第一行)。

3）从图像数据流中第一个字符开始，读取一个字符a，将其赋给字符串变量S2。判断S1+S2=“a”在字符表中，则S1=S1+S2=“a”（见表2第二行）。

4）读取图像数据流中下一个字符a，将其赋给字符串变量S2。判断S1+S2=“aa”不在字符串表中，输出S1=“a”在字串表中的索引0H，并在字串表末尾为

S1+S2="aa"添加索引4H，且S1=S2=“a”（见表2第三行）。

5）读下一个字符b赋给S2。判断S1+S2=“ab”不在字符串表中，输出S1=“a”在字串表中的索引0H，并在字串表末尾为S1+S2=“ab”添加索引5H，且

S1=S2=“b”（见表2第四行）。

6）读下一个字符b赋给S2。S1+S2=“bb”不在字串表中，输出S1=“b”在字串表中的索引1H，并在字串表末尾为S1+S2=“bb”添加索引6H，且S1=S2=“b”（见表2第五行）。

7）读字符b赋给S2。S1+S2=“bb”在字串表中，则S1=S1+S2=“bb”（见表2第六行）。

8）读字符a赋给S2。S1+S2=“bba”不在字串表中，输出S1=“bb”在字串表中的索引6H，并在字串表末尾为S1+S2=“bba”添加索引7H，且S1=S2=“a”（见表2第七行）。

9）读字符a赋给S2。S1+S2=“aa”在字串表中，则S1=S1+S2=“aa”（见表2第八行）。

10）读字符b赋给S2。S1+S2=“aab”不在字串表中，输出S1=“aa”在字串表中的索引4H，并在字串表末尾为S1+S2=“aab”添加索引8H，且S1=S2=“b”（见表2第九行）。

11）读字符b赋给S2。S1+S2=“bb”，在字串表中，则S1=S1+S2=“b”（见表2第十行）。

12）输出S1中的字符串"b"在字串表中的索引1H（见表2第十一行）。

13）输出结束标志LZW_EOI的索引3H，编码完毕。

最后的编码结果为"30016463“。

下面对上述编码结果"30016463"进行解码。同样先初始化字符串表，结果如表1所示。

1）首先读取第一个编码Code=3H，由于它为LZW_CLEAR，无输出（见表3第一行）。

2）读入下一个编码Code=0H，由于字符串表中存在该索引，因此输出字符串表中0H对应的字符串"a"，同时使OldCode=Code=0H（见表3第二行）。

3）读下一个编码Code=0H，字符串表中存在该索引，输出0H所对应的字符串"a"，然后将OldCode=0H所对应的字符串"a"加上Code=0H所对应的字符串的第一个字符"a"，即"aa"添加到字串表中，其索引为4H，同时使OldCode=Code=0H （见表3第三行）。

4）读下一个编码Code=1H，字串表中存在该索引，输出1H所对应的字符串"b"，然后将OldCode=0H所对应的字符串"a"加上Code=1H所对应的字符串的第一个字符"b"，即"ab"添加到字串表中，其索引为5H，同时使OldCode=Code=1H （见表3第四行）。

5）读入下一个编码Code=6H，由于字串表中不存在该索引，因此输出OldCode=1H所对应的字符串"b"加上OldCode的第一个字符"b“，即"bb"，同时将"bb"添加到字符串表中，其索引为6H，同时使OldCode=Code=6H（见表3第五行）。

6）读下一个编码Code=4H，字串表中存在该索引，输出4H所对应的字符串"aa"，然后将OldCode=6H所对应的字符串"bb"加上Code=4H所对应的字符串的第一个字符"a"，即"bba"添加到字串表中，其索引为7H，同时使OldCode=Code=4H （见表3第六行）。

7）读下一个编码Code=6H，字串表中存在该索引，输出6H所对应的字符串"bb"，然后将OldCode=4H所对应的字符串"aa"加上Code=6H所对应的字符串的第一个字符"b"，即"aab"添加到字串表中，其索引为8H，同时使OldCode=Code=6H （见表3第七行）。

8）读下一个编码Code=3H，它等于LZW_EOI，数据解码完毕（见表3第八行）。

最后的解码结果为aabbbaabb。

由此可见，LZW编码算法在编码与解码过程中所建立的字符串表是一样的，都是动态生成的，因此在压缩文件中不必保存字符串表。

1.LZW的全称是什么?

Lempel-Ziv-Welch (LZW).

2. LZW的简介和压缩原理是什么？

LZW压缩算法是一种新颖的压缩方法，由Lemple-Ziv-Welch 三人共同创造，用他们的名字命名。它采用了一种先进的串表压缩，将每个第一次出现的串放在一个串表中，用一个数字来表示串，压缩文件只存贮数字，则不存贮串，从而使图象文件的压缩效率得到较大的提高。奇妙的是，不管是在压缩还是在解压缩的过程中都能正确的建立这个串表，压缩或解压缩完成后，这个串表又被丢弃。

LZW算法中，首先建立一个字符串表，把每一个第一次出现的字符串放入串表中，并用一个数字来表示，这个数字与此字符串在串表中的位置有关，并将这个数字存入压缩文件中，如果这个字符串再次出现时，即可用表示它的数字来代替，并将这个数字存入文件中。压缩完成后将串表丢弃。如"print" 字符串，如果在压缩时用266表示，只要再次出现，均用266表示，并将"print"字符串存入串表中，在图象解码时遇到数字266，即可从串表中查出266所代表的字符串"print"，在解压缩时，串表可以根据压缩数据重新生成。

3.在详细介绍算法之前，先列出一些与该算法相关的概念和词汇

1)'Character':字符，一种基础数据元素，在普通文本文件中，它占用1个单独的byte，而在图像中，它却是一种代表给定像素颜色的索引值。

2)'CharStream':数据文件中的字符流。

3)'Prefix':前缀。如这个单词的含义一样，代表着在一个字符最直接的前一个字符。一个前缀字符长度可以为0,一个prefix和一个character可以组成一个字符串(string),