1.编码算法
LZ78的编码思想是不断地从字符流中提取新的缀-符串(String),通俗地理解为新“词条”,然后用“代号”也就是码字(Code word)表示这个“词条”。这样一来,对字符流的编码就变成了用码字(Code word)去替换字符流(Charstream),生成码字流(Codestream),从而达到压缩数据的目的。
在编码开始时词典是空的,不包含任何缀-符串(string)。在这种情况下编码器就输出一个表示空字符串的特殊码字(例如“0”)和字符流中 (Charstream)的第一个字符C,并把这个字符C添加到词典中作为一个由一个字符组成的缀-符串(string)。在编码过程中,如果出现类似的 情况,也照此办理。在词典中已经包含某些缀-符串(String)之后,如果“当前前缀P +当前字符C”已经在词典中,就用字符C来扩展这个前缀,这样的扩展操作一直重复到获得一个在词典中没有的缀-符串(String)为止。此时就输出表示 当前前缀P的码字(Code word)和字符C,并把P+C添加到词典中作为前缀(Prefix),然后开始处理字符流(Charstream)中的下一个前缀。
LZ78编码器的输出是码字-字符(W,C)对,每次输出一对到码字流中,与码字W相对应的缀-符串(String)用字符C进行扩展生成新的缀-符串(String),然后添加到词典中。LZ78编码的具体算法如下:
步骤1: 在开始时,词典和当前前缀P都是空的。
步骤2: 当前字符C :=字符流中的下一个字符。
步骤3: 判断P+C是否在词典中:
(1) 如果“是”:用C扩展P,让P := P+C ;
(2) 如果“否”:
① 输出与当前前缀P相对应的码字和当前字符C;
② 把字符串P+C 添加到词典中。
③ 令P :=空值。
(3) 判断字符流中是否还有字符需要编码
① 如果“是”:返回到步骤2。
② 如果“否”:若当前前缀P不是空的,输出相应于当前前缀P的码字,然后结束编码。
2. 译码算法
在译码开始时译码词典是空的,它将在译码过程中从码字流中重构。每当从码字流中读入一对码字-字符(W,C)对时,码字就参考已经在词典中的缀-符串,然后把当前码字的缀-符串string.W 和字符C输出到字符流(Charstream),而把当前缀-符串(string.W+C)添加到词典中。在译码结束之后,重构的词典与编码时生成的词典完全相同。LZ78译码的具体算法如下:
步骤1: 在开始时词典是空的。
步骤2: 当前码字W :=码字流中的下一个码字。
步骤3: 当前字符C := 紧随码字之后的字符。
步骤4: 把当前码字的缀-符串(string.W)输出到字符流(Charstream),然后输出字符C。
步骤5: 把string.W+C添加到词典中。
步骤6: 判断码字流中是否还有码字要译
(1) 如果“是”,就返回到步骤2。
(2) 如果“否”,则结束。
[例4.6] 编码字符串如表4-13所示,编码过程如表4-14所示。现说明如下:
(1) “步骤”栏表示编码步骤。
(2) “位置”栏表示在输入数据中的当前位置。
(3) “词典”栏表示添加到词典中的缀-符串,缀-符串的索引等于“步骤”序号。
(4) “输出”栏以(当前码字W, 当前字符C)简化为(W, C)的形式输出。
表:编码字符串
位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9
字符 A B B C B C A B A
表:编码过程
步骤 位置 词典 输出
1 1 A (0,A)
2 2 B (0,B)
3 3 BC (2,C)
4 5 BCA (3,A)
5 8 BA (2,A)
与LZ77相比,LZ78的最大优点是在每个编码步骤中减少了缀-符串(String)比较的数目,而压缩率与LZ77类似。