一、LZW原理

1.LZW简介

LZW的编码思想是不断地从字符流中提取新的字符串，通俗地理解为新“词条”，然后用“代号”也就是码字表示这个“词条”。这样一来，对字符流的编码就变成了用码字去替换字符流，生成码字流，从而达到压缩数据的目的。LZW编码是围绕称为词典的转换表来完成的。LZW编码器通过管理这个词典完成输入与输出之间的转换。LZW编码器的输入是字符流，字符流可以是用8位ASCII字符组成的字符串，而输出是用n位(例如12位)表示的码字流。

2.LZW编码算法步骤

步骤1：将词典初始化为包含所有可能的单字符，当前前缀P初始化为空。
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”，则用C扩展P，即让P=P＋C，返回到步骤2。
（2）如果“否”，则
输出与当前前缀P相对应的码字W；
将P＋C添加到词典中；
令P=C，并返回到步骤2

流程图

3.LZW解码算法步骤

步骤1：在开始译码时词典包含所有可能的前缀根。
步骤2：令CW：=码字流中的第一个码字。
步骤3：输出当前缀-符串string.CW到码字流。
步骤4：先前码字PW：=当前码字CW。
步骤5：当前码字CW：=码字流的下一个码字。
步骤6：判断当前缀-符串string.CW 是否在词典中。
（1）如果”是”，则把当前缀-符串string.CW输出到字符流。
当前前缀P：=先前缀-符串string.PW。
当前字符C：=当前前缀-符串string.CW的第一个字符。
把缀-符串P+C添加到词典。
（2）如果”否”，则当前前缀P：=先前缀-符串string.PW。
当前字符C：=当前缀-符串string.CW的第一个字符。
输出缀-符串P+C到字符流,然后把它添加到词典中。
步骤7：判断码字流中是否还有码字要译。
（1）如果”是”，就返回步骤4。
（2）如果”否”，结束。

流程图

二、代码注释

void PrintDictionary( void){int n;int count;for( n=256; n<next_code; n++){count = DecodeString( 0, n);printf( "%4d->", n);while( 0<count--) printf("%c", (char)(d_stack[count]));printf( "\n");}
}int DecodeString( int start, int code){int count;count = start;while( 0<=code){d_stack[ count] = dictionary[code].suffix;code = dictionary[code].parent;count ++;}return count;
}
void InitDictionary( void){int i;for( i=0; i<256; i++){dictionary[i].suffix = i;dictionary[i].parent = -1;dictionary[i].firstchild = -1;dictionary[i].nextsibling = i+1;}dictionary[255].nextsibling = -1;next_code = 256;
}
/** Input: string represented by string_code in dictionary,* Output: the index of character+string in the dictionary*      index = -1 if not found*       */
int InDictionary( int character, int string_code){int sibling;if( 0>string_code) return character;  //编码为-1sibling = dictionary[string_code].firstchild;while( -1<sibling){if( character == dictionary[sibling].suffix) return sibling;sibling = dictionary[sibling].nextsibling;}return -1;
}void AddToDictionary( int character, int string_code){int firstsibling, nextsibling;if( 0>string_code) return;dictionary[next_code].suffix = character;dictionary[next_code].parent = string_code;dictionary[next_code].nextsibling = -1;dictionary[next_code].firstchild = -1;firstsibling = dictionary[string_code].firstchild;if( -1<firstsibling){  // the parent has childnextsibling = firstsibling;while( -1<dictionary[nextsibling].nextsibling ) nextsibling = dictionary[nextsibling].nextsibling;dictionary[nextsibling].nextsibling = next_code;}else{// no child before, modify it to be the firstdictionary[string_code].firstchild = next_code;}next_code ++;
}void LZWEncode( FILE *fp, BITFILE *bf){int character;int string_code;int index;unsigned long file_length;fseek( fp, 0, SEEK_END);file_length = ftell( fp);  //得到文件长度fseek( fp, 0, SEEK_SET);BitsOutput( bf, file_length, 4*8);InitDictionary();  //字典初始化string_code = -1;while( EOF!=(character=fgetc( fp))){   // 获取下一个字符,并且指针移动  ,直到文件结束index = InDictionary( character, string_code);if( 0<=index){    // string+character in dictionarystring_code = index;}else{   // string+character not in dictionaryoutput( bf, string_code);if( MAX_CODE > next_code){    // free space in dictionary// add string+character to dictionaryAddToDictionary( character, string_code);}string_code = character;}}output( bf, string_code);
}void LZWDecode(BITFILE* bf, FILE* fp) {int character;int new_code, last_code;int phrase_length;unsigned long file_length;file_length = BitsInput(bf, 4 * 8);if (-1 == file_length) file_length = 0;InitDictionary();last_code = -1;while (0 < file_length) {new_code = input(bf);if (new_code >= next_code) { // this is the case CSCSC( not in dict)d_stack[0] = character;phrase_length = DecodeString(1, last_code);}else {phrase_length = DecodeString(0, new_code);}character = d_stack[phrase_length - 1];while (0 < phrase_length) {phrase_length--;fputc(d_stack[phrase_length], fp);file_length--;}if (MAX_CODE > next_code) {// add the new phrase to dictionaryAddToDictionary(character, last_code);}last_code = new_code;}
}

三、实例应用

文件格式	压缩前大小	压缩后大小
txt	1KB	1KB
txt	110KB	41KB
jpg	10,984KB	15,378KB
cr2	26,553KB	36,276KB
mov	5,169KB	6,351KB
pdf	242KB	312KB
png	9KB	16KB
bmp	3KB	2KB
yuv	4,320KB	785KB
m4a	50KB	66KB

分析：
在以上十个文件中，只有长txt,bmp和yuv文件压缩后变小了。经分析，**当原文件有大量重复信息时，LZW编码方式才会显著的压缩文件。**否则反而会适得其反。

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