LZW压缩算法是Unisys的专利,由Lempel-Ziv-Welch三人发明,有效期到2003年。

LZW思路:

ASCII字符有255个,每个用8bits表示,如果要表示2个字符,就用16bits;3个字符就用24bits,依此类推。假设我们对ASCII码扩展成12位,可以有4096个字符,并自己定义255以后的含义,如ab定义成258,abc定义成259,那么ab只用9位,较原来节约7位;abc也只用9位,较原来24bits节约15位,可以想象,代替的字符串越长,位数越节约。一般LZW压缩比为2:1或3:1。这是以前系统内存以及存储能力较小,为提高计算和存储能力而设计的。到现在,计算机性能突飞猛进,其优势就不复存在。

LZW核心是在于其压缩算法——动态生成压缩字典,自动还原压缩字典进行解压,压缩数据内含压缩字典,边压缩边生成压缩字典,但不保存;解压时,边解压边还原压缩字典,进行解压。

压缩

生成压缩字典就是如何将255个的ASCII码动态扩展成最大4096个字符码的过程。

(1)形成关键字为255个ascii码,值为0~255的初始字典,设定clearcode=256,endcode=257。(clearcode是为了在解压时避免扩展字典容量超过4096时,告诉程序以后的压缩数据的压缩字典重新计算;endcode表示结束)

(2)读取一个字符(input),和根字符(root)形成新的字符串(key),如果新字符串(key)在字典里存在,将根字符用新字符串(key)取代;如果key不存在,则将root计入输出流,input计为root字符,在字典中添加Key。

以ababababa为例,演示其压缩过程:

index Input Root

Root+Input

(key)

Dictionary Out
1 a(97)   a - -
2 b(98) a ab [258]=ab 97
3 a(97) b ba [259]=ba 98
4 b(98) a ab - -
5 a(97) ab aba [260]=aba 258
6 b(98) a ab - -
7 a(97) ab aba - -
8 b(98) aba abab [261]=abab 260
9 a(97) b ba - -
10 - ba - - 259

压缩输出值(10进制):97|98|258|260|259
输出转换值(9bits二进制):001100001|001100010|100000010|100000100|100000011
最终输出值(8bits字节):48|152|160|80|72|24

解压

(1)同压缩,生成初始字典;

(2)读取一个字符(input)的第一个数值,在字典中找到对应的字符串输出,key字符=Root字符+input字符串第一个字符,并将key添加到字典中,将input设为新Root;

如果没有对应的关键字,key字符=Root+Root的第一个字符,并将key添加到字典中,输出key字符,将key设为新Root;

以上面压缩数据97 98 258 260 259 解压为例:
输入压缩值(8bits字节):48|152|160|80|72|24
转换压缩值(9bits二进制):001100001|001100010|100000010|100000100|100000011

Index Input Root

Root+Input.FirstChar

(Key)

Dictionary Out 说明
1 97(a)   a - - 字典存在97这个序号
2 98(b) a(97) ab [258]=ab a  
3 258(ab) b(98) ba [259]=ba b  
4 260 ab(258) aba [260]=aba ab 260不存在字典,Root+Root.firstChar,添加到字典,并输出(这是lzw最巧妙的地方,没有在字典里,如何推算出260),aba=>root
5 259(ba) aba(260) abab [261]=abab aba  
6 - ba(259) - - ba  

最终输出:ababababa

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