希望通過本文的介紹，能給目前對lzw算法及其在gif圖像中的應用不太了解，但又渴望了解的人壹些啟發和幫助。只是為了引玉，希望園裏的兄弟們提出寶貴意見。
1的全稱是什麽？LZW？
倫佩爾-齊夫-韋爾奇(LZW)。
2.LZW的引入和壓縮原理是什麽？
LZW壓縮算法是壹種新穎的壓縮方法，由萊姆普爾-齊夫-韋爾奇創立，並以他們的名字命名。它采用了高級的字符串表壓縮，將每個第壹個字符串放在壹個字符串表中，並使用壹個數字來表示該字符串。壓縮後的文件只存儲數字，不存儲字符串，大大提高了圖像文件的壓縮效率。神奇的是，這個字符串表在壓縮或解壓縮時都能正確建立，壓縮或解壓縮後又被丟棄。
在LZW算法中，首先建立壹個字符串表，將每個第壹次出現的字符串放入字符串表中，用壹個數字表示，這個數字與字符串在字符串表中的位置有關，這個數字存儲在壹個壓縮文件中。如果該字符串再次出現，它可以被代表它的數字替換，這個數字存儲在文件中。壓縮後丟棄字符串表。例如，如果“print”字符串在壓縮時用266表示，那麽每當它再次出現時就用266表示，“print”字符串將存儲在字符串表中。當圖像解碼過程中遇到數字266時，可以從字符串表中找出用266表示的字符串“print”，解壓時可以根據壓縮數據重新生成字符串表。
3.在詳細介紹算法之前，先列出壹些與算法相關的概念和詞匯。
1)'字符':壹個字符，壹個基本的數據元素，在壹個普通的文本文件中占據1個單獨的字節，但是在壹個圖像中，它是壹個表示給定像素的顏色的索引值。
2)“CharStream”:數據文件中的字符流。
3)“前綴”:前綴。和這個詞的意思壹樣，代表壹個字符之前最直接的字符。前綴字符的長度可以是0，前綴和字符可以組成壹個字符串。
4)‘後綴’:後綴，是壹個字符。壹個字符串可以由(A，B)組成。a是前綴，b是後綴。當A的長度為0時，它代表根，Root。
5)‘Code:代碼，用來表示壹個字符串的位置編碼。
6)“條目”，壹個代碼和它所代表的字符串。
4.壓縮算法的簡單例子並不是要完全實現lzw算法，而是從最直觀的角度來看LZW算法的思想。
LZW壓縮的原始數據ABCCAABCDDAACCDB。
原始數據中只包含四個字符(A，B，C，D)，這四個字符可以用壹個2-2位數來表示，0-A，1-B，2-C，3-D，從最直觀的角度來看，原始字符串中有重復的字符:ABCCAABCDDAACCDB，4表示AB，4。
5.5的適用範圍。LZW算法
為了區分代表壹個字符串的值(代碼)和原來的單個數據值(字符串)，需要使它們的數值域不重合，用0-3來代表A-D，所以AB必須用大於3的數值來代替。再比如，原來的數值範圍可以用8位表示，所以認為原來的數值範圍是0 ~ 255，壓縮程序生成的標簽範圍不能是0 ~。我們只能從256開始，但這樣會超出8位表示的範圍，所以我們必須至少擴展壹位的數據位數，但這不是增加了1個字符所占用的空間嗎？但是，壹個字符可以代表幾個字符。比如255以前是8位，現在用256來表示254和255這兩個數字是值得的。從這個原理可以看出，LZW算法的適用範圍是原始數據串要有大量重復多次的子串，重復次數越多，壓縮效果越好。相反，越是糟糕，實際上可能越是增加而不是減少。
6.6中的特殊標記。LZW算法
隨著新字符串的發現，標簽將繼續增長。如果原始數據過大，生成的標簽表會越來越大。這時候操作這壹套會造成效率問題。如何避免這個問題？Gif使用lzw算法的方式是，當標簽集足夠大時，它顯然不會增加，所以只需從頭開始。在這個位置，插入了壹個標簽，意味著我重新開始構造字典，之前的標簽全部無效，開始使用新的。
這時，另壹個問題出現了。它有多大？這個標簽集的合適大小是多少？理論上，標簽集越大，壓縮比越高，但開銷也越高。壹般根據處理速度和內存空間來選擇。GIF規範規定12位，如果表達式範圍超過12位，就要推倒重來。為了提高壓縮比，GIF使用了可變字長。比如原來的數據是8位，那麽開始的時候先加1位，初始字長變成9位，然後開始加標簽。當標簽加到512時，也就是大於9是能表示的最大數據量時，意味著後面的標簽只能用10比特表示，所以從這裏開始，後面的字長就是10。以此類推，到2 12，也就是4096的時候，在這裏插壹個清號，從後面開始，從9位數開始。
GIF指定的CLEAR標誌的值是原始數據字長的最大值加上1。如果原始數據字長是8，那麽清零標誌是256，如果原始數據字長是4，那麽就是16。此外，GIF還指定了壹個結束標誌END，其值為CLEAR標誌加1。因為GIF中規定的位數是1(單色圖像)、4 (16彩色)和8 (256彩色)，如果在1比特的情況下只擴展1比特來表示4個狀態，那麽加上壹個清除標誌和壹個結束標誌就會用完，所以1比特就會用完。在另外兩種情況下，初始字長分別為5位和9位。此處引用了壓力例程。
//
//基於“壓縮”的倫佩爾-齊夫壓縮。GIF修改者
//大衛·羅利·(mgardi@watdcsu.waterloo.edu)
//常規定義
靜態只讀int位= 12；
靜態只讀int HSIZE = 5003// 80%的入住率
// GIF圖像壓縮-修改的“壓縮”
//
//基於:compress.c文件壓縮ala IEEE計算機，6月1984。
//
//作者:斯潘塞·w·托馬斯(decvax！哈波。猶他-cs！猶他-gr！托馬斯)
//吉姆·麥基(decvax！麥克瓦克斯！吉姆)
//斯蒂夫·戴維斯(decvax！vax135！petsd！佩奧拉。srd)
// Ken Turkowski (decvax！decwrl！turtlevax！肯)
//詹姆斯·A·伍茲(decvax！ihnp4！艾米斯。頜)
// Joe Orost (decvax！vax135！petsd！喬)
int n _ bits//位數/代碼數
int maxbits = BITS//用戶可設置的最大位數/碼
int maxcode//給定n_bits的最大代碼
int maxmax code = 1 & lt；& lt比特；//永遠不要生成此代碼
int[]htab = new int[HSIZE]；//這是壹個用於哈希的包。妳可以很快在裏面找到1把鑰匙。
int[]codetab = new int[HSIZE]；
int hsize = HSIZE//用於動態調整表格大小
int free _ ent = 0；//第壹個未使用的條目
//塊壓縮參數——所有代碼用完之後，
//並且壓縮率改變，重新開始。
bool clear _ flg = false
//算法:在
//前綴代碼/下壹個字符組合。我們做了壹個Knuth的變體
//算法D(第3卷，秒。6.4)連同g .克諾特的相對-總理
//輔助探測器。在這裏，模塊化的第壹個探索是讓路
//到更快的異或操作。也使用進行塊壓縮
//自適應復位，從而在壓縮時清除代碼表
//比率減小，但是在表填充之後。可變長度輸出
//此時會重新調整代碼的大小，並生成壹個特殊的清除代碼
//用於解壓縮器。後期添加:根據以下內容構建表格
//文件大小可以顯著提高小文件的速度。請指導
//關於這個實現的問題交給ames！下巴。
int g _ init _ bits
int ClearCode
int EOFCode
//輸出
//
//輸出給定的代碼。
//輸入:
// code:壹個n_bits位的整數。如果== -1，那麽EOF。這假設
//那n _ bits = & ltwordsize - 1。
//輸出:
//將代碼輸出到文件。
//假設:
//字符長度為8位。
//算法:
//維護壹個二進制字符長的緩沖區(這樣8個代碼將
//恰好適合它)。使用VAX insv指令插入每個
//依次編碼。當緩沖區填滿時，清空它並重新開始。
int cur _ accum = 0；
int cur _ bits = 0；
int []掩碼=
{
0x0000，
0x0001，
0x0003，
0x0007，
0x000F，
0x001F，
0x003F，
0x007F，
0x00FF，
0x01FF，
0x03FF，
0x07FF，
0x0FFF，
0x1FFF，
0x3FFF，
0x7FFF，
0x ffff }；
//到目前為止這個“數據包”中的字符數
int a _ count
//定義包累加器的存儲
byte[] accum =新字節[256]；
// -
public LZWEncoder(int width，int height，byte[] pixels，int color_depth)
{
imgW =寬度；
imgH =身高；
pixAry =像素；
initCodeSize = Math。Max(2，color _ depth)；
}
//在當前數據包的末尾添加壹個字符，如果是254
//字符，將數據包刷新到磁盤。
void Add(字節c，流輸出)
{
accum[a _ count++]= c；
if(a _ count & gt；= 254)
沖洗(流出)；
}
//清除哈希表
//清除塊壓縮的表
void ClearTable(流輸出)
{
ResetCodeTable(hsize)；
free _ ent = clear code+2；
clear _ flg = true
輸出(清除代碼、輸出)；
}
//重置代碼表
//全部初始化為-1
void ResetCodeTable(int hsize)
{
for(int I = 0；我& lthsize++i)
htab =-1；
}
void Compress(int init_bits，Stream outs)
{
int fcode
int I/* = 0 */；
int c；
int ent
int disp
int hsize _ reg
int hshift
//設置全局變量:g_init_bits -初始位數
//原始數據的字長。在gif文件中，原始數據的字長可以是1(單色圖像)、4(16色)、8(256色)。
//開頭加1。
//但是當原始數據長度為1時，從3開始。
//所以原來的長度是1->；3，4->5，8->九
//?原始數據的字長是1，為什麽起始長度是3？？
//如果+1=2，只能表示四種狀態，clearcode和endcode會用完。所以必須擴展到3。
g _ init _ bits = init _ bits
//設置必要的值
//需要加壹個明確的標記嗎？
//GIF為了提高壓縮比，采用了可變字長(VCL)。比如原始數據是8位，那麽從1位開始(8+1=9)。
//當標簽達到2 ^ 9 = 512，超過當前長度9所能表示的最大值時，那麽後面的標簽就必須用10位來表示。
//以此類推，當標簽達到2 12時，就不能再擴展了，因為最大值是12。妳需要在2 12 = 4096的位置插入壹個明碼，也就是說從現在開始，妳要從9位數重新開始。
clear _ flg = false
n _ bits = g _ init _ bits
//得到可以用n位數表示的最大值(在壹張gif圖片中，壹般是3，5，9開頭，所以maxcode壹般是7，365，438+0，565，438+065，438+0)。
max code = max code(n _ bits)；
//表示我已經從這裏開始構造字典了，前面的標記都無效。
//開始使用新的標記。這個標簽集的合適大小是多少？據說理論上壓縮比越大壓縮比越高(個人感覺太大不壹定好)。
//但是，處理成本也成倍增長。
//gif規定clearcode的值是原始數據最大字長可以表示的值+1；例如，如果原始數據長度為8，那麽clear code = 1 < & lt；(9-1)=256
clear code = 1 & lt；& lt(init _ bits-1)；
//結束標誌是clearcode+1。
eof code = clear code+1；
//取消到此結束。
free _ ent = clear code+2；
//清除數量
a _ count = 0；//清除數據包
//從圖像中獲取下壹個像素
ent = next pixel()；
h shift = 0；
for(fcode = hsize；fcode & lt65536;fcode *= 2)
++ h shift；
//設置哈希代碼範圍
h shift = 8-h shift；//設置哈希代碼範圍界限
hsize _ reg = hsize
//清除存儲標簽的固定大小哈希表，相當於壹個字典。
ResetCodeTable(hsize _ reg)；//清除哈希表
輸出(清除代碼、輸出)；
outer_loop : while ((c = NextPixel())！= EOF)
{
fcode =(c & lt；& ltmaxbits)+ent；
I =(c & lt；& lt^耳鼻喉科；// xor哈希
//嘿嘿，小樣，又來了，我認識妳。
if (htab == fcode)
{
ent = codetab
繼續；
}
//這小子，初來乍到。
else if(htab & gt；= 0) //非空槽
{
disp = hsize _ reg-I；//二級哈希(在g .克諾特之後)
如果(i == 0)
disp = 1；
做
{
if((I-= disp)& lt；0)
I+= hsize _ reg；
if (htab == fcode)
{
ent = codetab
goto outer _ loop
}
} while(htab & gt；= 0);
}
輸出(ent，outs)；
//由此可以看出，ent是前綴，當前正在處理的字符符號是後綴。
ent = c；
//判斷終止符是否超出當前位數所能表示的範圍。
if(free _ ent & lt；maxmaxcode)
{
//如果沒有超級
codetab = free _ ent++；//code-& gt；散列表
//在//哈希表中建立相應的索引。
htab = fcode
}
其他
//描述超出了目前可以表達的範圍。清空字典，重新開始。
可清除(出局)；
}
//輸出最終代碼。
輸出(ent，outs)；
輸出(EOFCode，outs)；
}
// -
公共空編碼(流操作系統)
{
os。WriteByte(轉換。ToByte(init codesize))；//寫入“初始代碼大小”字節
//這個圖像包含多少像素？
剩余= imgW * imgH//重置導航變量
//當前處理的像素索引
curPixel = 0；
Compress(initCodeSize + 1，OS)；//壓縮並寫入像素數據
os。write byte(0)；//寫塊終止符
}
//將數據包刷新到磁盤，並重置累加器
無效沖洗(流出)
{
if(a _ count & gt；0)
{
出局。WriteByte(轉換。ToByte(a _ count))；
出局。Write(accum，0，a _ count)；
a _ count = 0；
}
}
///& lt；總結& gt
///得到可以用n位數表示的最大值。
///& lt；/summary & gt；
///& lt；param name = " n _ bits " & gt位數，壹般n _ bits = 9
///& lt；returns & gt最大值，例如n_bits=8，則返回值為2 ^ 8-1 = 255
int MaxCode(int n_bits)
{
return(1 & lt；& ltn _ bits)-1；
}
// -
//返回圖像的下壹個像素
// -
///& lt；總結& gt
///從圖像中獲取下壹個像素
///& lt；/summary & gt；
///& lt；returns & gt& lt/returns & gt；
private int NextPixel()
{
//還有多少像素沒有處理？
//如果不是，返回結束標誌。
if(剩余== 0)
返回EOF
//否則，處理下壹個，並將未處理的像素數設置為-1。
-剩余；
//當前正在處理的像素
int temp = cur pixel+1；
//如果當前處理的像素在像素範圍內
if(temp & lt；pixAry。GetUpperBound( 0))
{
//下壹個像素
byte pix = pixAry[cur pixel++]；
返回像素& amp0xff
}
返回0xff
}
///& lt；總結& gt
///將字輸出到輸出流
///& lt；/summary & gt；
///& lt；param name = " code " & gt要輸出的單詞
///& lt；param name = " outs " & gt輸出流
void輸出(int代碼，流輸出)
{
//獲取當前標誌位可以表示的最大標誌值。
當前累計& amp= masks[cur _ bits]；
if(cur _ bits & gt；0)
cur _ accum | =(code & lt；& ltcur _ bits)；
其他
//如果標誌位為0，則當前標簽為輸入流。
cur _ accum = code
//當前能量標誌的最大漢字長度(9-10-11-12-9-10。。。。。。。)
cur _ bits+= n _ bit；
//如果當前最大長度大於8
while(cur _ bits & gt；= 8)
{
//向流中輸出壹個字節。
Add((字節)(cur _ accum & amp0xff)、outs
//將當前標簽向右移動8位。
cur _ accum & gt& gt= 8;
cur _ bits-= 8；
}
//如果下壹個條目對於代碼大小來說太大，
//然後增加，如果可能的話。
if(free _ ent & gt；maxcode || clear_flg)
{
if (clear_flg)
{
max code = max code(n _ bits = g _ init _ bits)；
clear _ flg = false
}
其他
{
++ n _ bits；
if (n_bits == maxbits)
maxcode = maxmaxcode
其他
max code = max code(n _ bits)；
}
}
if (code == EOFCode)
{
//在EOF時，寫入緩沖區的其余部分。
while(cur _ bits & gt；0)
{
Add((字節)(cur _ accum & amp0xff)、outs
cur _ accum & gt& gt= 8;
cur _ bits-= 8；
}
沖洗(流出)；
}
}
}
}