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lz77源码

发布时间: 2022-08-05 03:39:52

1. .7z后缀的文件用什么打开

工具材料

winrar软件

方法如下

1、首先打开“winrar”软件,在下拉菜单中找到“设置”选项。

2. 电脑izip是什么软件

是一款解压缩软件。

数据压缩包含了非常多的软件和硬件技术,这些技术各不相同,但是大多数压缩软件都是基于LZ77、LZ88算法并加以修正而成,而LZ77是字典压缩的起源。

一个文本文件是由一些单词组成,而且必定有重复现象发生。

例如我们这里经常出现的“压缩软件”一词,压缩的原理就是在文件的头部做一个类似字典的东西,把“压缩软件”这个词放在“字典”中,并为这个词指定一个占较少字节数的编码,而文章中的“压缩软件”一词均用此编码代替,以达到压缩的目的。

ZIP文件格式是一种数据压缩和文档储存的文件格式,原名Deflate,发明者为菲尔·卡茨(Phil Katz),他于1989年1月公布了该格式的资料。ZIP通常使用后缀名“.zip”,它的MIME格式为application/zip。

当前,ZIP格式属于几种主流的压缩格式之一,其竞争者包括RAR格式以及开放源码的7z格式。从性能上比较,RAR及7z格式较ZIP格式压缩率较高,而7-Zip由于提供了免费的压缩工具而逐渐在更多的领域得到应用。

Microsoft从Windows ME操作系统开始内置对zip格式的支持,即使用户的计算机上没有安装解压缩软件,也能打开和制作zip格式的压缩文件,OS X和流行的Linux操作系统也对zip格式提供了类似的支持。

因此如果在网络上传播和分发文件,zip格式往往是最常用的选择。

3. .NET Framework问题 ,会的帮帮忙。。。

1..............................
泛型是程序设计语言的一种特性。允许程序员在强类型程序设计语言中编写代码时定义一些可变部份,那些部份在使用前必须作出指明。各种程序设计语言和其编译器、运行环境对泛型的支持均不一样。将类型参数化以达到代码复用提高软件开发工作效率的一种数据类型。泛型类是引用类型,是堆对象,主要是引入了类型参数这个概念。
泛型类和泛型方法同时具备可重用性、类型安全和效率,这是非泛型类和非泛型方法无法具备的。

2.............................
JIT(just-in-time compilation)指计算机领域里,即时编译也被成为动态翻译,是一种通过在运行时将字节码翻译为机器码,从而改善字节码编译语言性能的技术。即时编译前期的两个运行时理论是字节码编译和动态编译。

在编译为字节码的系统如 Limb 编程语言,Smalltalk, UCSD P-System, Perl, GNU CLISP, 和 Java 的早期版本中, 源代码被翻译为一种中间表示即字节码。 字节码不是任何特定计算机的机器码, 它可以在多种计算机体系中移植。字节码被解释着运行在虚拟机里。

动态编译环境是一种在执行时使用编译器的编译环境。 例如, 多数 Common Lisp 系统有一个编译函数,他可以编译在运行时创建的函数。

在即时编译环境下, 字节码的编译是第一步, 它将源代码递归到可移植和可优化的中间表示。字节码被部署到目标系统。 当执行代码时,运行时环境的编译器将字节码翻译为本地机器码。 基于每个文件或每个函数:函数仅仅在他们要被执行时才会被编译。

目标是要组合利用本地和字节码编译的多种优势:多数重量级的任务如源代码解析和基本性能的优化在编译时处理,将字节码编译为机器码比起从源代码编译为机器码要快得多。部署字节码是可移植的,而机器码只限于特定的系统结构。从字节码到机器码编译器的实现更容易,因为大部分工作已经在实现字节码编译器时完成。

3.........................
提供了可以跨平台的可能性。

4.........................
DeflateStream 类
注意:此类在 .NET Framework 2.0 版中是新增的。

提供用于使用 Deflate 算法压缩和解压缩流的方法和属性。
此类表示 Deflate 算法,这是无损压缩和解压缩文件的行业标准算法。它结合了 LZ77 算法和霍夫曼编码。只能使用以前绑定的中间存储量来产生或使用数据,即使对于任意长度的、按顺序出现的输入数据流也是如此。这种格式可以通过不涉及专利使用权的方式轻松实现。有关更多信息,请参见 RFC 1951“DEFLATE Compressed Data Format Specification version 1.3”(Deflate 压缩数据格式规范版本 1.3)。此类不能用于压缩大于 4 GB 的文件。

GZipStream 类
注意:此类在 .NET Framework 2.0 版中是新增的。

提供用于压缩和解压缩流的方法和属性。
此类表示 GZip 数据格式,它使用无损压缩和解压缩文件的行业标准算法。这种格式包括一个检测数据损坏的循环冗余校验值。GZip 数据格式使用的算法与 DeflateStream 类的算法相同,但它可以扩展以使用其他压缩格式。这种格式可以通过不涉及专利使用权的方式轻松实现。gzip 的格式可以从 RFC 1952“GZIP file format specification 4.3(GZIP 文件格式规范 4.3)GZIP file format specification 4.3(GZIP 文件格式规范 4.3)”中获得。此类不能用于压缩大于 4 GB 的文件。

5..............................
委托是一种在对象里保存方法引用的类型,同时也是一种类型安全的函数指针。
给你举个例子:
//声明一个委托,这里的NewDelegate()可以理解为是之后用来取方法的一个类型。
delegate void NewDelegate();
//下面定义的a,b两种方法,你可以理解为NewDelegate这个类型的两个实例。
public void a(){};
public void b(){};
public void main()
{
NewDelegate dgt1=new NewDelegate(a);
NewDelegate dgt2=new NewDelegate(b);
//dgt1指向方法a,dgt2指向方法b。也就是说一个方法的返回值和参数类型数量与声明的委托
//相符时,就可以用一个委托来调用这个方法。而这个方法的名称作为参数传递给实例化的那个委托
}

事件是一种特殊的委托,为什么这么说呢?
用反编译工具反编译.net framework即可发现,事件的定义(这里只是举其中一种事件的定义,事件的参数在类库中定义有区别),如下:
public delegate void EventHandler(object sender, EventArgs e);
而常见的各种控件的Click事件是如何定义的呢?
public event EventHandler Click;
说明 Click事件是一个委托
而我们常见的一个Button控件添加一个事件是怎么做的呢?
PageLoad里:Button1.Click+=new EventHandler(Button1_Click);
定义Button1的事件 protected Button1_Click(object sender,EventArgs e){}
如你所见,这是一个很典型的委托调用。

6............................................
信息 :说明
程序集名称:指定程序集名称的文本字符串。
版本号:主版本号和次版本号,以及修订号和内部版本号。公共语言运行库使用这些编号来强制实施版本策略。
区域性:有关该程序集支持的区域性或语言的信息。此信息只应用于将一个程序集指定为包含特定区域性或特定语言信息的附属程序集。(具有区域性信息的程序集被自动假定为附属程序集。)
强名称信息:如果已经为程序集提供了一个强名称,则为来自发行者的公钥。
程序集中所有文件的列表: 在程序集中包含的每一文件的散列及文件名。请注意,构成程序集的所有文件所在的目录必须是包含该程序集清单的文件所在的目录。
类型引用信息: 运行库用来将类型引用映射到包含其声明和实现的文件的信息。该信息用于从程序集导出的类型。
有关被引用程序集的信息: 该程序集静态引用的其他程序集的列表。如果依赖的程序集具有强名称,则每一引用均包括该依赖程序集的名称、程序集元数据(版本、区域性、操作系统等)和公钥。
通过在代码中使用程序集属性,您可以添加或更改程序集清单中的一些信息。您可以更改版本信息和信息性属性,包括商标、版权、产品、公司和信息性版本。

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4. 手机图片是什么格式

通常为JPG/JPEG、PNG、GIF格式。

1、JPG/JPEG

最适合于使用真彩色或平滑过渡式的照片和图片。该格式使用有损压缩来减少图片的大小,因此用户将看到随着文件的减小,图片的质量也降低了,当图片转换成.jpg文件时,图片中的透明区域将转化为纯色。

2、PNG

可移植的网络图形格式适合于任何类型,任何颜色深度的图片。也可以用PNG来保存带调色板的图片。该格式使用无损压缩来减少图片的大小,同时保留图片中的透明区域,所以文件也略大。

3、GIF

GIF,图形交换格式。最适合用于线条图的剪贴画以及使用大块纯色的图片。该格式使用无损压缩来减少图片的大小,当用户要保存图片为.GIF时,可以自行决定是否保存透明区域或者转换为纯色。同时,通过多幅图片的转换,GIF格式还可以保存动画文件。

(4)lz77源码扩展阅读:

JPEG格式由于可以提供有损压缩,因此压缩比可以达到其他传统压缩算法无法比拟的程度。JPEG的压缩模式有以下几种:

1、顺序式编码(Sequential Encoding):一次将图像由左到右、由上到下顺序处理。

2、递增式编码(Progressive Encoding):当图像传输的时间较长时,可将图像分数次处理,以从模糊到清晰的方式来传送图像(效果类似GIF在网络上的传输)。

3、无有损编码(Lossless Encoding)。

4、阶梯式编码(Hierarchical Encoding):图像以数种分辨率来压缩,其目的是为了让具有高分辨率的图像也可以在较低分辨率的设备上显示。Independent JPEG Group所提供的源码上,有jpegtran程序,就提供了优化Huffman,转成渐进式,镜射,旋转这些无损耗转换。

5. 7zip与zip rar的区别在哪

都是压缩格式,我也比较喜欢用7ZIP格式,因为压缩效率高,但就是速度慢了些,可能是7ZIP的词典丰富、算法强大。

7-Zip 是一款 开源 软件。大多数源代码都基于 GNU LGPL 许可协议下发布。AES 代码基于 BSD 许可下发布。unRAR 代码基于两种许可:GNU LGPL 和 unRAR 限制许可。
您可以在使用任何计算机上使用 7-Zip ,包括用在商业用途的计算机,不对 7-Zip 进行捐赠或支付并不影响您的使用。但是您可以通过 捐赠 的方式来支持 7-Zip 今后的发展。
7-Zip 主要特征
更新了算法来加大 7z 格式 的压缩比
支持格式:
压缩及解压缩:7z、ZIP、GZIP、BZIP2 和 TAR (目前不支持RAR格式,是因为RAR是一种商业格式)
仅解压缩:RAR、CAB、ISO、ARJ、LZH、CHM、WIM、Z、CPIO、RPM、DEB 和 NSIS
对于 ZIP 及 GZIP 格式,7-Zip 能提供比使用 PKZip 及 WinZip 高 2-10% 的压缩比
7z 格式支持创建自释放(SFX)压缩档案
集成 Windows 外壳扩展
强大的的文件管理
强大的命令行版本
支持 FAR Manager 插件
支持 69 种语言
通常使用 7-Zip 的 7z 格式能比使用 zip 格式的压缩档案小 30-70%。并且使用 7-Zip 创建的 zip 格式比大多数其它压缩软件创建的都小 2-10%。

6. 求7z算法的原理,详细

7z算法的原理:

简单地说也就是把文件中的重复数据用更简洁的方法表示,例如一个文件中有1000个字母A,那么这将占用1KB的数据空间,如果用压缩算法就可以用1000A来表示,那么它只需要5个字节的数据空间,压缩比达到了200倍。

7z简介:

7z 是一种主流高效的压缩格式,它拥有极高的压缩比。在计算机科学中,7z是一种可以使用多种压缩算法进行数据压缩的档案格式。该格式最初被7-Zip实现并采用,但是这种档案格式是公有的,并且7-Zip软件本身亦在GNU宽通用公共许可证 (GNU LGPL)协议下开放源代码。目前LZMA软件开发工具包的最新版本为V9.34。7z格式的MIME类型为application/x-7z-compressed。

7. LZSS算法名称的由来

LZSS是一种由LZ77改进的基于字典压缩的编码,LZSS编码的原理是搜索目前未压缩的数据是否在前面出现过,如果出现过则利用前面出现的位置和长度代替现在的未压缩数据。
LZ77算法是由 Lempel-Ziv 在1977发明的。LZ77算法有许多变种算法,LZSS算法是LZ77其中一种变形,虽然LZ77有多种变形算法,但是这些基于LZ77变形的算法背后的原理都是一样的。
请原谅我复制了上面俩段
我只是想告诉你 加上我自己的认知和我在网上能搜索到的所有内容来告诉你
LZSS 后SS是一种算法 不代表意义
不是人名 就象LZ77一样
它是演变过来的 区别LZ77 以LZSS算法的形式
后面SS 是代表这种算法的规律和变化
所以就象加减乘除 它仅代表一种运算方式
看到LZSS你就想到了这 LZ77又是另一种
不知道我的浅薄解释您满意不?

8. 数据压缩技术的数据压缩技术简史

电脑里的数据压缩其实类似于美眉们的瘦身运动,不外有两大功用。第一,可以节省空间。拿瘦身美眉来说,要是八个美眉可以挤进一辆出租车里,那该有多省钱啊!第二,可以减少对带宽的占用。例如,我们都想在不到 100Kbps 的 GPRS 网上观看 DVD 大片,这就好比瘦身美眉们总希望用一尺布裁出七件吊带衫,前者有待于数据压缩技术的突破性进展,后者则取决于美眉们的恒心和毅力。
简单地说,如果没有数据压缩技术,我们就没法用 WinRAR 为 Email 中的附件瘦身;如果没有数据压缩技术,市场上的数码录音笔就只能记录不到 20 分钟的语音;如果没有数据压缩技术,从 Internet 上下载一部电影也许要花半年的时间……可是这一切究竟是如何实现的呢?数据压缩技术又是怎样从无到有发展起来的呢? 一千多年前的中国学者就知道用“班马”这样的缩略语来指代班固和司马迁,这种崇尚简约的风俗一直延续到了今天的 Internet 时代:当我们在 BBS 上用“ 7456 ”代表“气死我了”,或是用“ B4 ”代表“ Before ”的时候,我们至少应该知道,这其实就是一种最简单的数据压缩呀。
严格意义上的数据压缩起源于人们对概率的认识。当我们对文字信息进行编码时,如果为出现概率较高的字母赋予较短的编码,为出现概率较低的字母赋予较长的编码,总的编码长度就能缩短不少。远在计算机出现之前,着名的 Morse 电码就已经成功地实践了这一准则。在 Morse 码表中,每个字母都对应于一个唯一的点划组合,出现概率最高的字母 e 被编码为一个点“ . ”,而出现概率较低的字母 z 则被编码为“ --.. ”。显然,这可以有效缩短最终的电码长度。
信息论之父 C. E. Shannon 第一次用数学语言阐明了概率与信息冗余度的关系。在 1948 年发表的论文“通信的数学理论( A Mathematical Theory of Communication )”中, Shannon 指出,任何信息都存在冗余,冗余大小与信息中每个符号(数字、字母或单词)的出现概率或者说不确定性有关。 Shannon 借鉴了热力学的概念,把信息中排除了冗余后的平均信息量称为“信息熵”,并给出了计算信息熵的数学表达式。这篇伟大的论文后来被誉为信息论的开山之作,信息熵也奠定了所有数据压缩算法的理论基础。从本质上讲,数据压缩的目的就是要消除信息中的冗余,而信息熵及相关的定理恰恰用数学手段精确地描述了信息冗余的程度。利用信息熵公式,人们可以计算出信息编码的极限,即在一定的概率模型下,无损压缩的编码长度不可能小于信息熵公式给出的结果。
有了完备的理论,接下来的事就是要想办法实现具体的算法,并尽量使算法的输出接近信息熵的极限了。当然,大多数工程技术人员都知道,要将一种理论从数学公式发展成实用技术,就像仅凭一个 E=mc 2 的公式就要去制造核武器一样,并不是一件很容易的事。 设计具体的压缩算法的过程通常更像是一场数学游戏。开发者首先要寻找一种能尽量精确地统计或估计信息中符号出现概率的方法,然后还要设计一套用最短的代码描述每个符号的编码规则。统计学知识对于前一项工作相当有效,迄今为止,人们已经陆续实现了静态模型、半静态模型、自适应模型、 Markov 模型、部分匹配预测模型等概率统计模型。相对而言,编码方法的发展历程更为曲折一些。
1948 年, Shannon 在提出信息熵理论的同时,也给出了一种简单的编码方法—— Shannon 编码。 1952 年, R. M. Fano 又进一步提出了 Fano 编码。这些早期的编码方法揭示了变长编码的基本规律,也确实可以取得一定的压缩效果,但离真正实用的压缩算法还相去甚远。
第一个实用的编码方法是由 D. A. Huffman 在 1952 年的论文“最小冗余度代码的构造方法( A Method for the Construction of Minimum Rendancy Codes )”中提出的。直到今天,许多《数据结构》教材在讨论二叉树时仍要提及这种被后人称为 Huffman 编码的方法。 Huffman 编码在计算机界是如此着名,以至于连编码的发明过程本身也成了人们津津乐道的话题。据说, 1952 年时,年轻的 Huffman 还是麻省理工学院的一名学生,他为了向老师证明自己可以不参加某门功课的期末考试,才设计了这个看似简单,但却影响深远的编码方法。
Huffman 编码效率高,运算速度快,实现方式灵活,从 20 世纪 60 年代至今,在数据压缩领域得到了广泛的应用。例如,早期 UNIX 系统上一个不太为现代人熟知的压缩程序 COMPACT 实际就是 Huffman 0 阶自适应编码的具体实现。 20 世纪 80 年代初, Huffman 编码又出现在 CP/M 和 DOS 系统中,其代表程序叫 SQ 。今天,在许多知名的压缩工具和压缩算法(如 WinRAR 、 gzip 和 JPEG )里,都有 Huffman 编码的身影。不过, Huffman 编码所得的编码长度只是对信息熵计算结果的一种近似,还无法真正逼近信息熵的极限。正因为如此,现代压缩技术通常只将 Huffman 视作最终的编码手段,而非数据压缩算法的全部。
科学家们一直没有放弃向信息熵极限挑战的理想。 1968 年前后, P. Elias 发展了 Shannon 和 Fano 的编码方法,构造出从数学角度看来更为完美的 Shannon-Fano-Elias 编码。沿着这一编码方法的思路, 1976 年, J. Rissanen 提出了一种可以成功地逼近信息熵极限的编码方法——算术编码。 1982 年, Rissanen 和 G. G. Langdon 一起改进了算术编码。之后,人们又将算术编码与 J. G. Cleary 和 I. H. Witten 于 1984 年提出的部分匹配预测模型( PPM )相结合,开发出了压缩效果近乎完美的算法。今天,那些名为 PPMC 、 PPMD 或 PPMZ 并号称压缩效果天下第一的通用压缩算法,实际上全都是这一思路的具体实现。
对于无损压缩而言, PPM 模型与算术编码相结合,已经可以最大程度地逼近信息熵的极限。看起来,压缩技术的发展可以到此为止了。不幸的是,事情往往不像想象中的那样简单:算术编码虽然可以获得最短的编码长度,但其本身的复杂性也使得算术编码的任何具体实现在运行时都慢如蜗牛。即使在摩尔定律大行其道, CPU 速度日新月异的今天,算术编码程序的运行速度也很难满足日常应用的需求。没办法,如果不是后文将要提到的那两个犹太人,我们还不知要到什么时候才能用上 WinZIP 这样方便实用的压缩工具呢。 逆向思维永远是科学和技术领域里出奇制胜的法宝。就在大多数人绞尽脑汁想改进 Huffman 或算术编码,以获得一种兼顾了运行速度和压缩效果的“完美”编码的时候,两个聪明的犹太人 J. Ziv 和 A. Lempel 独辟蹊径,完全脱离 Huffman 及算术编码的设计思路,创造出了一系列比 Huffman 编码更有效,比算术编码更快捷的压缩算法。我们通常用这两个犹太人姓氏的缩写,将这些算法统称为 LZ 系列算法。
按照时间顺序, LZ 系列算法的发展历程大致是: Ziv 和 Lempel 于 1977 年发表题为“顺序数据压缩的一个通用算法( A Universal Algorithm for Sequential Data Compression )”的论文,论文中描述的算法被后人称为 LZ77 算法。 1978 年,二人又发表了该论文的续篇“通过可变比率编码的独立序列的压缩( Compression of Indivial Sequences via Variable Rate Coding )”,描述了后来被命名为 LZ78 的压缩算法。 1984 年, T. A. Welch 发表了名为“高性能数据压缩技术( A Technique for High Performance Data Compression )”的论文,描述了他在 Sperry 研究中心(该研究中心后来并入了 Unisys 公司)的研究成果,这是 LZ78 算法的一个变种,也就是后来非常有名的 LZW 算法。 1990 年后, T. C. Bell 等人又陆续提出了许多 LZ 系列算法的变体或改进版本。
说实话, LZ 系列算法的思路并不新鲜,其中既没有高深的理论背景,也没有复杂的数学公式,它们只是简单地延续了千百年来人们对字典的追崇和喜好,并用一种极为巧妙的方式将字典技术应用于通用数据压缩领域。通俗地说,当你用字典中的页码和行号代替文章中每个单词的时候,你实际上已经掌握了 LZ 系列算法的真谛。这种基于字典模型的思路在表面上虽然和 Shannon 、 Huffman 等人开创的统计学方法大相径庭,但在效果上一样可以逼近信息熵的极限。而且,可以从理论上证明, LZ 系列算法在本质上仍然符合信息熵的基本规律。
LZ 系列算法的优越性很快就在数据压缩领域里体现 了 出来,使用 LZ 系列算法的工具软件数量呈爆炸式增长。 UNIX 系统上最先出现了使用 LZW 算法的 compress 程序,该程序很快成为了 UNIX 世界的压缩标准。紧随其后的是 MS-DOS 环境下的 ARC 程序,以及 PKWare 、 PKARC 等仿制品。 20 世纪 80 年代,着名的压缩工具 LHarc 和 ARJ 则是 LZ77 算法的杰出代表。
今天, LZ77 、 LZ78 、 LZW 算法以及它们的各种变体几乎垄断了整个通用数据压缩领域,我们熟悉的 PKZIP 、 WinZIP 、 WinRAR 、 gzip 等压缩工具以及 ZIP 、 GIF 、 PNG 等文件格式都是 LZ 系列算法的受益者,甚至连 PGP 这样的加密文件格式也选择了 LZ 系列算法作为其数据压缩的标准。
没有谁能否认两位犹太人对数据压缩技术的贡献。我想强调的只是,在工程技术领域,片面追求理论上的完美往往只会事倍功半,如果大家能像 Ziv 和 Lempel 那样,经常换个角度来思考问题,没准儿你我就能发明一种新的算法,就能在技术方展史上扬名立万呢。 LZ 系列算法基本解决了通用数据压缩中兼顾速度与压缩效果的难题。但是,数据压缩领域里还有另一片更为广阔的天地等待着我们去探索。 Shannon 的信息论告诉我们,对信息的先验知识越多,我们就可以把信息压缩得越小。换句话说,如果压缩算法的设计目标不是任意的数据源,而是基本属性已知的特种数据,压缩的效果就会进一步提高。这提醒我们,在发展通用压缩算法之余,还必须认真研究针对各种特殊数据的专用压缩算法。比方说,在今天的数码生活中,遍布于数码相机、数码录音笔、数码随身听、数码摄像机等各种数字设备中的图像、音频、视频信息,就必须经过有效的压缩才能在硬盘上存储或是通过 USB 电缆传输。实际上,多媒体信息的压缩一直是数据压缩领域里的重要课题,其中的每一个分支都有可能主导未来的某个技术潮流,并为数码产品、通信设备和应用软件开发商带来无限的商机。
让我们先从图像数据的压缩讲起。通常所说的图像可以被分为二值图像、灰度图像、彩色图像等不同的类型。每一类图像的压缩方法也不尽相同。
传真技术的发明和广泛使用促进了二值图像压缩算法的飞速发展。 CCITT (国际电报电话咨询委员会,是国际电信联盟 ITU 下属的一个机构)针对传真类应用建立了一系列图像压缩标准,专用于压缩和传递二值图像。这些标准大致包括 20 世纪 70 年代后期的 CCITT Group 1 和 Group 2 , 1980 年的 CCITT Group 3 ,以及 1984 年的 CCITT Group 4 。为了适应不同类型的传真图像,这些标准所用的编码方法包括了一维的 MH 编码和二维的 MR 编码,其中使用了行程编码( RLE )和 Huffman 编码等技术。今天,我们在办公室或家里收发传真时,使用的大多是 CCITT Group 3 压缩标准,一些基于数字网络的传真设备和存放二值图像的 TIFF 文件则使用了 CCITT Group 4 压缩标准。 1993 年, CCITT 和 ISO (国际标准化组织)共同成立的二值图像联合专家组( Joint Bi-level Image Experts Group , JBIG )又将二值图像的压缩进一步发展为更加通用的 JBIG 标准。
实际上,对于二值图像和非连续的灰度、彩色图像而言,包括 LZ 系列算法在内的许多通用压缩算法都能获得很好的压缩效果。例如,诞生于 1987 年的 GIF 图像文件格式使用的是 LZW 压缩算法, 1995 年出现的 PNG 格式比 GIF 格式更加完善,它选择了 LZ77 算法的变体 zlib 来压缩图像数据。此外,利用前面提到过的 Huffman 编码、算术编码以及 PPM 模型,人们事实上已经构造出了许多行之有效的图像压缩算法。
但是,对于生活中更加常见的,像素值在空间上连续变化的灰度或彩色图像(比如数码照片),通用压缩算法的优势就不那么明显了。幸运的是,科学家们发现,如果在压缩这一类图像数据时允许改变一些不太重要的像素值,或者说允许损失一些精度(在压缩通用数据时,我们绝不会容忍任何精度上的损失,但在压缩和显示一幅数码照片时,如果一片树林里某些树叶的颜色稍微变深了一些,看照片的人通常是察觉不到的),我们就有可能在压缩效果上获得突破性的进展。这一思想在数据压缩领域具有革命性的地位:通过在用户的忍耐范围内损失一些精度,我们可以把图像(也包括音频和视频)压缩到原大小的十分之一、百分之一甚至千分之一,这远远超出了通用压缩算法的能力极限。也许,这和生活中常说的“退一步海阔天空”的道理有异曲同工之妙吧。
这种允许精度损失的压缩也被称为有损压缩。在图像压缩领域,着名的 JPEG 标准是有损压缩算法中的经典。 JPEG 标准由静态图像联合专家组( Joint Photographic Experts Group , JPEG )于 1986 年开始制定, 1994 年后成为国际标准。 JPEG 以离散余弦变换( DCT )为核心算法,通过调整质量系数控制图像的精度和大小。对于照片等连续变化的灰度或彩色图像, JPEG 在保证图像质量的前提下,一般可以将图像压缩到原大小的十分之一到二十分之一。如果不考虑图像质量, JPEG 甚至可以将图像压缩到“无限小”。
JPEG 标准的最新进展是 1996 年开始制定, 2001 年正式成为国际标准的 JPEG 2000 。与 JPEG 相比, JPEG 2000 作了大幅改进,其中最重要的是用离散小波变换( DWT )替代了 JPEG 标准中的离散余弦变换。在文件大小相同的情况下, JPEG 2000 压缩的图像比 JPEG 质量更高,精度损失更小。作为一个新标准, JPEG 2000 暂时还没有得到广泛的应用,不过包括数码相机制造商在内的许多企业都对其应用前景表示乐观, JPEG 2000 在图像压缩领域里大显身手的那一天应该不会特别遥远。
JPEG 标准中通过损失精度来换取压缩效果的设计思想直接影响了视频数据的压缩技术。 CCITT 于 1988 年制定了电视电话和会议电视的 H.261 建议草案。 H.261 的基本思路是使用类似 JPEG 标准的算法压缩视频流中的每一帧图像,同时采用运动补偿的帧间预测来消除视频流在时间维度上的冗余信息。在此基础上, 1993 年, ISO 通过了动态图像专家组( Moving Picture Experts Group , MPEG )提出的 MPEG-1 标准。 MPEG-1 可以对普通质量的视频数据进行有效编码。我们现在看到的大多数 VCD 影碟,就是使用 MPEG-1 标准来压缩视频数据的。
为了支持更清晰的视频图像,特别是支持数字电视等高端应用, ISO 于 1994 年提出了新的 MPEG-2 标准(相当于 CCITT 的 H.262 标准)。 MPEG-2 对图像质量作了分级处理,可以适应普通电视节目、会议电视、高清晰数字电视等不同质量的视频应用。在我们的生活中,可以提供高清晰画面的 DVD 影碟所采用的正是 MPEG-2 标准。
Internet 的发展对视频压缩提出了更高的要求。在内容交互、对象编辑、随机存取等新需求的刺激下, ISO 于 1999 年通过了 MPEG-4 标准(相当于 CCITT 的 H.263 和 H.263+ 标准)。 MPEG-4 标准拥有更高的压缩比率,支持并发数据流的编码、基于内容的交互操作、增强的时间域随机存取、容错、基于内容的尺度可变性等先进特性。 Internet 上新兴的 DivX 和 XviD 文件格式就是采用 MPEG-4 标准来压缩视频数据的,它们可以用更小的存储空间或通信带宽提供与 DVD 不相上下的高清晰视频,这使我们在 Internet 上发布或下载数字电影的梦想成为了现实。
就像视频压缩和电视产业的发展密不可分一样,音频数据的压缩技术最早也是由无线电广播、语音通信等领域里的技术人员发展起来的。这其中又以语音编码和压缩技术的研究最为活跃。自从 1939 年 H. Dudley 发明声码器以来,人们陆续发明了脉冲编码调制( PCM )、线性预测( LPC )、矢量量化( VQ )、自适应变换编码( ATC )、子带编码( SBC )等语音分析与处理技术。这些语音技术在采集语音特征,获取数字信号的同时,通常也可以起到降低信息冗余度的作用。像图像压缩领域里的 JPEG 一样,为获得更高的编码效率,大多数语音编码技术都允许一定程度的精度损失。而且,为了更好地用二进制数据存储或传送语音信号,这些语音编码技术在将语音信号转换为数字信息之后又总会用 Huffman 编码、算术编码等通用压缩算法进一步减少数据流中的冗余信息。
对于电脑和数字电器(如数码录音笔、数码随身听)中存储的普通音频信息,我们最常使用的压缩方法主要是 MPEG 系列中的音频压缩标准。例如, MPEG-1 标准提供了 Layer I 、 Layer II 和 Layer III 共三种可选的音频压缩标准, MPEG-2 又进一步引入了 AAC ( Advanced Audio Coding )音频压缩标准, MPEG-4 标准中的音频部分则同时支持合成声音编码和自然声音编码等不同类型的应用。在这许多音频压缩标准中,声名最为显赫的恐怕要数 MPEG-1 Layer III ,也就是我们常说的 MP3 音频压缩标准了。从 MP3 播放器到 MP3 手机,从硬盘上堆积如山的 MP3 文件到 Internet 上版权纠纷不断的 MP3 下载, MP3 早已超出了数据压缩技术的范畴,而成了一种时尚文化的象征了。
很显然,在多媒体信息日益成为主流信息形态的数字化时代里,数据压缩技术特别是专用于图像、音频、视频的数据压缩技术还有相当大的发展空间——毕竟,人们对信息数量和信息质量的追求是永无止境的。 从信息熵到算术编码,从犹太人到 WinRAR ,从 JPEG 到 MP3 ,数据压缩技术的发展史就像是一个写满了“创新”、“挑战”、“突破”和“变革”的羊皮卷轴。也许,我们在这里不厌其烦地罗列年代、人物、标准和文献,其目的只是要告诉大家,前人的成果只不过是后人有望超越的目标而已,谁知道在未来的几年里,还会出现几个 Shannon ,几个 Huffman 呢?
谈到未来,我们还可以补充一些与数据压缩技术的发展趋势有关的话题。
1994年, M. Burrows 和 D. J. Wheeler 共同提出了一种全新的通用数据压缩算法。这种算法的核心思想是对字符串轮转后得到的字符矩阵进行排序和变换,类似的变换算法被称为 Burrows-Wheeler 变换,简称 BWT 。与 Ziv 和 Lempel 另辟蹊径的做法如出一辙, Burrows 和 Wheeler 设计的 BWT 算法与以往所有通用压缩算法的设计思路都迥然不同。如今, BWT 算法在开放源码的压缩工具 bzip 中获得了巨大的成功, bzip 对于文本文件的压缩效果要远好于使用 LZ 系列算法的工具软件。这至少可以表明,即便在日趋成熟的通用数据压缩领域,只要能在思路和技术上不断创新,我们仍然可以找到新的突破口。
分形压缩技术是图像压缩领域近几年来的一个热点。这一技术起源于 B. Mandelbrot 于 1977 年创建的分形几何学。 M. Barnsley 在 20 世纪 80 年代后期为分形压缩奠定了理论基础。从 20 世纪 90 年代开始, A. Jacquin 等人陆续提出了许多实验性的分形压缩算法。今天,很多人相信,分形压缩是图像压缩领域里最有潜力的一种技术体系,但也有很多人对此不屑一顾。无论其前景如何,分形压缩技术的研究与发展都提示我们,在经过了几十年的高速发展之后,也许,我们需要一种新的理论,或是几种更有效的数学模型,以支撑和推动数据压缩技术继续向前跃进。
人工智能是另一个可能对数据压缩的未来产生重大影响的关键词。既然 Shannon 认为,信息能否被压缩以及能在多大程度上被压缩与信息的不确定性有直接关系,假设人工智能技术在某一天成熟起来,假设计算机可以像人一样根据已知的少量上下文猜测后续的信息,那么,将信息压缩到原大小的万分之一乃至十万分之一,恐怕就不再是天方夜谭了。
回顾历史之后,人们总喜欢畅想一下未来。但未来终究是未来,如果仅凭你我几句话就可以理清未来的技术发展趋势,那技术创新的工作岂不就索然无味了吗?依我说,未来并不重要,重要的是,赶快到 Internet 上下载几部大片,然后躺在沙发里,好好享受一下数据压缩为我们带来的无限快乐吧。

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