Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Алгоритм LZW

13 348 байт добавлено, 19:17, 4 сентября 2022
м
rollbackEdits.php mass rollback
{{ОпределениеНепосредственным предшественником LZW является [[Алгоритмы LZ77 и LZ78|definition='''Алгори́тм Ле́мпеля — Зи́ва — Ве́лча''' ('''Lempel-Ziv-Welch'''алгоритм LZ78]], '''LZW''') — это универсальный алгоритм сжатия данных без потерь}}Он был создан опубликованный Абрахамом Лемпелем(''Abraham Lempel''), и Якобом Зивом (''Jacob Ziv'') и в 1978 г. Этот алгоритм воспринимался как математическая абстракция до 1984 г., когда Терри Велчем Уэлч (''Terry A. Welch''). Он был опубликован Велчем в 1984 годуопубликовал свою работу с модифицированным алгоритмом, получившим в качестве улучшенной реализации [[Алгоритмы LZ77 и LZ78|алгоритма LZ78]], опубликованного Лемпелем и Зивом в 1978 году.Алгоритм не проводит анализ входных данных поэтому не оптимален, но быстро реализуемдальнейшем название LZW (''Lempel{{---}}Ziv{{---}}Welch'').
== Применение ==
В свое время Опубликование алгоритма LZW был лучшим алгоритмом сжатияпроизвело большое впечатление на всех специалистов по сжатию информации. Он стал первым широко используемым на компьютерах методом сжатия данныхЗа этим последовало большое количество программ и приложений с различными вариантами этого метода.
Алгоритм был реализован в программе compressЭтот метод позволяет достичь одну из наилучших степеней сжатия среди других существующих методов сжатия графических данных, которая стала более при полном отсутствии потерь или менее стандартной утилитой Unix-систем приблизительно искажений в 1986 годуисходных файлах. Многие другие утилиты-архиваторы В настоящее время используется в файлах формата TIFF, PDF, GIF, PostScript и других, а также используют этот метод или близкие к немуотчасти во многих популярных программах сжатия данных (ZIP, ARJ, LHA).
В 1987 году алгоритм стал частью стандарта на формат изображений GIF. Он также может (опционально) использоваться в формате TIFF.== Описание ==
PDF так же содержит этот алгоритмПроцесс сжатия выглядит следующим образом: последовательно считываются символы входного потока и происходит проверка, существует ли в созданной таблице строк такая строка. Если такая строка существует, считывается следующий символ, а если строка не существует, в поток заносится код для предыдущей найденной строки, строка заносится в таблицу, а поиск начинается снова.
== Описание ==Например, если сжимают байтовые данные (текст), то строк в таблице окажется <tex>256</tex> (от <tex>"0"</tex> до <tex>"255"</tex>). Если используется <tex>10</tex>-битный код, то под коды для строк остаются значения в диапазоне от <tex>256</tex> до <tex>1023</tex>. Новые строки формируют таблицу последовательно, т. е. можно считать индекс строки ее кодом.
Данный Для декодирования на вход подается только закодированный текст, поскольку алгоритм при сжатии (кодировании) динамически создаёт LZW может воссоздать соответствующую таблицу преобразования строк: определённым последовательностям символов (словам) ставятся в соответствие группы бит фиксированной длины (обычно 12-битные)непосредственно по закодированному тексту. Таблица инициализируется всеми 1-символьными строками (Алгоритм генерирует однозначно декодируемый код за счет того, что каждый раз, когда генерируется новый код, новая строка добавляется в случае 8-битных символов — это 256 записей)таблицу строк. По мере кодированияLZW постоянно проверяет, алгоритм просматривает текст символ за символомявляется ли строка уже известной, и сохраняет каждую новую, уникальную 2-символьную строку в таблицу в виде пары код/символесли так, где выводит существующий код ссылается на соответствующий первый символбез генерации нового. После того как новая 2-символьная Таким образом, каждая строка сохранена будет храниться в таблице, на выход передаётся код первого символаединственном экземпляре и иметь свой уникальный номер. Когда на входе читается очередной символСледовательно, для него по таблице находится уже встречавшаяся при декодировании во время получения нового кода генерируется новая строка максимальной длины, после чего в таблице сохраняется код этой строки со следующим символом на входе; на выход выдаётся код этой строкиа при получении уже известного, а следующий символ используется в качестве начала следующей строкистрока извлекается из словаря.
Алгоритму декодирования на входе требуется только закодированный текст, поскольку он может воссоздать соответствующую таблицу преобразования непосредственно по закодированному тексту.== Алгоритм ==
== Алгоритм =Кодирование ===* Начало.* ''' Шаг 1. ''' Все возможные символы заносятся в словарь. Во входную фразу <tex>X</tex> заносится первый символ сообщения.* ''' Шаг 2. ''' Считать очередной символ <tex>Y</tex> из сообщения.* ''' Шаг 3. ''' Если <tex>Y</tex> {{---}} это символ конца сообщения, то выдать код для <tex>X</tex>, иначе: ** Если фраза <tex>XY</tex> уже имеется в словаре, то присвоить входной фразе значение <tex>XY</tex> и перейти к ''' Шагу 2 ''', ** Иначе выдать код для входной фразы <tex>X</tex>, добавить <tex>XY</tex> в словарь и присвоить входной фразе значение <tex>Y</tex>. Перейти к ''' Шагу 2. '''* Конец.
# Инициализация словаря всеми возможными односимвольными фразами=== Декодирование ===* Начало. Инициализация входной фразы ω первым символом * ''' Шаг 1. ''' Все возможные символы заносятся в словарь. Во входную фразу <tex>X</tex> заносится первый код декодируемого сообщения.# * ''' Шаг 2. ''' Считать очередной символ K код <tex>Y</tex> из кодируемого сообщения.# * ''' Шаг 3. ''' Если КОНЕЦ_СООБЩЕНИЯ<tex>Y</tex> {{---}} это конец сообщения, то выдать код для ωсимвол, соответствующий коду <tex>X</tex>, иначе: # ** Если фраза ωK уже есть фразы под кодом <tex>XY</tex> нет в словаре, присвоить входной фразе значение ωK и перейти к Шагу 2вывести фразу, иначе выдать код ωсоответствующую коду <tex>X</tex>, добавить ωK а фразу с кодом <tex>XY</tex> занести в словарь, . ** Иначе присвоить входной фразе значение K код <tex>XY</tex> и перейти к ''' Шагу 2'''.* Конец.
== Пример ==
Данный Рассмотрим пример показывает алгоритм LZW в действии, показывая состояние выходных данных и словаря на каждой стадии, как при кодировании, так сжатия и при раскодировании декодирования сообщения. С тем чтобы сделать изложение проще, мы ограничимся алфавитом из трех буквСначала создадим начальный словарь единичных символов.СообщениеВ стандартной кодировке ASCII имеется <tex>256</tex> различных символов, которое нужно сжатьпоэтому, выглядит следующим образом: ABCABCABCABCABCABC#Маркер '''#''' используется для обозначения конца сообщения. Тем самымтого, чтобы все они были корректно закодированы (если нам неизвестно, какие символы будут присутствовать в нашем алфавите 4 символаисходном файле, а какие — нет), начальный размер кода будет равен <tex>8</tex> битам. Компьютер представляет это Если нам заранее известно, что в виде групп битисходном файле будет меньшее количество различных символов, для представления каждого символа алфавита нам достаточно группы из 2 то вполне разумно уменьшить количество бит на символ. По мере роста словаряЧтобы инициализировать таблицу, размер групп должен растимы установим соответствие кода <tex>0</tex> соответствующему символу с битовым кодом <tex>00000000</tex>, тогда <tex>1</tex>соответствует символу с тем чтобы учесть новые элементы. 2-битные группы дают 2кодом <suptex>200000001</suptex> = 4 возможные комбинации бит, поэтому, когда в словаре появится 5-е слово, алгоритм должен перейти к 3-битным группами т.д. Заметим, что, поскольку используется группа из всех нолей 00, то 5-я группа имеет код '''4'''до кода <tex>255</tex>. Начальный словарь будет содержать: {| class="wikitable" border = 1, style="float:right; text-align: right; margin-left: auto; margin-right: auto;"
|- bgcolor=#EEEEEE
! Символ !! Битовый код !! НомерКод
|-
| # a || 00 000 || 0
|-
| A b || 01 001 || 1
|-
| B c || 10 010 || 2
|-
| C d || 11 011 || 3|-| e || 100 || 4
|}
 
Больше в таблице не будет других кодов, обладающих этим свойством.<br>
По мере роста словаря, размер групп должен расти, с тем чтобы учесть новые элементы. <tex>8</tex>-битные группы дают <tex>256</tex> возможных комбинации бит, поэтому, когда в словаре появится <tex>256</tex>-е слово, алгоритм должен перейти к <tex>9</tex>-битным группам. При появлении <tex>512</tex>-ого слова произойдет переход к <tex>10</tex>-битным группам, что дает возможность запоминать уже <tex>1024</tex> слова и т.д.
 
В нашем примере алгоритму заранее известно о том, что будет использоваться всего <tex>5</tex> различных символов, следовательно, для их хранения будет использоваться минимальное количество бит, позволяющее нам их запомнить, то есть <tex>3</tex> (<tex>8</tex> различных комбинаций).
=== Кодирование ===
Без использования алгоритма LZWПусть мы сжимаем последовательность <tex>abacabadabacabae</tex>. * '''Шаг 1: '''Тогда, согласно изложенному выше алгоритму, мы добавим к изначально пустой строке <tex>a</tex> и проверим, есть ли строка <tex>a</tex> в таблице. Поскольку мы при передаче сообщения как оно есть — 18 символов по инициализации занесли в таблицу все строки из одного символа, то строка <tex>a</tex> есть в таблице. * '''Шаг 2 бит на каждый — оно займёт 36 бит: '''Далее мы читаем следующий символ <tex>b</tex> из входного потока и проверяем, есть ли строка <tex>ab</tex> в таблице. Такой строки в таблице пока нет.Добавляем в таблицу <tex>\langle5\rangle</tex> <tex>ab</tex>. В поток: <tex>\langle0\rangle</tex>;* '''Шаг 3: '''<tex>ba</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle6\rangle</tex> <tex>ba</tex>. Сравним это с темВ поток: <tex>\langle1\rangle</tex>;* '''Шаг 4: '''<tex>ac</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle7\rangle</tex> <tex>ac</tex>. В поток: <tex>\langle0\rangle</tex>;* '''Шаг 5: '''<tex>ca</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle8\rangle</tex> <tex>ca</tex>. В поток: <tex>\langle2\rangle</tex>;* '''Шаг 6: '''<tex>ab</tex> — есть в таблице; <tex>aba</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle9\rangle</tex> <tex>aba</tex>. В поток: <tex>\langle5\rangle</tex>;* '''Шаг 7: '''<tex>ad</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle10\rangle</tex> <tex>ad</tex>. В поток: <tex>\langle0\rangle</tex>;* '''Шаг 8: '''<tex>da</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle11\rangle</tex> <tex>da</tex>. В поток: <tex>\langle3\rangle</tex>;* '''Шаг 9: '''<tex>aba</tex> — есть в таблице; <tex>abac</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle12\rangle</tex> <tex>abac</tex>. В поток: <tex>\langle9\rangle</tex>;* '''Шаг 10: '''<tex>ca</tex> — есть в таблице; <tex>cab</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle13\rangle</tex> <tex>cab</tex>. В поток: <tex>\langle8\rangle</tex>;* '''Шаг 11: '''<tex>ba</tex> — есть в таблице; <tex>bae</tex> — нет. В таблицу: <tex>\langle14\rangle</tex> <tex>bae</tex>. В поток: <tex>\langle6\rangle</tex>;* '''Шаг 12: '''И, наконец последняя строка <tex>e</tex>, за ней идет конец сообщения, что получается при использовании LZW:поэтому мы просто выводим в поток <tex>\langle4\rangle</tex>.
{| class="wikitable" border =1, style="text-align: center; margin-left: auto; margin-right: auto;"
|- bgcolor =#EEEEEE
! scope="col" width="6em" rowspan="2" | Текущая строка
! scope="col" width="6em" rowspan="2" | Текущий символ
! scope="col" width="4em" rowspan="2" | Следующий символ
! colspan="2" | Вывод
! scope="col" width="7em" rowspan="2" colspan="2" | Расширенный словарь! rowspan="2" | КомментарииСловарь
|- bgcolor =#EEEEEE
! Код || Биты
|-
| style="text-align: center;" | NULL
| style="text-align: center;" | A || ||
| style="border-right: none;" |
| style="border-left: none;" | ||
|-
| style="text-align: center;" | Aab| style="text-align: center;" | B| 1 || 01| style="border-right: none;" | 4:| style="border-left: none;" | AB| style="text-align: left;" | |-| style="text-align: center;" | Ba| style="text-align: center;" | Cb| 2 0 || 10000
| style="border-right: none;" | 5:
| style="border-left: none;" | BC ||ab
|-
| style="text-align: center;" | Cba| style="text-align: center;" | Ab| 3 style="text-align: center;" | a| 1 || 11001
| style="border-right: none;" | 6:
| style="border-left: none;" | CA ||ba
|-
| style="text-align: center;" | ABac| style="text-align: center;" | Ca| 4 style="text-align: center;" | c| 0 || 100000
| style="border-right: none;" | 7:
| style="border-left: none;" | ABC ||ac
|-
| style="text-align: center;" | CAca| style="text-align: center;" | Bc| 6 style="text-align: center;" | a| 2 || 110010
| style="border-right: none;" | 8:
| style="border-left: none;" | CAB ca|-|style="text-align: center;" | ab| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | b| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -
|-
| style="text-align: center;" | BCaba| style="text-align: center;" | Ab| style="text-align: center;" | a| 5 || 1010101
| style="border-right: none;" | 9:
| style="border-left: none;" | BCA| style="text-align: left;" | aba
|-
| style="text-align: center;" | ABCad| style="text-align: center;" | Aa| 7 style="text-align: center;" | d| 0 || 1110000
| style="border-right: none;" | 10:
| style="border-left: none;" | ABCAad
|-
| style="text-align: center;" | ABCAda| style="text-align: center;" | Bd| 10 style="text-align: center;" | a| 3 || 10100011
| style="border-right: none;" | 11:
| style="border-left: none;" | ABCAB da|-|style="text-align: center;" | ab| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | b| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | aba| style="text-align: center;" | b| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | abac| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | c| 9 || 1001| style="border-right: none;" | 12:| style="border-left: none;" | abac|-| style="text-align: center;" | ca| style="text-align: center;" | c| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | cab| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | b| 8 || 1000| style="border-right: none;" | 13:| style="border-left: none;" | cab|-| style="text-align: center;" | ba| style="text-align: center;" | b| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -
|-
| style="text-align: center;" | BCbae| style="text-align: center;" | #| 5 || 101a| style="bordertext-rightalign: nonecenter;" | e| 6 || 0110| style="border-leftright: none;" |14:| style="textborder-alignleft: centernone;" | выводим текущую последовательностьbae
|-
| style="text-align: center;" |e| style="text-align: center;" || 0 || 000000e| style="bordertext-rightalign: nonecenter;" |-| 4 || 0100| style="border-leftright: none;" |-| style="textborder-alignleft: centernone;" | и останавливаем кодирование-
|-
|}
Длина закодированного текста Итак, мы получаем закодированное сообщение <tex>0 1 0 2 5 0 3 9 8 6 4</tex> и его битовый эквивалент <tex>000 001 000 010 0101 0000 0011 1001 1000 0110 0100</tex>. Каждый символ исходного сообщения был закодирован группой из трех бит, сообщение содержало <tex>16</tex> символов, следовательно длина сообщения составляла <tex>3 \cdot 16 = 25 битов48</tex> бит.
Таким образомЗакодированное же сообщение так же сначала кодировалось трехбитными группами, а при появлении в словаре восьмого слова — четырехбитными, итого длина сообщения составила <tex>4 \cdot 3 + 7 \cdot 4 = 40</tex> бит, используя LZW мы сократили сообщение что на 11 <tex>8</tex> бит из 36 — это почти 30 %. Если сообщение будет длиннее, то элементы словаря будут представлять всё более и более длинные части текста, благодаря чему повторяющиеся слова будут представлены очень компактнокороче исходного.
=== Декодирование ===
 Особенность LZW заключается в том, что для декомпрессии нам не надо сохранять таблицу строк в файл для распаковки. Алгоритм построен таким образом, что мы в состоянии восстановить таблицу строк, пользуясь только потоком кодов.  Теперь представим , что мы получили закодированное сообщение, приведённое выше, и нам нужно его декодировать. Прежде всего, нам нужно знать начальный словарь, а последующие записи словаря мы можем реконструировать уже на ходу, поскольку они являются просто конкатенацией предыдущих записей. Кроме того, в процессе кодировании и декодировании коды в словарь добавляются во время обработки одного и того же символа, т.е. это происходит “синхронно”.
! scope="col" width="6em" rowspan="2" | На выходе
! colspan="4" | Новая запись
! rowspan="2" | Комментарии
|- bgcolor = #EEEEEE
! Биты !! Код
! scope="col" width="6em" colspan="2" | Частичная
|-
| 01 000 || 10| style="text-align: center;" | Aa| style="border-right: none;" || style="border-left: none;" || style="border-right: none;" | 4:| style="border-left: none;" | A? |||-| 10 || 2| style="text-align: center;" | B| style="border-right: none;" | 4:| style="border-left: none;" | AB
| style="border-right: none;" | 5:
| style="border-left: none;" | Ba? ||
|-
| 11 001 || 31| style="text-align: center;" | Cb
| style="border-right: none;" | 5:
| style="border-left: none;" | BCab
| style="border-right: none;" | 6:
| style="border-left: none;" | Cb? ||
|-
| 100 000 || 40| style="text-align: center;" | ABa
| style="border-right: none;" | 6:
| style="border-left: none;" | CAba
| style="border-right: none;" | 7:
| style="border-left: none;" | ABa? ||
|-
| 110 010 || 62| style="text-align: center;" | CAc
| style="border-right: none;" | 7:
| style="border-left: none;" | ABCac
| style="border-right: none;" | 8:
| style="border-left: none;" | CAc? ||
|-
| 101 0101 || 5| style="text-align: center;" | BCab
| style="border-right: none;" | 8:
| style="border-left: none;" | CABca
| style="border-right: none;" | 9:
| style="border-left: none;" | BCab?| style="text-align: left;" |
|-
| 111 0000 || 70| style="text-align: center;" | ABCa
| style="border-right: none;" | 9:
| style="border-left: none;" | BCAaba
| style="border-right: none;" | 10:
| style="border-left: none;" | ABCa?| style="text-align: left;" |
|-
| 1010 0011 || 103| style="text-align: center;" | ABCAd
| style="border-right: none;" | 10:
| style="border-left: none;" | ABCAad
| style="border-right: none;" | 11:
| style="border-left: none;" | ABCAd? || Решение проблемы см. ниже
|-
| 101 1001 || 59| style="text-align: center;" | BCaba
| style="border-right: none;" | 11:
| style="border-left: none;" | ABCABda| style="border-right: none;" | 12:| style="border-left: none;" | aba?|-| 1000 || 8| style="text-align: center;" | ca
| style="border-right: none;" | 12:
| style="border-left: none;" | BC? abac| style="border-right: none;" | 13:|style="border-left: none;" |ca?
|-
| 000000 0110 || 06| style="text-align: center;" | #ba| style="border-right: none;" | 13:| style="border-left: none;" |cab| style="border-right: none;" |14:| style="border-left: none;" | ba?|-| 0100 || 4| style="text-align: center;" | e|style="border-right: none;" |14:| style="border-left: none;" | bae| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -
|-
|}
Единственная небольшая трудность может возникнуть=== Примечание === Для повышения степени сжатия изображений данным методом часто используется одна “хитрость” реализации этого алгоритма. Некоторые файлы, подвергаемые сжатию с помощью LZW, имеют часто встречающиеся цепочки одинаковых символов, например <tex>aaaaaaaaaaaaa... </tex> или <tex>303030</tex> … и т. п. Их непосредственное сжатие будет генерировать выходной код <tex>005000600007...</tex>. Спрашивается, можно ли в этом частном случае повысить степень сжатия? Оказывается, это возможно, если новое слово словаря пересылается немедленнооговорить некоторые действия: Мы знаем, что для каждого кода надо добавлять в таблицу строку, состоящую из уже присутствующей там строки и символа, с которого начинается следующая строка в потоке. В приведённом выше примере декодирования*''' ''' Пусть словарь состоит из слов : <tex>a, b, c, когда декодер встречает первый символd, e</tex>. Будем кодировать строку <tex> aaaaaaaaaa </tex>*'''ABC?'''Итак, кодировщик заносит первую <tex>a</tex> в строку, ищет и находит <tex>a</tex> в словаре под номером <tex>\langle0\rangle</tex>. Добавляет в строку следующую <tex>a</tex>, находит, что <tex>aa</tex> нет в словаре. Тогда он знаетдобавляет запись <tex>\langle5\rangle</tex>: <tex>aa</tex> в словарь и выводит метку <tex>\langle0\rangle</tex> (<tex>a</tex>) в выходной поток. *''' '''Далее строка инициализируется второй <tex>a</tex>, что слово 10 начинается с ABCто есть принимает вид <tex>a?</tex> вводится третья <tex>a</tex>, строка вновь равна <tex>aa</tex>, которая теперь имеется в словаре. *''' '''Если появляется четвертая <tex>a</tex>, но чем оно заканчиваетсято строка <tex>aa? Проиллюстрируем проблему следующим примером</tex> равна <tex>aaa</tex>, которой нет в словаре. Словарь пополняется этой строкой, а на выход идет метка <tex>\langle5\rangle</tex> (<tex>aa</tex>). Мы декодируем сообщение *'''ABABA'''После этого строка инициализируется третьей <tex>a</tex>, и т.д. и т.п. Дальнейший процесс вполне ясен.  [[Файл:LZW-img.jpg|center|Работа алгоритма LZW]] {| class="wikitable" border = 1, style="text-align: center; margin-left: auto; margin-right: auto;"|- bgcolor=#EEEEEE! Слово !! Номер в словаре|-| a || <tex>\langle0\rangle</tex>|-| b || <tex>\langle1\rangle</tex>|-| c || <tex>\langle2\rangle</tex>|-| d || <tex>\langle3\rangle</tex>|-| e || <tex>\langle4\rangle</tex>|} {| class="wikitable" border =1, style="text-align: center; margin-left: auto; margin-right: auto;"|- bgcolor =#EEEEEE! scope="col" width="6em" rowspan="2" | Текущая строка! scope="col" width="6em" rowspan="2" | Текущий символ! scope="col" width="4em" rowspan="2" | Следующий символ! colspan="2" | Вывод! scope="col" width="7em" rowspan="2" colspan="2" | Словарь|- bgcolor =#EEEEEE! Код Данные|| Биты|-| style="text-align: center;" | aa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| 0 || 000| style="border-right: none;" | 5:| style="border-left: none;" | aa|-| style="text-align: center;" | aa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | aaa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| 5 || 101| style="border-right: none;" | 6:| style="border-left: none;" | aaa |-| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | - |-| style="text-align: center;" | aa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | aaa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | aaaa| style="text-align: На выходеcenter;" | a| style="text-align: center;" | a| 6 || 110| style="border-right: none;" | 7:| style="border-left: none;" | aaaa|-| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: none;" | -| style="border-left: none;" | -|-| style="text-align: center;" | aa| style="text-align: center;" | a| style="text-align: center;" | a| - || -| style="border-right: Новая записьnone;" | -| style="border-left:none;" | - |- Полная| style="text-align: Частичнаяcenter;" | aaa| style="text-align:center;" | a .| style="text-align: center;" | a .| - || - .| style="border-right: none;" | - 011101 | style= 29 AB 46"border-left: (word) 47none;" | -|-| style="text-align: center;" | aaaa| style="text-align: AB?center;" | a 101111 | style= 47 AB? <"text-align: center;" | a| 7 || 111| style="border-right: none;" | 8:| style="border- left: none;" | aaaaa|} В результате на выходе получаем последовательность <tex>0567</tex>. При кодировании использовались только трехбитные группы. Длина закодированного сообщения составила <tex> 4 \cdot 3 = 12 </tex> бит, что нам на <tex> 7 \cdot 3 - 12 = 9</tex> бит короче кодирования стандартным методом LZW.Можно показать, что такая последовательность будет корректно восстановлена. Декодировщик сначала читает первый код – это <tex>\langle0\rangle</tex>, которому соответствует символ <tex>a</tex>. Затем читает код <tex>\langle5\rangle</tex>, но этого кода в его таблице нет. Но мы уже знаем, что такая ситуация возможна только в том случае, когда добавляемый символ равен первому символу только что считанной последовательности, то есть <tex>a</tex>. Поэтому он добавит в свою таблицу строку <tex>aa</tex> с этим делать?кодом <tex>\langle5\rangle</tex>, а в выходной поток поместит <tex>aa</tex>. И так может быть раскодирована вся цепочка кодов. Мало того, описанное выше правило кодирования мы можем применять в общем случае не только к подряд идущим одинаковым символам, но и к последовательностям, у которых очередной добавляемый символ равен первому символу цепочки. === Преимущества алгоритма LZW === * Алгоритм является однопроходным. * Для декомпрессии не надо сохранять таблицу строк в файл для распаковки. Алгоритм построен таким образом, что мы в состоянии восстановить таблицу строк, пользуясь только потоком кодов. === Недостатки алгоритма LZW ===
На первый взгляд, для декодера это неразрешимая ситуация. Мы знаем наперёд, что словом 47 должно быть '''ABA''', но как декодер узнает об этом?Заметим, что слово 47 состоит из слова 29 плюс символ идущий следующим. Таким образом, слово 47 заканчивается на «символ идущий следующим». Но, поскольку это слово посылается немедленно, то оно должно начинаться с «символа идущего следующим», и поэтому оно заканчивается тем же символом что и начинается, в данном случае — '''A'''. Этот трюк позволяет декодеру определить, что слово 47 это '''ABA'''* Алгоритм не проводит анализ входных данных.
В общем случае, такая ситуация появляется, когда кодируется последовательность вида ''cScSc'', где ''c'' — это один символ, а ''S'' — строка, причём слово ''cS'' уже есть в словаре.==Источники информации==
== Патенты ==На алгоритм LZW и его вариации был выдан ряд патентов, как в США, так и в других странах* [http://ru. К настоящему времени, сроки всех патентов истеклиwikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC_%D0%9B%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D0%BB%D1%8F_%E2%80%94_%D0%97%D0%B8%D0%B2%D0%B0_%E2%80%94_%D0%92%D0%B5%D0%BB%D1%87%D0%B0 Википедия {{---}} Алгоритм Лемпеля {{---}} Зива {{---}} Велча]
=== Unisys, GIF и PNG ===Компания Unisys приобрела патент на этот алгоритм* [http://en. Поэтому использование формата GIF, в котором он используется, было раскритиковано изwikipedia.org/wiki/Lempel%E2%80%93Ziv%E2%80%93Welch Wikipedia {{---}} Lempel {{-за лицензионных отчислений. Был предложен альтернативный формат PNG (PNG not GIF).--}} Ziv {{---}} Welch]
К настоящему сроку патенты истекли, поэтому спор утих* [http://compression.ru/download/articles/rev_univ/semenyuk_2001_econom_encoding.pdf Семенюк В.В. {{---}} Экономное кодирование дискретной информации]
==Источники==* [http://algolist.manual.ru/compress/standard/lzw.php Метод LZW {{---}} сжатия данных {{---}} алгоритмы и методы]
* [http://ruwww.wikipediacompression-pointers.orgru/wiki/LZW Wikipedia | LZW (рус)category_42.html Алгоритмы сжатия и компрессии]
* [http://enwww.wikipediaalgoritmy.orginfo/wiki/LZW Wikipedia | picture5.html Алгоритм LZW (англ){{---}} Понятие алгоритма]
* [http[Категория: Дискретная математика и алгоритмы]][[Категория://compression.ru/download/articles/rev_univ/semenyuk_2001_econom_encoding.pdf Семенюк В.В. - Экономное кодирование дискретной информацииАлгоритмы сжатия]]
1632
правки

Навигация