專利名稱：一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種哈夫曼解碼方法，尤其涉及一種基于非完備碼表快速解析碼長的
哈夫曼解碼方法。
背景技術(shù)：
哈夫曼算法是一種根據(jù)待壓縮數(shù)據(jù)中各元素出現(xiàn)的概率進行編碼和解碼的算法， 能無損的壓縮數(shù)據(jù)所占用的空間。圖1是一個哈夫曼碼字生成樹的例子，以其碼字為葉子， 碼字所屬層數(shù)為級別數(shù)。 解析哈夫曼碼時，先確定要解析的碼流的首個碼字長度，將其取出，用哈夫曼編碼 提供的符號表就可以找到這個碼字所對應(yīng)的數(shù)據(jù)元素。除去碼流里的首個碼字，將剩余的 碼流按上述方法逐一解析，即可完成哈夫曼的解碼過程。由于哈夫曼編碼是變長編碼，在整 個解碼過程中，必須解決的一個問題是確定哈夫曼碼字的長度，以下描述了哈夫曼解碼中 碼字長度解析的常見解決方案 1、級別比較解析法?；诠蚵a字生成樹建立一個葉子檢索表來指示最近下一 級存在哈夫曼碼字的級別(等同碼字長度)，并將同一級上最小碼字作為前綴位，其余位補 O，擴充到最大碼長長度。以哈夫曼前綴碼所在級別為索引，以這個擴充碼為索引值，建一 張各級最小哈夫曼碼字為前綴的定長碼字檢索表。在哈夫曼碼碼長解析時，按葉子檢索表 O級檢索下一級別，并以這個下一級別檢索定長碼字檢索表里的碼字，取出最大碼長長度的 碼流數(shù)值與之比較，如果這個碼流數(shù)值不小于定長碼字檢索表里的碼字，葉子檢索表的當(dāng) 前級別用下一級別替換，并用這個新的當(dāng)前級別檢索下一級存在葉子的級別，然后用這個 新的下一級級別檢索定長碼字檢索表里的碼字，用碼流數(shù)值與之比較，直到碼流數(shù)值小于 定長碼字檢索表里的碼字，此時葉子檢索表里當(dāng)前級別和碼流里存在的碼字長度相同。
2、完備碼表解析法?；诖a流中所包含的所有哈夫曼碼字生成樹的葉子碼字，建 立一張完備碼長碼表。這個完備碼長碼表的每項索引以哈夫曼碼字為前綴、按一定規(guī)則擴 展到最大碼長長度，其索引值為相應(yīng)的哈夫曼前綴碼碼長。對于當(dāng)前待解析的哈夫曼碼流， 按照其待解析碼字所屬的哈夫曼碼字生成樹，在定長碼字完備碼長碼表中檢索到與這個哈 夫曼碼字生成樹相對應(yīng)的碼表部分。以最大碼字長度截取當(dāng)前待解析的哈夫曼碼流，并將 這個截取出的碼流數(shù)值作為索引，在當(dāng)前碼流哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的碼長碼表部分檢 索，檢索到的當(dāng)前碼長碼表值即為當(dāng)前待解析碼流中首個碼字碼長。 得到碼長后提取首個碼字，在當(dāng)前哈夫曼碼字生成樹所對應(yīng)的符號表中即可解析 到當(dāng)前碼字所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。從碼流中除去已解析的部分，在剩余碼流中繼續(xù)逐個操作，即可 完成所有哈夫曼碼的解析。 現(xiàn)有普遍使用的哈夫曼解碼算法雖然利用了編碼表體現(xiàn)的碼字出現(xiàn)的概率，并基 于哈夫曼碼生成樹各級葉子的存在性對檢索算法進行了優(yōu)化，但對于絕大部分碼字，碼長 均需要多次才能確定，在總的解碼算法中耗時比例較大；基于完備碼表解析碼長雖然提高 了碼長解析速度，但是對于嵌入式系統(tǒng)的硬件存儲要求而言，其空間復(fù)雜度增加太大，難以滿足要求。 在音頻、視頻領(lǐng)域，基于哈夫曼數(shù)據(jù)壓縮的編碼、解碼算法在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非 常廣泛。在哈夫曼算法中，碼字以變長二進制前綴碼表示，為了解析一個哈夫曼碼字，必須 先解析哈夫曼碼字的字長，傳統(tǒng)的碼長解析算法不是速度過慢就是碼表數(shù)據(jù)量過大，如何 在不增加碼表數(shù)據(jù)量的同時減少碼長解析的時間，這對于哈夫曼解碼有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法，該方法可 以大大減少碼表占用的儲存空間和加快解碼速度。 本發(fā)明的目的可以通過以下方案實現(xiàn)一種基于非完備碼表的哈夫曼解碼方法， 步驟包括 1、按級別比較解析法，構(gòu)建所有用于級別比較解析的碼表，包括葉子檢索表和各 級哈夫曼最小碼字為前綴的定長碼字檢索表； 2、確定非完備碼表臨界碼長L :從最小碼長和最大碼長之間選擇一個值L，作為構(gòu) 建非完備碼表的臨界碼長； 3、基于碼流中所包含的所有哈夫曼碼字生成樹的不超過臨界碼長L比特的葉子 碼字，再構(gòu)建一個以哈夫曼碼字為前綴的L比特非完備碼表； 4、按照當(dāng)前碼流中待解析部分所屬的哈夫曼碼字生成樹，讀取最大碼長長度的碼 流數(shù)值，以這個碼流數(shù)值為索引，按照當(dāng)前待解析碼流所屬的哈夫曼碼字生成樹，在對應(yīng)的 以各級哈夫曼最小碼字為前綴的定長碼字檢索表里檢索級別(碼長)為(L+l)的碼字；
5、比較碼流數(shù)值與剛檢索到的(L+l)級的定長碼字，若碼流數(shù)值小于剛檢索到的 碼字，以碼流數(shù)值的前L比特為新的索引，在對應(yīng)的非完備碼長碼表部分檢索，檢索到的值 即為當(dāng)前碼流待解析部分首個碼字碼長；反之，以舊的碼流數(shù)值作為比較對象，按照級別比 較解析法，解析其對應(yīng)的L級之后的首個碼字長度； 6、根據(jù)已解析的碼長，在當(dāng)前碼流中提取其碼字，基于碼字對應(yīng)的符號表，查取其 對應(yīng)符號值，即可完成碼流中首個碼字的解析； 7、從當(dāng)前碼流中剔除已經(jīng)解析的碼字，將剩余碼流重復(fù)步驟4、5、6，即可完成所有 哈夫曼碼的解碼。 所述的非完備碼長碼表以碼流包含的每個哈夫曼碼字生成樹為單位，按相同的方 式逐一構(gòu)建；對于每棵哈夫曼碼字生成樹，以不超過L比特的哈夫曼碼字為前綴，其余位由 全0到全1擴展到L比特長度，建立非完備碼長碼表的索引；索引指向的值為哈夫曼前綴碼 碼長。 所述的每個哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的碼長碼表部分構(gòu)建過程首先，按照對應(yīng)的 哈夫曼碼字生成樹，構(gòu)建L比特長度的各個比特位為全O到全1的索引，并將所有索引值 (即碼長碼表值)初始化為0 ;以哈夫曼生成樹的所有不超過L比特葉子碼子為前綴，將剩 余碼字位以全0到全1填充到L比特長度，將所有同哈夫曼碼字前綴的擴充碼的碼長碼表 值以對應(yīng)哈夫曼前綴碼的長度賦值。 本發(fā)明可以大大減少存儲空間和加快了檢測速度。例如當(dāng)最大碼長為N( —般為
416)時，級別比較解析法的碼長解析時間復(fù)雜度為o(l>, x/ )—其中Pi為碼長為i的碼
字的統(tǒng)計概率，每個描述符對應(yīng)的碼長碼表空間復(fù)雜度為N ;完備碼表碼長解析時間復(fù)雜 度為O(l)，對應(yīng)每個描敘符的完備碼長碼表空間復(fù)雜度為(2~N);對比于這兩種技術(shù)，非完
備碼表碼長解析法的時間復(fù)雜度為0(1+^P, XZ')，接近于完備碼表馬場時間解析復(fù)雜度，
其對應(yīng)的每個描述符的空間復(fù)雜度為(2'8+N)，按普通碼長16計算，其空間復(fù)雜度只有完 備碼表解析法的i ，極大地節(jié)省了存取空間。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的哈夫曼碼字生成樹； 圖2是本發(fā)明的單個哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的非完備碼長碼表生成流程示意圖；
圖3是本發(fā)明的碼長解析流程示意圖。
具體實施例方式
先構(gòu)建一個基于級別比較解析法的用于檢索定長碼字的碼表；按現(xiàn)有技術(shù)中的級 別比較解析法，構(gòu)建所有用于級別比較解析的碼表，包括葉子檢索表和各級哈夫曼最小碼 字為前綴的定長碼字檢索表； 再構(gòu)建一個以哈夫曼碼字為前綴的L比特非完備碼表基于碼流中所包含的所有 哈夫曼碼字生成樹的不超過L比特的葉子碼字，建立一張非完備碼長碼表，L為構(gòu)建非完備 碼表的臨界碼長，從最小碼長和最大碼長之間選擇，對于最大碼長為16位的碼表，推薦使 用8作為臨界碼長L。這個非完備碼長碼表的每項索引以不超過L比特的哈夫曼碼字為前 綴、其余由全0到全1擴展到L比特長度，其索引值為相應(yīng)的哈夫曼前綴碼碼長。在這個非 完備碼長碼表的構(gòu)建過程中，以碼流包含的每個哈夫曼碼字生成樹為單位，按相同的方式 逐一構(gòu)建。 每個哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的碼長碼表部分構(gòu)建過程如下，首先，按照對應(yīng)的哈 夫曼碼字生成樹，構(gòu)建L比特長度的各個比特位為全O到全1的索引，并將所有索引值(即 碼長碼表值)初始化為0 ;以哈夫曼生成樹的所有不超過L比特葉子碼子為前綴，將剩余碼 字位以全0到全1填充到L比特長度，將所有同哈夫曼碼字前綴的擴充碼的碼長碼表值以 對應(yīng)哈夫曼前綴碼的長度賦值。 圖2是選用8比特非完備碼長碼表構(gòu)建過程中單個哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)部分的
處理，其中當(dāng)前級別、當(dāng)前葉子數(shù)和當(dāng)前碼字在當(dāng)前級別中的位序均從o起始。具體步驟如
下 1、初始化將所有碼長設(shè)為0，并設(shè)置當(dāng)前級別為1 ; 2、計算當(dāng)前級別葉子總數(shù)；然后設(shè)置當(dāng)前級別當(dāng)前葉子位序位0 ; 3、以葉子位序?qū)?yīng)碼字為前綴碼，補0到L位，計算其擴充碼字總數(shù)；然后設(shè)置當(dāng)
前葉子當(dāng)前碼字位序位O; 4、以擴充碼字加其位序位索引，索引值為當(dāng)前級別值；
5、比較擴充碼字位序是否小于當(dāng)前碼字總數(shù)，如果結(jié)果返回是，則擴充碼字位序
加1并返回步驟4 ;如果結(jié)果返回否，則進行下一步； 6、將前綴碼加1作為下一個前綴碼，比較當(dāng)前葉子位序是否小于級別總?cè)~子數(shù)，
如果結(jié)果返回是，則當(dāng)前葉子位序加1并返回步驟3 ;如果結(jié)果返回否，則進行下一步； 7、檢測當(dāng)前碼字級別是否不大于L，如果結(jié)果返回是，則返回步驟2 ;如果結(jié)果返 回否，則碼表生成完畢并結(jié)束。 構(gòu)建上述兩個碼表后，然后解析碼長，按照當(dāng)前碼流待解析部分所屬的哈夫曼碼 字生成樹，讀取其最大碼長長度的碼流數(shù)值，以這個碼流數(shù)值為索引，在對應(yīng)的各級哈夫曼 碼最小碼字前綴定長碼字檢索表里檢索級別(碼長)為L+1的碼字。 比較碼流數(shù)值與剛檢索到的碼字，若碼流數(shù)值小于剛檢索到的碼字，以碼流數(shù)值 的前L比特為新的索引，在與當(dāng)前碼流待解析部分所屬的哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的非完備 碼長碼表部分檢索，檢索到的值即為當(dāng)前碼流待解析部分首個碼字碼長；反之，以舊的碼流 數(shù)值作為比較對象，按照級別比較解析法，從對應(yīng)的哈夫曼碼字生成樹的L級之后檢索當(dāng) 前碼流中待解析的首個碼字長度。從當(dāng)前碼流中提取剛解析到的碼長碼流，在當(dāng)前碼字所 屬哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的符號表中即可查出其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。 從當(dāng)前碼流剔除已經(jīng)解析的碼字，將剩余碼流按上述方法解析，即可完成所有哈 夫曼碼的解碼。 具體解碼流程如圖3所示，首先提取當(dāng)前比特流最大碼長比特A和定長碼字表中 級別為L+l的碼字B，并比較A、 B的大小。如果A小于B則取A的前L比特數(shù)作為索引在 對應(yīng)的非完備碼表部分檢索，碼長為索引值，并結(jié)束解碼。如果A不小于B，則在葉子檢索表 中檢索哈夫曼碼字數(shù)第L級之后存在碼字的下一級級別；在定長碼表檢索當(dāng)下一級別對應(yīng) 的碼字C。如果A不小于C，則以下一級別代替當(dāng)前級別，在葉子檢索表中檢索存在碼字的 下一級別，并返回重新檢索碼字C ;如果A小于C，則碼長為當(dāng)前級別值，并結(jié)束解碼。
權(quán)利要求
一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法，其特征在于，步驟包括(a)、按級別比較解析法，構(gòu)建所有用于級別比較解析的碼表，包括葉子檢索表和各級哈夫曼最小碼字為前綴的定長碼字檢索表；(b)、確定非完備碼表臨界碼長L從最小碼長和最大碼長之間選擇一個值L，作為構(gòu)建非完備碼表的臨界碼長；(c)、基于碼流中所包含的所有哈夫曼碼字生成樹的不超過臨界碼長L比特的葉子碼字，再構(gòu)建一個以哈夫曼碼字為前綴的L比特非完備碼表；(d)、按照當(dāng)前碼流中待解析部分所屬的哈夫曼碼字生成樹，讀取最大碼長長度的碼流數(shù)值，以這個碼流數(shù)值為索引，按照當(dāng)前待解析碼流所屬的哈夫曼碼字生成樹，在對應(yīng)的以各級哈夫曼最小碼字為前綴的定長碼字檢索表里檢索級別(碼長)為(L+1)的碼字；(e)、比較碼流數(shù)值與剛檢索到的(L+1)級的定長碼字，若碼流數(shù)值小于剛檢索到的碼字，以碼流數(shù)值的前L比特為新的索引，在對應(yīng)的非完備碼長碼表部分檢索，檢索到的值即為當(dāng)前碼流待解析部分首個碼字碼長；反之，以舊的碼流數(shù)值作為比較對象，按照級別比較解析法，解析其對應(yīng)的L級之后的首個碼字長度；(f)、根據(jù)已解析的碼長，在當(dāng)前碼流中提取其碼字，基于碼字對應(yīng)的符號表，查取其對應(yīng)符號值，即可完成碼流中首個碼字的解析；(g)、從當(dāng)前碼流中剔除已經(jīng)解析的碼字，將剩余碼流重復(fù)步驟d、e、f，即可完成所有哈夫曼碼的解碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法，其特征在 于，所述的非完備碼長碼表以碼流包含的每個哈夫曼碼字生成樹為單位，按相同的方式逐 一構(gòu)建；對于每棵哈夫曼碼字生成樹，以不超過L比特的哈夫曼碼字為前綴，其余位由全0 到全1擴展到L比特長度，建立非完備碼長碼表的索引；索引指向的值為哈夫曼前綴碼碼 長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法，其特征在 于，所述的每個哈夫曼碼字生成樹對應(yīng)的碼長碼表部分構(gòu)建過程首先，按照對應(yīng)的哈夫曼 碼字生成樹，構(gòu)建L比特長度的各個比特位為全O到全1的索引，并將所有索引值(即碼長 碼表值)初始化為0 ;以哈夫曼生成樹的所有不超過L比特葉子碼子為前綴，將剩余碼字位 以全0到全1填充到L比特長度，將所有同哈夫曼碼字前綴的擴充碼的碼長碼表值以對應(yīng) 哈夫曼前綴碼的長度賦值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非完備碼表解析碼長的哈夫曼解碼方法，步驟包括構(gòu)建所有用于級別比較解析的碼表；確定非完備碼表臨界碼長L；再構(gòu)建L比特非完備碼表；讀取最大碼長長度的碼流數(shù)值，在對應(yīng)的以各級哈夫曼最小碼字為前綴的定長碼字檢索表里檢索級別為(L+1)的碼字；解析L級之后的首個碼字長度；查取其對應(yīng)符號值，完成碼流中首個碼字的解析；從當(dāng)前碼流中剔除已經(jīng)解析的碼字，重復(fù)上述步驟完成所有哈夫曼碼的解碼。本發(fā)明可以大大減少存儲空間和加快了檢測速度；當(dāng)最大碼長為16時，其空間復(fù)雜度只有完備碼表解析法的，極大地節(jié)省了存取空間。
文檔編號H03M7/42GK101729076SQ20081021856
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者葉廣明, 胡勝發(fā), 蘇丹, 裴少芳 申請人:安凱(廣州)軟件技術(shù)有限公司