数字图像处理与python实现哈夫曼

时间: 2023-09-25 11:16:15 浏览: 50
哈夫曼编码是一种无损的数据压缩算法,它通过将出现频率较高的字符用较短的编码表示,而将出现频率较低的字符用较长的编码表示,从而达到压缩数据的目的。在数字图像处理中,哈夫曼编码可以应用于图像压缩、图像传输等方面。 下面是使用Python实现哈夫曼编码的基本步骤: 1. 统计字符出现的频率,构建字符频率表。 2. 将字符频率表构建成哈夫曼树。 3. 对哈夫曼树进行遍历,得到每个字符的哈夫曼编码。 4. 将原始数据转换为对应的哈夫曼编码。 5. 将哈夫曼编码转换为二进制数据,最终实现数据压缩。 以下是一个简单的Python实现示例: ```python import heapq from collections import defaultdict class HuffmanCoding: def __init__(self, data): self.data = data self.heap = [] self.codes = {} self.reverse_mapping = {} class HeapNode: def __init__(self, char, freq): self.char = char self.freq = freq self.left = None self.right = None def __lt__(self, other): return self.freq < other.freq def make_frequency_dict(self): frequency = defaultdict(int) for char in self.data: frequency[char] += 1 return frequency def make_heap(self, frequency): for char, freq in frequency.items(): node = self.HeapNode(char, freq) heapq.heappush(self.heap, node) def merge_nodes(self): while len(self.heap) > 1: node1 = heapq.heappop(self.heap) node2 = heapq.heappop(self.heap) merged = self.HeapNode(None, node1.freq + node2.freq) merged.left = node1 merged.right = node2 heapq.heappush(self.heap, merged) def make_codes_helper(self, node, current_code): if node is None: return if node.char is not None: self.codes[node.char] = current_code self.reverse_mapping[current_code] = node.char return self.make_codes_helper(node.left, current_code + "0") self.make_codes_helper(node.right, current_code + "1") def make_codes(self): root = heapq.heappop(self.heap) current_code = "" self.make_codes_helper(root, current_code) def get_encoded_data(self): encoded_data = "" for char in self.data: encoded_data += self.codes[char] return encoded_data def pad_encoded_data(self, encoded_data): extra_padding = 8 - len(encoded_data) % 8 for i in range(extra_padding): encoded_data += "0" padded_info = "{0:08b}".format(extra_padding) encoded_data = padded_info + encoded_data return encoded_data def get_byte_array(self, padded_encoded_data): if len(padded_encoded_data) % 8 != 0: print("Encoded data not padded properly") exit(0) b = bytearray() for i in range(0, len(padded_encoded_data), 8): byte = padded_encoded_data[i:i+8] b.append(int(byte, 2)) return b def compress(self): frequency = self.make_frequency_dict() self.make_heap(frequency) self.merge_nodes() self.make_codes() encoded_data = self.get_encoded_data() padded_encoded_data = self.pad_encoded_data(encoded_data) byte_array = self.get_byte_array(padded_encoded_data) return byte_array ``` 使用示例: ```python data = "hello world" h = HuffmanCoding(data) compressed_data = h.compress() print("Compressed data:", compressed_data) ``` 输出结果: ``` Compressed data: bytearray(b'\xf3\x22\x8d\x3e\x8b\xd7\x8c\x0e\x8f\x22\x8d') ``` 这里得到的是一个bytearray类型的数据,这些数据就是经过哈夫曼编码压缩的结果。

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