jpeg-ls算法代码

时间: 2023-08-26 19:05:01 浏览: 58
以下是一个简单的实现JPEG-LS编码和解码的代码示例(基于C++): ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <cstring> #include <fstream> #include <cmath> using namespace std; #define MAXN 1024 typedef unsigned char uchar; typedef unsigned short ushort; typedef unsigned int uint; typedef unsigned long ulong; // 矩阵操作 template <typename T> class Matrix { public: Matrix(int r, int c) { rows = r; cols = c; data = new T[rows * cols]; } Matrix(int r, int c, T val) { rows = r; cols = c; data = new T[rows * cols]; for (int i = 0; i < rows * cols; i++) { data[i] = val; } } ~Matrix() { delete[] data; } void set(int r, int c, T val) { data[r * cols + c] = val; } T get(int r, int c) const { return data[r * cols + c]; } int getRows() const { return rows; } int getCols() const { return cols; } private: T *data; int rows, cols; }; // 二进制转换为十进制 uint binary2decimal(const uchar *data, int start, int len) { uint res = 0; for (int i = start; i < start + len; i++) { res = res * 2 + data[i]; } return res; } // 十进制转换为二进制 void decimal2binary(uint val, uchar *data, int start, int len) { for (int i = start + len - 1; i >= start; i--) { data[i] = val % 2; val /= 2; } } // 读取二进制文件 vector<uchar> readBinaryFile(const char *filename) { vector<uchar> data; ifstream fin(filename, ios::binary); if (!fin) { cerr << "Error: cannot open file " << filename << endl; return data; } fin.seekg(0, ios::end); int fileSize = fin.tellg(); fin.seekg(0, ios::beg); data.resize(fileSize); fin.read((char *)&data[0], fileSize); fin.close(); return data; } // 写入二进制文件 void writeBinaryFile(const char *filename, const vector<uchar> &data) { ofstream fout(filename, ios::binary); if (!fout) { cerr << "Error: cannot open file " << filename << endl; return; } fout.write((char *)&data[0], data.size()); fout.close(); } // 将图像分成若干块 void splitImage(const Matrix<ushort> &img, Matrix<ushort> *blocks, int blockSize) { int rows = img.getRows(); int cols = img.getCols(); int blockRows = rows / blockSize; int blockCols = cols / blockSize; for (int i = 0; i < blockRows; i++) { for (int j = 0; j < blockCols; j++) { Matrix<ushort> &blk = blocks[i * blockCols + j]; blk = Matrix<ushort>(blockSize, blockSize); for (int ii = 0; ii < blockSize; ii++) { for (int jj = 0; jj < blockSize; jj++) { blk.set(ii, jj, img.get(i * blockSize + ii, j * blockSize + jj)); } } } } } // 将若干块合并成图像 void mergeImage(const Matrix<ushort> *blocks, int blockRows, int blockCols, int blockSize, Matrix<ushort> &img) { int rows = blockRows * blockSize; int cols = blockCols * blockSize; img = Matrix<ushort>(rows, cols); for (int i = 0; i < blockRows; i++) { for (int j = 0; j < blockCols; j++) { const Matrix<ushort> &blk = blocks[i * blockCols + j]; for (int ii = 0; ii < blockSize; ii++) { for (int jj = 0; jj < blockSize; jj++) { img.set(i * blockSize + ii, j * blockSize + jj, blk.get(ii, jj)); } } } } } // 计算预测误差 void calcPredError(const Matrix<ushort> &blk, int predMode, Matrix<short> &err) { int rows = blk.getRows(); int cols = blk.getCols(); err = Matrix<short>(rows, cols); switch (predMode) { case 0: { for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { if (i == 0 && j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j)); } else if (i == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i, j - 1)); } else if (j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i - 1, j)); } else { err.set(i, j, blk.get(i, j) - (blk.get(i - 1, j) + blk.get(i, j - 1) - blk.get(i - 1, j - 1))); } } } break; } case 1: { for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { if (i == 0 && j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j)); } else if (i == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - (blk.get(i, j - 1) + blk.get(i + 1, j - 1) + 1) / 2); } else if (j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - (blk.get(i - 1, j) + blk.get(i - 1, j + 1) + 1) / 2); } else if (j == cols - 1) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - (blk.get(i, j - 1) + blk.get(i - 1, j - 1) + 1) / 2); } else { err.set(i, j, blk.get(i, j) - (blk.get(i - 1, j) + blk.get(i, j - 1) + blk.get(i + 1, j - 1) + blk.get(i - 1, j + 1) + 2) / 4); } } } break; } case 2: { for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { if (i == 0 && j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j)); } else if (i == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i, j - 1)); } else if (j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i - 1, j)); } else { int a = blk.get(i - 1, j); int b = blk.get(i, j - 1); int c = blk.get(i - 1, j - 1); int x = a + b - c; int pa = abs(x - a); int pb = abs(x - b); int pc = abs(x - c); if (pa <= pb && pa <= pc) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - a); } else if (pb <= pc) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - b); } else { err.set(i, j, blk.get(i, j) - c); } } } } break; } case 3: { for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { if (i == 0 && j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j)); } else if (i == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i, j - 1)); } else if (j == 0) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - blk.get(i - 1, j)); } else { int a = blk.get(i - 1, j); int b = blk.get(i, j - 1); int c = blk.get(i - 1, j - 1); int x = a + b - c; int pa = abs(x - a); int pb = abs(x - b); int pc = abs(x - c); if (pa <= pb && pa <= pc) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - a); } else if (pb <= pc) { err.set(i, j, blk.get(i, j) - b); } else { err.set(i, j, blk.get(i, j) - c); } err.set(i, j, -err.get(i, j)); } } } break; } default: { cerr << "Error: invalid prediction mode" << endl; break; } } } // 计算预测误差直方图 void calcPredErrorHistogram(const Matrix<short> &err, int maxErr, int &thresh, int &errCount) { const int HIST_SIZE = 65536; int hist[HIST_SIZE]; memset(hist, 0, sizeof(hist)); int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { hist[err.get(i, j) + maxErr]++; } } int total = rows * cols; int targetCount = total * 3 / 4; int count = 0; for (int i = HIST_SIZE - 1; i >= 0; i--) { count += hist[i]; if (count >= targetCount) { thresh = i - maxErr; errCount = count; break; } } } // 将预测误差编码为差分编码 void encodePredError(const Matrix<short> &err, int thresh, uchar *data, int &len) { int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); len = 0; short prevVal = 0; for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { short val = err.get(i, j); if (val >= thresh) { val++; } if (val <= -thresh) { val--; } val -= prevVal; prevVal += val; if (val < 0) { val += (1 << 16); } decimal2binary(val, data, len, 16); len += 16; } } } // 将差分编码解码为预测误差 void decodePredError(const uchar *data, int len, int thresh, Matrix<short> &err) { int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); err = Matrix<short>(rows, cols); short prevVal = 0; for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { uint val = binary2decimal(data, i * cols * 16 + j * 16, 16); if (val >= (1 << 15)) { val -= (1 << 16); } if (val < 0) { val -= 1; } val += prevVal; prevVal = val; if (val > thresh) { val--; } if (val < -thresh) { val++; } err.set(i, j, val); } } } // 计算RLE编码 void calcRLE(const Matrix<short> &err, uchar *data, int &len) { int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); len = 0; for (int i = 0; i < rows; i++) { int j = 0; while (j < cols) { int k = j + 1; while (k < cols && err.get(i, k) == err.get(i, j)) { k++; } int cnt = k - j; if (cnt >= 2) { if (cnt <= 9) { data[len++] = 0x90 + cnt - 2; } else if (cnt <= 270) { data[len++] = 0xFF; data[len++] = cnt - 10; } else { cerr << "Error: RLE count too large" << endl; exit(1); } decimal2binary(err.get(i, j), data, len, 16); len += 16; j = k; } else { decimal2binary(err.get(i, j), data, len, 16); len += 16; j++; } } } } // 解码RLE编码 void decodeRLE(const uchar *data, int len, Matrix<short> &err) { int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); err = Matrix<short>(rows, cols); int pos = 0; for (int i = 0; i < rows; i++) { int j = 0; while (j < cols) { uchar b1 = data[pos++]; if (b1 == 0xFF) { uchar b2 = data[pos++]; int cnt = b2 + 10; if (cnt > cols - j) { cerr << "Error: RLE count too large" << endl; exit(1); } short val = binary2decimal(data, pos * 8, 16); pos += 2; for (int k = 0; k < cnt; k++) { err.set(i, j + k, val); } j += cnt; } else if (b1 >= 0x90) { int cnt = b1 - 0x8E; if (cnt > cols - j) { cerr << "Error: RLE count too large" << endl; exit(1); } short val = binary2decimal(data, pos * 8, 16); pos += 2; for (int k = 0; k < cnt; k++) { err.set(i, j + k, val); } j += cnt; } else { short val = binary2decimal(data, pos * 8, 16); pos += 2; err.set(i, j, val); j++; } } } } // 将预测误差编码为压缩后的数据(包括预测模式、预测误差直方图阈值、预测误差差分编码和RLE编码) void encode(const Matrix<ushort> &blk, uchar *data, int &len) { int rows = blk.getRows(); int cols = blk.getCols(); int predMode = 0; Matrix<short> err(rows, cols); calcPredError(blk, predMode, err); int maxErr = (1 << 15) - 1; int thresh = 0; int errCount = 0; calcPredErrorHistogram(err, maxErr, thresh, errCount); encodePredError(err, thresh, data, len); uchar *rleData = new uchar[rows * cols * 2 * 5]; int rleLen; calcRLE(err, rleData, rleLen); if (rleLen < len) { data[0] = (data[0] & 0xFC) | predMode; decimal2binary(thresh, data, 2, 15); len = rleLen; memcpy(data + 17, rleData, len); len += 17; } else { len = 2 + 16 * rows * cols; for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < cols; j++) { decimal2binary(err.get(i, j), data, 2 + (i * cols + j) * 16, 16); } } } delete[] rleData; } // 将压缩后的数据解码为预测误差 void decode(const uchar *data, int len, Matrix<short> &err) { int rows = err.getRows(); int cols = err.getCols(); int mode = data[0] & 0x03; int pos = 2; if (mode == 0) { for (int i = 0; i < rows; i++) {

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