使用python,实现自适应算术编码

时间: 2023-07-20 15:29:10 浏览: 41
以下是一个简单的Python实现自适应算术编码的例子: ```python import bisect from collections import defaultdict class ArithmeticEncoder: def __init__(self, bitout): self.low = 0 self.high = 0xFFFFFFFF self.bitout = bitout self.pending_bits = 0 self.pending_data = [] def get_scaled_value(self, value_range, offset, total_range): return ((value_range * (self.high - self.low)) // total_range) + offset def encode(self, symbol, freqs): total_freq = sum(freqs.values()) if total_freq >= 0xFFFFFFFF: raise ValueError("Cannot code symbol with frequency >= 2^32") value_range = (self.high - self.low) + 1 symbol_low = 0 for k, v in freqs.items(): if k < symbol: symbol_low += v symbol_high = symbol_low + freqs[symbol] - 1 self.low = self.get_scaled_value(symbol_low, self.low, total_freq) self.high = self.get_scaled_value(symbol_high, self.low, total_freq) while ((self.low ^ self.high) & 0xFF000000) == 0: self.bitout.write(self.high >> 24) for b in self.pending_data: self.bitout.write(b ^ 0xFF) self.pending_data.clear() self.low <<= 8 self.high <<= 8 self.high |= 0xFF self.pending_bits += 8 while self.pending_bits > 0: self.bitout.write(self.high >> 24) self.pending_data.append((self.high >> 24) ^ 0xFF) self.high <<= 8 self.pending_bits -= 8 def finish(self): self.bitout.write((self.high >> 24) - 1) for b in self.pending_data: self.bitout.write(self.high >> 24) self.bitout.write(self.high >> 24) class ArithmeticDecoder: def __init__(self, bitin): self.low = 0 self.high = 0xFFFFFFFF self.bitin = bitin self.code = 0 for i in range(4): self.code = (self.code << 8) | self.bitin.read() def get_value(self, freqs): total_freq = sum(freqs.values()) if total_freq >= 0xFFFFFFFF: raise ValueError("Cannot decode symbol with frequency >= 2^32") value_range = (self.high - self.low) + 1 offset = self.code - self.low offset = ((offset * total_freq) // value_range) symbol = 0 symbol_low = 0 for k, v in freqs.items(): symbol_high = symbol_low + v - 1 if symbol_low <= offset <= symbol_high: symbol = k break symbol_low = symbol_high + 1 symbol_high = symbol_low + freqs[symbol] - 1 self.low = self.get_scaled_value(symbol_low, self.low, total_freq) self.high = self.get_scaled_value(symbol_high, self.low, total_freq) while ((self.low ^ self.high) & 0xFF000000) == 0: self.code = (self.code << 8) | self.bitin.read() self.low <<= 8 self.high <<= 8 self.high |= 0xFF return symbol def get_scaled_value(self, value_range, offset, total_range): return ((value_range * (self.high - self.low)) // total_range) + offset ``` 使用方法如下: ```python from bitarray import bitarray def encode_string(s): freqs = defaultdict(int) for c in s: freqs[c] += 1 bitout = bitarray() enc = ArithmeticEncoder(bitout) for c in s: enc.encode(c, freqs) freqs[c] += 1 enc.finish() return bitout def decode_string(bitstring): freqs = defaultdict(int) for b in bitstring: freqs[b] += 1 bitin = bitstring.itersearch(bitarray('1')) dec = ArithmeticDecoder(bitin) s = '' while True: try: symbol = dec.get_value(freqs) s += symbol freqs[symbol] += 1 except IndexError: break return s ``` 这里我们使用了bitarray库来处理比特流。encode_string函数将一个字符串进行编码,并返回一个比特流。decode_string函数接受一个比特流,并对其进行解码,返回原始字符串。

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