LZW压缩算法在数据传输中的应用

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"本文将详细介绍LZW压缩算法，这是一种广泛用于图片压缩和低速率无线网络数据传输的高效压缩方法。LZW算法的核心在于构建和利用一个动态更新的字符串表，通过编码和解码过程实现数据的压缩和恢复。" LZW（Lempel-Ziv-Welch）压缩算法是由Jacob Ziv、Abraham Lempel和William A. Welch于1970年代提出的，它是一种基于字典的无损数据压缩方法。LZW算法的主要特点是动态构建字典，能够自动学习输入数据的统计特性，从而达到较高的压缩效果。在LZW算法中，数据被分割成一系列的“字符串”。初始时，字典包含所有单个字符的字符串，随着算法的进行，字典会不断添加新字符串。当遇到未在字典中存在的字符串时，会将前缀（已存在于字典中的最长匹配字符串）和后缀（新字符）分别存储。这个新字符串会被加入字典，并输出前缀的编码，以表示当前字符串。在给定的代码中，可以看到LZW算法的一些关键定义： 1. `LZW_MAX_TABLE_SIZE` 定义了字符串表的最大大小，这里设置为4096，意味着字典可以存储最多4096个不同的字符串。 2. `LZW_MAX_HASH_SIZE` 是哈希表的大小，它用于快速查找字符串表中的条目。这里的值是`(4096<<8)+0xFF`，确保了足够的哈希空间来处理所有可能的字符串组合。 3. `LZW_STRING` 结构体描述了一个字符串表中的条目，包括一个`wPrefix`字段（旧字符串）和一个`wSuffix`字段（新字符），这有助于快速找到字符串的前后缀。 `LZW_Encode` 函数是LZW压缩的核心，它接收输入缓冲区`InBuffer`，输入数据长度`dwLength`以及输出缓冲区`OutBuffer`。函数的目的是将输入数据按照LZW算法压缩，并将压缩后的数据存储到输出缓冲区。其中，`OutBuffer`需要预先清零，因为压缩结果是以字节序列的形式存储，且通常是8位的数据。在编码过程中，LZW算法首先创建一个初始的空字典，然后逐个处理输入数据的字符。每个字符都会与字典中的现有字符串进行匹配，找到最长的匹配前缀。匹配的前缀对应的编码发送出去，后缀则作为新字符串添加到字典中。如果字典满，会触发一个“清除”操作，即重置字典并增大编码空间，以便继续编码新的字符串。 LZW算法在图片压缩中，如GIF格式，以及低速率无线网络数据传输中，由于其高效的压缩率和相对简单的实现，得到了广泛应用。然而，由于专利问题，LZW在某些领域已被其他不受专利限制的算法所取代，如DEFLATE（用于ZIP和PNG文件格式）。尽管如此，LZW算法仍然是数据压缩领域的一个经典示例，对理解和学习压缩原理有着重要意义。

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// 定义
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// 解码程序用到String Table的最大长度
#define LZW_MAX_TABLE_SIZE 4096

// 编码程序只用到Hash表, 不需要String Table, 因为它不需要知道String Table中的内容,
// 只需要知道Old + Pixel字串是否在表中和表中的index
// Hash表设计为 : (Old << 8) | Pixel 其中存放的是String Table的Index
#define LZW_MAX_HASH_SIZE 0x1000FF // (4096 << 8) + 0xFF

// 解码程序用到String Table - string结构
// 每个string可以形成一棵二叉树, 此二叉树仅有一个右节点
// 因为wPrefix总是指向String Table中的另一位置, 而wSuffix指向0 ~ (clear-1)
typedef struct tagLZW_STRING
{
WORD wPrefix ; // 为 Old
WORD wSuffix ; // 为 GetFirstChar (Old) 或 GetFirstChar (Code)
} LZW_STRING, * PLZW_STRING ;

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// LZW - 压缩算法
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/********************************************************************/
/* 功能：通用LZW编码 */
/* 说明：OutBuffer必须预先置0 */
/* 输出的OutBuffer按 8 + ...data... 格式存储 */
/********************************************************************/

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