Huffman编码及解码.docx
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Huffman编码及解码
Huffman编码图像解码
*********************/
//读入编码图像
boolreadHuffman（char*Name）
{
inti,j;
charNameStr[100];
//读取Huffman编码信息和编码树
strcpy（NameStr,Name）;
strcat（NameStr,".bpt"）;
FILE*fin=fopen（NameStr,"r"）;
if（fin==0）{
printf（"未找到指定文件！
\n"）;
return0;
}
fscanf（fin,"%d%d%d",&NodeStart,&NodeNum,&InfLen）;
//printf（"%d%d%d\n",NodeStart,NodeNum,InfLen）;
for（i=0;ifscanf（fin,"%d%d%d",&node[i].color,&node[i].lson,&node[i].rson）;
//printf（"%d%d%d\n",node[i].color,node[i].lson,node[i].rson）;
}
//二进制读方式打开指定的图像文件
strcpy（NameStr,Name）;
strcat（NameStr,".bhd"）;
FILE*fp=fopen（NameStr,"rb"）;
if（fp==0）{
printf（"未找到指定文件！
\n"）;
return0;
}
//跳过位图文件头结构BITMAPFILEHEADER
fseek（fp,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,0）;
//定义位图信息头结构变量，读取位图信息头进内存，存放在变量head中
BITMAPINFOHEADERhead;
fread（&head,sizeof（BITMAPINFOHEADER）,1,fp）;
//获取图像宽、高、每像素所占位数等信息
bmpWidth=head.biWidth;
bmpHeight=head.biHeight;
biBitCount=head.biBitCount;
//定义变量，计算图像每行像素所占的字节数（必须是4的倍数）
intlineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;
//灰度图像有颜色表，且颜色表表项为256
if（biBitCount==8）{
//申请颜色表所需要的空间，读颜色表进内存
pColorTable=newRGBQUAD[256];
fread（pColorTable,sizeof（RGBQUAD）,256,fp）;
}
//申请位图数据所需要的空间，读位图数据进内存
pBmpBuf=newunsignedchar[lineByte*bmpHeight];
fread（pBmpBuf,1,InfLen/8,fp）;
//关闭文件
fclose（fp）;
return1;
}
voidHuffmanDecode（）
{
//获取编码信息
inti,j,tmp;
intlineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;
for（i=0;i{
j=i*8+7;
tmp=*（pBmpBuf+i）;
while（tmp>0）
{
ImgInf[j]=tmp%2;
tmp/=2;
j--;
}
}
/*for（i=0;iprintf（"%d",ImgInf[i]）;
printf（"\n"）;*/
//解码
intp=NodeStart;//遍历指针位置
j=0;
i=0;
do
{
if（node[p].color>=0）
{
*（pBmpBuf+j）=node[p].color;
//printf（"%d",*（pBmpBuf+j））;
j++;
p=NodeStart;
}
if（ImgInf[i]==1）
p=node[p].lson;
elseif（ImgInf[i]==0）
p=node[p].rson;
i++;
}while（i<=InfLen）;
//printf（"\nj:
%d\n",j）;
}
/*********************
Huffman编码
*********************/
//Huffman编码初始化
voidHuffmanCodeInit（）
{
inti;
for（i=0;i<256;i++）//灰度值记录清零
Num[i]=0;
//初始化哈夫曼树
for（i=0;i<600;i++）
{
node[i].color=-1;
node[i].lson=node[i].rson=-1;
node[i].num=-1;
node[i].mark=0;
}
NodeNum=0;
}
//深搜遍历Huffman树获取编码值
charCodeTmp[300];
voiddfs（intpos,intlen）
{
//遍历左儿子
if（node[pos].lson!
=-1）
{
CodeTmp[len]='1';
dfs（node[pos].lson,len+1）;
}
else
{
if（node[pos].color!
=-1）
{
CodeLen[node[pos].color]=len;
CodeTmp[len]='\0';
strcpy（CodeStr[node[pos].color],CodeTmp）;
}
}
//遍历右儿子
if（node[pos].lson!
=-1）
{
CodeTmp[len]='0';
dfs（node[pos].rson,len+1）;
}
else{
if（node[pos].color!
=-1）
{
CodeLen[node[pos].color]=len;
CodeTmp[len]='\0';
strcpy（CodeStr[node[pos].color],CodeTmp）;
}
}
}
//寻找值最小的节点
intMinNode（）
{
inti,j=-1;
for（i=0;iif（!
node[i].mark）
if（j==-1||node[i].numj=i;
if（j!
=-1）
{
NodeStart=j;
node[j].mark=1;
}
returnj;
}
//编码主函数
voidHuffmanCode（）
{
inti,j,k,a,b;
for（i=0;i<256;i++）
{//创建初始节点
Feq[i]=（float）Num[i]/（float）（bmpHeight*bmpWidth）;//计算灰度值频率
if（Num[i]>0）
{
node[NodeNum].color=i;
node[NodeNum].num=Num[i];
node[NodeNum].lson=node[NodeNum].rson=-1;//叶子节点无左右儿子
NodeNum++;
}
}
while
（1）
{//找到两个值最小的节点，合并成为新的节点
a=MinNode（）;
if（a==-1）
break;
b=MinNode（）;
if（b==-1）
break;
//构建新节点
node[NodeNum].color=-1;
node[NodeNum].num=node[a].num+node[b].num;
node[NodeNum].lson=a;
node[NodeNum].rson=b;
NodeNum++;
//node[a].mark=node[b].mark=1;
}
//根据建好的Huffman树编码（深搜实现）
dfs（NodeStart,0）;
//屏幕输出编码
intsum=0;
printf（"Huffman编码信息如下：
\n"）;
for（i=0;i<256;i++）
if（Num[i]>0）
{
sum+=CodeLen[i]*Num[i];
printf（"灰度值：
%3d频率:
%f码长:
%2d编码:
%s\n",i,Feq[i],CodeLen[i],CodeStr[i]）;
}
//printf（"原始总码长：
%d\n",bmpWidth*bmpHeight*8）;
//printf（"Huffman编码总码长：
%d\n",sum）;
//printf（"压缩比：
%.3f:
1\n",（float）（bmpWidth*bmpHeight*8）/（float）sum）;
//记录图像信息
InfLen=0;
intlineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;
for（i=0;ifor（j=0;j{
lpBuf=（unsignedchar*）pBmpBuf+lineByte*i+j;
for（k=0;k{
ImgInf[InfLen++]=（int）（CodeStr[*（lpBuf）][k]-'0'）;
}
}
//再编码数据
j=0;
for（i=0;i{
*（pBmpBuf+j）=Change2to10（i）;
i+=8;
j++;
}
}
/******************************
主函数
******************************/
intmain（intargc,char**argv）
{
intord;//命令
charc;
inti,j;
clock_tstart,finish;
inttotal_time;
//CStringstr;
while
（1）
{
printf（"本程序提供以下功能\n\n\t1.256色灰度BMP图像Huffman编码\n\t2.Huffman编码BMP文件解码\n\t3.退出\n\n请选择需要执行的命令:
"）;
scanf（"%d%c",&ord,&c）;
if（ord==1）
{
printf（"\n---256色灰度BMP图像Huffman编码---\n"）;
printf（"\n请输入要编码图像名称：
"）;
scanf（"%s",str）;
//读入指定BMP文件进内存
charreadPath[100];
strcpy（readPath,str）;
strcat（readPath,".bmp"）;
if（readBmp（readPath））
{
//输出图像的信息
//printf（"\n图像信息：
\nwidth=%d,height=%d,biBitCount=%d\n",bmpWidth,bmpHeight,biBitCount）;
intlineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;
if（biBitCount==8）
{
//编码初始化
HuffmanCodeInit（）;
//计算每个灰度值出现的次数
for（i=0;ifor（j=0;j{
lpBuf=（unsignedchar*）pBmpBuf+lineByte*i+j;
Num[*（lpBuf）]+=1;
}
//调用编码
start=clock（）;
HuffmanCode（）;
finish=clock（）;
total_time=（finish-start）;
printf（"识别一张耗时：
%d毫秒",total_time）;
//将图像数据存盘
charwritePath[100];
//保存编码后的bmp
strcpy（writePath,str）;
strcat（writePath,"_Huffman.bhd"）;
saveBmp（writePath,pBmpBuf,bmpWidth,bmpHeight,biBitCount,pColorTable）;
//保存Huffman编码信息和编码树
strcpy（writePath,str）;
strcat（writePath,"_Huffman.bpt"）;
saveInfo（writePath,lineByte）;
printf（"\n编码完成!
编码信息保存在%s_Huffman文件中\n\n",str）;
}
else
{
printf（"本程序只支持256色BMP编码！
\n"）;
}
//清除缓冲区，pBmpBuf和pColorTable是全局变量，在文件读入时申请的空间
delete[]pBmpBuf;
if（biBitCount==8）
delete[]pColorTable;
}
printf（"\n-----------------------------------------------\n\n\n"）;
}
elseif（ord==2）
{
printf（"\n---Huffman编码BMP文件解码---\n"）;
printf（"\n请输入要解码文件名称：
"）;
scanf（"%s",str）;
//编码解码初始化
HuffmanCodeInit（）;
if（readHuffman（str））
{//读取文件
HuffmanDecode（）;//Huffman解码
//将图像数据存盘
charwritePath[100];
//保存解码后的bmp
strcpy（writePath,str）;
strcat（writePath,"_Decode.bmp"）;
InfLen=bmpWidth*bmpHeight*8;
saveBmp（writePath,pBmpBuf,bmpWidth,bmpHeight,biBitCount,pColorTable）;
system（writePath）;
printf（"\n解码完成!
保存为%s_Decode.bmp\n\n",str）;
}
printf（"\n-----------------------------------------------\n\n\n"）;
}
elseif（ord==3）
break;
}
return0;/*ANSICrequiresmaintoreturnint.*/
}
/*********************
编码：
#include
#include
#include
#include"Windows.h"
#include"math.h"
#include
//几个全局变量，存放读入图像的位图数据、宽、高、颜色表及每像素所占位数（比特）
//此处定义全局变量主要为了后面的图像数据访问及图像存储作准备
unsignedchar*pBmpBuf;//读入图像数据的指针
intbmpWidth;//图像的宽
intbmpHeight;//图像的高
intimgSpace;//图像所需空间
RGBQUAD*pColorTable;//颜色表指针
intbiBitCount;//图像类型
charstr[100];//文件名称
intNum[300];//各灰度值出现的次数
floatFeq[300];//各灰度值出现的频率
unsignedchar*lpBuf;//指向图像像素的指针
unsignedchar*m_pDib;//存放打开文件的DIB
intNodeNum;//Huffman树总节点个数
intNodeStart;//Huffman树起始节点
structNode{//Huffman树节点
intcolor;//记录叶子节点的灰度值（非叶子节点为-1）
intlson,rson;//节点的左右儿子（若没有则为-1）
intnum;//节点的数值（编码依据）
intmark;//记录节点是否被用过（用过为1，没用过为0）
}node[600];
charCodeStr[300][300];//记录编码值
intCodeLen[300];//编码长度
boolImgInf[8000000];//图像信息
intInfLen;//图像信息长度
/***********************************************************************
*函数名称：
*readBmp（）
*
*函数参数：
*char*bmpName-文件名字及路径
*
*返回值：
*0为失败,1为成功
*
*说明：
给定一个图像文件名及其路径，读图像的位图数据、宽、高、颜色表及每像素
*位数等数据进内存,存放在相应的全局变量中
***********************************************************************/
boolreadBmp（char*bmpName）
{
//二进制读方式打开指定的图像文件
//FILE*fp=fopen（"E:
\ProgramFiles\program\Huffman\1.bmp","rb"）;
FILE*fp=fopen（bmpName,"rb"）;
if（fp==0）
{
printf（"未找到指定文件！
\n"）;
return0;
}
//跳过位图文件头结构BITMAPFILEHEADER
fseek（fp,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,0）;
//定义位图信息头结构变量，读取位图信息头进内存，存放在变量head中
BITMAPINFOHEADERhead;
fread（&head,sizeof（BITMAPINFOHEADER）,1,fp）;
//获取图像宽、高、每像素所占位数等信息
bmpWidth=head.biWidth;
bmpHeight=head.biHeight;
biBitCount=head.biBitCount;
//定义变量，计算图像每行像素所占的字节数（必须是4的倍数）
intlineByte=（bmpWidth*biBitCount/8+3）/4*4;
//灰度图像有颜色表，且颜色表表项为256
if（biBitCount==8）
{
//申请颜色表所需要的空间，读颜色表进内存
pColorTable=newRGBQUAD[256];
fread（pColorTable,sizeof（RGBQUAD）,256,fp）;
}
//申请位图数据所需要的空间，读位图数据进内存
pBmpBuf=newunsignedchar[lineByte*bmpHeight];
fread（pBmpBuf,1,lineByte*bmpHeight,fp）;
//关闭文件
fclose（fp）;
return1;
}
/***********************************************************************
保存信息
***********************************************************************/
//二进制转十进制
intChange2to10（intpos）{
inti,j,two=1;
j=0;
for（i=pos+7;i>=pos;i--）{
j+=two*ImgInf[i];
two*=2;
}
returnj;
}
//保存Huffman编码树
intsaveInfo（char*writeP
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