哈夫曼编码的设计与实现

吉林建筑大学

电气与计算机学院

信息理论与编码课程设计报告

设计题目： 哈夫曼编码的分析与实现 专业班级： 电子信息工程 131 学生姓名： 学 号： 指导教师：

设计时间： 2016.11.21－2016.12.2

教师评语： 成绩 评阅教师 日期

第1章 概述

1.1设计的作用、目的

通过完成具体编码算法的程序设计和调试工作，提高编程能力，深刻理解信源编码、信道编译码的基本思想和目的，掌握编码的基本原理与编码过程，增强逻辑思维能力，培养和提高自学能力以及综合运用所学理论知识去分析解决实际问题的能力，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。主要目的是加深对理论知识的理解，掌握查阅有关资料的技能，提高实践技能，培养独立分析问题、解决问题及实际应用的能力。

通过课程设计各环节的实践，应达到如下要求：

1．理解无失真信源编码的理论基础，掌握无失真信源编码的基本方法； 2．根据哈夫曼编码算

中南大学

信息论编码实验报告

专业班级:电子信息1002 指导老师：赵颖 姓名:付永军 学号:0909100707

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目录

一.实验目的 ..................................................................................... 3 二、实验内容 .................................................................................. 3 三、实验原理 .................................................................................. 4 1.1使用MATLAB 实现香农码编码。 ...................................... 4 1.2、使用MATLAB 实现HUFFMAN 编码. ............................... 7 2.1、使用C++实现香农码编码 ........................

实验五 哈夫曼编码与译码的设计与实现

一、问题描述

利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。试为这样的信息收发编写一个哈夫曼码的编/译码系统。

基本要求：

（1）接收原始数据：从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件nodedata.dat中。

（2）编码：利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件nodedata.dat中读入），对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件code.dat中。

（3）译码：利用已建好的哈夫曼树将文件code.dat中的代码进行译码，结果存入文件textfile.txt中。

（4）打印编码规则：即字符与编码的一一对应关系。 （5）打印哈夫曼树：将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上。

二、数据结构设计 1、

构造哈夫曼树时，使用静态链表作为哈夫曼树的存储。

在构造哈夫曼树时，设计一个结构体数组HuffNode保存哈夫曼树中各结点的信息，根据二叉树的性质可

哈夫曼编码及Matlab实现

哈夫曼编码是一种所得码字是异前置的变长码，其平均码长最短，被称为最佳变长码，也称为哈夫曼编码。 其具体编码方法如下：

（1）将信源信息（符号）按概率大小排队；

（2）从最小概率的两个消息开始编码，并给予一定的编码规则，如小概率的下支路编为1（或0），大概率的上支路变为0（或1），若两者概率相等，仍是下支路为1上支路为0；

（3）将已经编码的两个消息对应概率合并，并重新按概率大小排队，重复步骤（2）；

（4）重复步骤（3），直至合并概率归一为止；

（5）变成的变长码是按后出先编方式，即从概率归一的树根沿编码路线逆行至对应的消息。

实验内容：

给定离散信源：

u2u3u4u5u6u7??U??u1??p??0.200.190.180.170.150.100.01? ????对其进行哈夫曼编码，其理论结果如下： 消息 （U） 概率 (p) 0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01

0.20 0.26 0.35 0.39 0.61 1.0 0.19 0.20 0.26 0.35 0.39

哈夫曼编码 综合设计报告

LD

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武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告

目 录

摘 要 ……………………………………………………………………………………… I Abstract …………………………………………………………………………………... II 第一章 课题背景…………………………………………………………………….…….. 1 1.1 课题背景 ……………………………………………………………………….……...1 1.2 课题内容 ………………………………………………..………………………….… 1 第二章 设计简介及设计方案论述 ………………………………………………….…….. 2 2.1 设计简介 ………………………………………………..……………………….….…2 2.2 问题分析 ………………………………………………..……………………….….…2 2.3 设计方案 ………………………………………………..……………………….….…3 第三章 详细设计…………………………………………………………..………….…….. 4 3.1 主要流程图 ……………………………………………..…………

安徽大学

本科毕业论文（设计、创作）

题 目： 哈夫曼编码与算术编码压缩效率比较 学生姓名： 李伟 学号： E20714134 院（系）： 计算机科学与技术 专业： 软件工程 入学时间： 2007 年 9 月 导师姓名： 韩莉 职称/学位： 讲师/硕士 导师所在单位： 安徽大学计算机科学与技术学院 完成时间： 2011 年 5 月

哈夫曼编码与算术编码压缩效率比较

摘要

算术编码和哈夫曼编码都利用信源符号的概率分布特性进行编码，使平均码长逼近信息 熵是压缩编码算法的第一要求，算术编码比哈夫曼编码逼近信息熵的能力要强，但是编码效率和实现往往是一对矛盾，编码效率的提高，往往要在实现上付出代价，所以，选择压缩算 要权衡这两点。本论文开篇先引入了信息论的一些概念，因为编码理论发源于信息论，是各 种编码算法的数学基础。然后在第2章分析了算术编码原理，并从无限精度的算术编码原理 过渡到在计算机上能够实现的二进制编码原理。在第3章紧接着介绍了哈夫曼编码原理，并 讨论了怎样

实验名称 实验日期 实验六 哈夫曼编码和译码的算法设计与实现

实验方案 实验操作 实验成绩 2012-04-22 实 验 信息系统设计与仿室 真室I 实验台号 34号 班级姓信工11-1BF 李煌名 峰

实验结果

一、实验目的

1、根据算法设计需要,掌握哈夫曼编码的二叉树结构表示方法； 2、编程实现哈夫曼编译码器； 3、掌握贪心算法的一般设计方法。

二、预习与参考

1、认真阅读数据结构教材和算法设计教材内容, 熟悉哈夫曼编码的原理; 2、设计和编制哈夫曼编译码器。 [参考数据类型或变量] typedef ElemType char； typedef struct node{ int w; int flag; ElemType c;

struct node *plink,*llink,*rlink;

char code[m]; }Node;

Node *num[n], *root; [参考子程序接口与功能描述]

void SetTree( NODE *root )

功能: 从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树 void En

（1）哈夫曼编码所形成的码字不是唯一的，但编码效率是唯一的 在对最小的两个

概率符号赋值时，可以规定为大的为“1”、小的为“0”，反之也可以。如果两个符号的出现概率相等时，排列时无论哪个在前都是可以的，所以哈夫曼所构造的码字不是唯一的，对于同一个信息源，无论上述的前后顺序如何排列，它的平均码长是不会改变的，所以编码效率是唯一的。 （2）只有当信息源各符号出现的概率很不平均的时候，哈夫曼编码的效果才明显。 （3）哈夫曼编码必须精确地统计出原始文件中每个符号的出现频率，如果没有这些精确的统计，将达不到预期的压缩效果。霍夫曼编码通常要经过两遍操作，第一遍进行统计，第二遍产生编码，所以编码速度相对慢。另外实现的电路复杂，各种长度的编码的译码过程也是比较复杂的，因此解压缩的过程也比较慢。 （4）哈夫曼编码只能用整数来表示单个符号而不能用小数，这很大程度上限制了压缩效果。

（5）哈夫曼所有位都是合在一起的，如果改动其中一位就可以使其数据变得面

目全非

运动估计基本思想是将图像序列的每一帧分成许多互不重叠的宏块，并认为宏块内所有象素的位移量都相同，然后对每个宏块到参考帧某一给定特定搜索范围内根据一定的匹配准则找出与当前块最相似的块，即匹配块，匹配块与当前块的

（1）哈夫曼编码所形成的码字不是唯一的，但编码效率是唯一的 在对最小的两个

概率符号赋值时，可以规定为大的为“1”、小的为“0”，反之也可以。如果两个符号的出现概率相等时，排列时无论哪个在前都是可以的，所以哈夫曼所构造的码字不是唯一的，对于同一个信息源，无论上述的前后顺序如何排列，它的平均码长是不会改变的，所以编码效率是唯一的。 （2）只有当信息源各符号出现的概率很不平均的时候，哈夫曼编码的效果才明显。 （3）哈夫曼编码必须精确地统计出原始文件中每个符号的出现频率，如果没有这些精确的统计，将达不到预期的压缩效果。霍夫曼编码通常要经过两遍操作，第一遍进行统计，第二遍产生编码，所以编码速度相对慢。另外实现的电路复杂，各种长度的编码的译码过程也是比较复杂的，因此解压缩的过程也比较慢。 （4）哈夫曼编码只能用整数来表示单个符号而不能用小数，这很大程度上限制了压缩效果。

（5）哈夫曼所有位都是合在一起的，如果改动其中一位就可以使其数据变得面

目全非

运动估计基本思想是将图像序列的每一帧分成许多互不重叠的宏块，并认为宏块内所有象素的位移量都相同，然后对每个宏块到参考帧某一给定特定搜索范围内根据一定的匹配准则找出与当前块最相似的块，即匹配块，匹配块与当前块的

1．哈夫曼编码的方法

编码过程如下 :

(1) 将信源符号按概率递减顺序排列 ;

(2) 把两个最小的概率加起来 , 作为新符号的概率 ; (3) 重复步骤 (1) 、 (2), 直到概率和达到 1 为止 ;

(4) 在每次合并消息时，将被合并的消息赋以1和0或0和1； (5) 寻找从每个信源符号到概率为1处的路径，记录下路径上的1和0； (6) 对每个符号写出\、\序列（从码数的根到终节点）。

2．哈夫曼编码的特点

①哈夫曼方法构造出来的码不是唯一的 。

原因

·在给两个分支赋值时 , 可以是左支 ( 或上支 ) 为 0, 也可以是右支 ( 或下支 ) 为 0, 造成编码的不唯一。

·当两个消息的概率 相等时, 谁前谁后也是随机的 , 构造出来的码字就不是唯一的。

②哈夫曼编码码字字长参差不齐 , 因此硬件实现起来不大方便。 ③哈夫曼编码对不同的信源的编码效率是不同的。

· 当信源概率是 2 的负幂时 , 哈夫曼码的编码效率达到 100%; · 当信源概率相等时 , 其编码效率最低。

· 只有在概率分布很不均匀时 , 哈夫曼编码才会收到显著的效果 , 而在信源分布均匀的情况下 , 一般不使用哈夫曼编码。

④对信源进行哈夫曼编码后 ,