CN106559085A - 一种范式哈夫曼解码方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种范式哈夫曼解码方法及其装置，包括将预设解码表内每个编码右侧补零，扩充为m位编码并计算其数值，m为预设解码表内的最长编码长度；分别将原始编码长度相同的各个编码数值中的最小值作为阈值；从待解码比特流的读取起始位置依次读取m位二进制码，并计算其数值D；将D分别依次与n个阈值进行比较，若D小于比较的阈值，得0，反之，得1，将比较结果按照比较顺序进行记录，得到掩码；令m位二进制码与掩码按位进行与操作，得到结果码，计算并依据结果码的数值得到解码字符与原始编码长度L；令当前的读取起始位置后移L位，重复读取二进制码，直至解码完成。本发明能够每次读取一组二进制码，解码的速度快，效率高。

Description

一种范式哈夫曼解码方法及其装置

技术领域

本发明涉及编解码技术领域，特别是涉及一种范式哈夫曼解码方法及其装置。

背景技术

当前，随着互联网、物联网的飞速发展，数据文件规模越来越大。为节省存储成本，各数据中心均对数据进行压缩出来。大量的数据压缩占用较高的CPU资源，不仅降低了服务器性能，而且提升了服务器功耗，增加了能源成本。

目前，数据压缩中常采用哈夫曼解码方法。哈夫曼(Huffman)编码是一种一致性编码法(又称“熵编码法”)，用于数据的无损耗压缩。它根据每一个字符出现的概率建立起来编码表，出现概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，使得编码后的字符串的平均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的。其中，范式哈夫曼编码是哈夫曼编码的一种，其特点是相同长度的编码是连续整数的二进制描述，即若两个字符对应的编码长度相同，则这两个字符对应的二进制编码计算后得到的数值是连续的，例如0011,0100。

由于哈夫曼编码是一种变长编码，各字符编码长度不定，故哈夫曼解码时只能串行执行，不能够预先将待解码比特流预先分为特定长度的二进制码串再进行处理，且在解码过程中，是先读取一位二进制码，与哈夫曼码表比较后，再读取下一位二进制码，直至与哈夫曼码表匹配成功，效率低，解码速度慢。

因此，如何提供一种解码效率高的范式哈夫曼解码方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种范式哈夫曼解码方法及其装置，能够每次读取一组二进制码，然后根据读取的一组二进制码直接解得对应的解码字符，解码的速度快，效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种范式哈夫曼解码方法，包括：

步骤s101：将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为所述预设解码表内的最长编码长度；

步骤s102：计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

步骤s103：从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；

步骤s104：计算所述m位二进制码的数值D；将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

步骤s105：令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L；

步骤s106：令当前的所述读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，返回步骤s104，直至所述待解码比特流读取完成。

优选地，所述预设规则具体为：

在所述n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

优选地，所述依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L的过程具体为：

将I带入预设映射关系式或预设映射表内，得到I对应的所述预设解码表内的位置；

依据所述位置得到对应的解码字符以及所述解码字符的原始编码长度L。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种范式哈夫曼解码装置，包括：

补零模块，用于将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为所述预设解码表内的最长编码长度；

阈值获取模块，用于计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

读取模块，用于从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；当接收到解码模块发送的原始编码长度后，令当前的所述读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，读取m位二进制码；直至所述待解码比特流读取完成；

数值计算模块，用于计算所述m位二进制码的数值D；

掩码计算模块，用于将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

解码模块，用于令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L；将所述原始编码长度发送至所述读取模块。

优选地，所述掩码计算模块具体用于：

将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则在所述n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

优选地，所述解码模块具体包括：

与操作单元，用于令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；

解码单元，用于将I带入预设映射关系式内，得到I对应的所述预设解码表内的位置；依据所述位置得到对应的解码字符以及所述解码字符的原始编码长度L；将所述原始编码长度发送至所述读取模块。

本发明提供了一种范式哈夫曼解码方法及其装置，将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零后，使得每个字符均对应一个m位编码，由于范式哈夫曼解码的特点，使得补零后得到m位编码的大小随着其对应的原始编码长度的增加而递增，通过将读取的m位二进制码的数值与阈值比较得到掩码，再将m位二进制码与掩码按位与操作，得到数值I后，该数值对应的字符即为m位二进制码的解码字符，但是由于该字符的解码长度L可能小于m位，表明该字符实际上是m位二进制码的前L位的解码字符，故此时令读取起始位置后移L位，再读取下一组二进制码组。该方法能够每次读取一组二进制码，然后根据读取的一组二进制码直接解得对应的解码字符，相比每次只读取一位二进制码的方式，解码的速度快，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种范式哈夫曼解码方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种范式哈夫曼解码装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种范式哈夫曼解码方法及其装置，能够每次读取一组二进制码，然后根据读取的一组二进制码直接解得对应的解码字符，解码的速度快，效率高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种范式哈夫曼解码方法，参见图1所示，图1为本发明提供的一种范式哈夫曼解码方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤s101：将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为预设解码表内的最长编码长度；

步骤s102：计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

可以理解的是，原始编码长度一定小于或等于m，故原始编码长度的种类小于或等于m，例如m＝4，则预设解码表内原始编码长度只可能是1或2或3或4。每种原始编码长度对应有一个阈值，该阈值的大小为该种原始编码长度的编码补零后得到的各个编码数值中的最小值。

步骤s103：从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；

其中，由于每次需要读取m位，对应最后几次读取时，很可能待解码比特流内未解码的二进制码不够m位，则此时在读取的二进制码右侧补零(右侧补零即为在后端补零)。

步骤s104：计算m位二进制码的数值D；将D分别按照从小到大的顺序与n个阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

例如，加入n个阈值分别为0,4,8,12，D＝5，则将D依次与阈值进行比较，得到1100。

作为优选地，这里的预设规则具体为：

在n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

步骤s105：令m位二进制码与m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与解码字符的原始编码长度L；

步骤s106：令当前的读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，返回步骤s104，直至待解码比特流读取完成。

可以理解的是，当前解码完成后，得到的原始编码长度表明此次解码得到的解码字符实际上是m位二进制码中前L位的解码字符，故需要从L位之后重新进行读取。

其中，上述依据I得到解码字符与解码字符的原始编码长度L的过程具体为：

将I带入预设映射关系式或预设映射表内，得到I对应的预设解码表内的位置；

依据位置得到对应的解码字符以及解码字符的原始编码长度L。

这里的预设映射关系式或预设映射表反映的是数值I与预设解码表内的位置之间的映射关系。

另外，也可以直接根据数值I查找预设解码表内补零后的各个编码数值哪个与数值I相等，则与数值I相等的编码数值对应的编码字符即为解码字符。

为方便理解，下面就一个具体例子对上述实施例进行解释。

假设待解码比特流为“1000111011111000110”，所用的范式哈夫曼码表如表1；最大编码长度m＝4；

表1范式哈夫曼解码表

将各编码后补0，直至最大编码长度4；计算补零后的编码数值，并记录相同原始编码长度的编码中的编码数值的最小值，分别为0、8、12、14，得到表2；

表2补位后的范式哈夫曼解码表

每次从待解码比特流中读取4位，以后每次右移L位(L为上次解码得到的解码长度)，若最后几次不足4位，后续补0；

将读入的二进制码D1，D2，D3，D4的数值D分别依次与阈值0，8，12，14进行比较，若小于阈值，比较结果为0，否则为1，从而得到4位掩码：Y1，Y2，Y3，Y4；

D1，D2，D3，D4与Y1，Y2，Y3，Y4按位“与操作”，得到结果码I1，I2，I3，I4，及对应数值I，依据数值I与表2得到解码字符与解码长度。

表3解码模块每次解码结果

另外，上述实施例中，预设映射关系式具体为：

f(I)＝max(I/m,0)+max(I％m,0)。其中，I％m指的是取余操作。

本发明提供了一种范式哈夫曼解码方法，将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零后，使得每个字符均对应一个m位编码，由于范式哈夫曼解码的特点，使得补零后得到m位编码的大小随着其对应的原始编码长度的增加而递增，通过将读取的m位二进制码的数值与阈值比较得到掩码，再将m位二进制码与掩码按位与操作，得到数值I后，该数值对应的字符即为m位二进制码的解码字符，但是由于该字符的解码长度L可能小于m位，表明该字符实际上是m位二进制码的前L位的解码字符，故此时令读取起始位置后移L位，再读取下一组二进制码组。该方法能够每次读取一组二进制码，然后根据读取的一组二进制码直接解得对应的解码字符，相比每次只读取一位二进制码的方式，解码的速度快，效率高。

本发明还提供了一种范式哈夫曼解码装置，参见图2所示，图2为本发明提供的一种范式哈夫曼解码装置的结构示意图。该装置包括：

补零模块1，用于将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为预设解码表内的最长编码长度；

阈值获取模块2，用于计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

读取模块3，用于从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；当接收到解码模块6发送的原始编码长度后，令当前的读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，读取m位二进制码；直至待解码比特流读取完成；

数值计算模块4，用于计算m位二进制码的数值D；

掩码计算模块5，用于将D分别按照从小到大的顺序与n个阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

解码模块6，用于令m位二进制码与m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与解码字符的原始编码长度L；将原始编码长度发送至读取模块3。

优选地，掩码计算模块5具体用于：

将D分别按照从小到大的顺序与n个阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则在n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

优选地，解码模块6具体包括：

与操作单元，用于令m位二进制码与m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算m位结果码的数值I；

解码单元，用于将I带入预设映射关系式内，得到I对应的预设解码表内的位置；依据位置得到对应的解码字符以及解码字符的原始编码长度L；将原始编码长度发送至读取模块3。

本发明提供了一种范式哈夫曼解码装置，将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零后，使得每个字符均对应一个m位编码，由于范式哈夫曼解码的特点，使得补零后得到m位编码的大小随着其对应的原始编码长度的增加而递增，通过将读取的m位二进制码的数值与阈值比较得到掩码，再将m位二进制码与掩码按位与操作，得到数值I后，该数值对应的字符即为m位二进制码的解码字符，但是由于该字符的解码长度L可能小于m位，表明该字符实际上是m位二进制码的前L位的解码字符，故此时令读取起始位置后移L位，再读取下一组二进制码组。该方法能够每次读取一组二进制码，然后根据读取的一组二进制码直接解得对应的解码字符，相比每次只读取一位二进制码的方式，解码的速度快，效率高。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种范式哈夫曼解码方法，其特征在于，包括：

步骤s101：将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为所述预设解码表内的最长编码长度；

步骤s102：计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

步骤s103：从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；

步骤s104：计算所述m位二进制码的数值D；将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

步骤s105：令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L；

步骤s106：令当前的所述读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，返回步骤s104，直至所述待解码比特流读取完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设规则具体为：

在所述n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L的过程具体为：

将I带入预设映射关系式或预设映射表内，得到I对应的所述预设解码表内的位置；

依据所述位置得到对应的解码字符以及所述解码字符的原始编码长度L。

4.一种范式哈夫曼解码装置，其特征在于，包括：

补零模块，用于将预设解码表内每个字符对应的编码右侧补零，扩充为m位编码，其中，m为所述预设解码表内的最长编码长度；

阈值获取模块，用于计算每个扩充后编码的数值，并分别记录原始编码长度相同的若干个编码的编码数值中的最小值，得到n个最小值作为阈值，n≤m；

读取模块，用于从待解码比特流的读取起始位置开始依次读取m位二进制码，若剩余二进制码的数量不足m位，则在读取到的二进制码右侧补零，扩充为m位二进制码；当接收到解码模块发送的原始编码长度后，令当前的所述读取起始位置后移L位，作为新的读取起始位置，读取m位二进制码；直至所述待解码比特流读取完成；

数值计算模块，用于计算所述m位二进制码的数值D；

掩码计算模块，用于将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则按照预设规则调整为m位掩码；

解码模块，用于令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；依据I得到解码字符与所述解码字符的原始编码长度L；将所述原始编码长度发送至所述读取模块。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述掩码计算模块具体用于：

将D分别按照从小到大的顺序与n个所述阈值进行比较，若D小于当前比较的阈值，则记录比较结果为0，反之，记录比较结果为1，并将比较结果按照比较顺序的先后从左至右进行排序，得到n位掩码；若n<m，则在所述n位掩码左侧补1，扩充为m位掩码。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述解码模块具体包括：

与操作单元，用于令所述m位二进制码与所述m位掩码按位进行与操作，得到m位结果码，计算所述m位结果码的数值I；

解码单元，用于将I带入预设映射关系式内，得到I对应的所述预设解码表内的位置；依据所述位置得到对应的解码字符以及所述解码字符的原始编码长度L；将所述原始编码长度发送至所述读取模块。