基于Matlab的图像Huffman编码的实现

%huffencode函数对输入矩阵vector进行Huffman编码，返回编码后的数据及相关信息 function [zipped,info]=huffencode(vector) if ~isa(vector,'uint8')%确定输入矩阵是uint8格式 error('input argument must be a uint8 vector'); end [m,n]=size(vector);%求输入矩阵的行列数 vector=vector(:)';%将矩阵按列转换成一列后转至，成为一个行向量(其中存放灰度值) f=frequency(vector);%计算各符号出现的概率 symbols=find(f~=0);%返回概率矩阵中非零元素的位置向量，作为符号向量 f=f(symbols);%非零概率位置上的概率值组成非零概率行向量 [f,sortindex]=sort(f);%将符号按照出现的概率从小到大排序，并保留非零概率向量位置索引 fs=f; symbols=symbols(sortindex);%读出原位置向量中的值（即概率向量中的位置），得到按概率排序后的符号向量 len=length(symbols);%读取位置向量的长度 symbols_index=num2cell(1:len);%生成从1开始以1递增，1行len列的细胞型矩阵 codeword_tmp=cell(len,1);%创建一个len行1列的细胞型变量用于存放码字 while length(f)>1 %生成Huffman树，得到二进制码字编码表 index1=symbols_index{1}; index2=symbols_index{2}; codeword_tmp(index1)=addnode(codeword_tmp(index1),uint8(0));%添加节点且该分支按0标记 codeword_tmp(index2)=addnode(codeword_tmp(index2),uint8(1));%添加节点且该分支按1标记 f=[sum(f(1:2)) f(3:end)];%求出两个最小概率之和，列出其他概率，组成一个新的行向量 symbols_index=[{[index1,index2]} symbols_index(3:end)];%合并已编码的符号索引 [f,sortindex]=sort(f);%将新的概率向量按照概率从小到大排序 symbols_index=symbols_index(sortindex);%得到新的索引表 end codeword=cell(256,1); codeword(symbols)=codeword_tmp;%各符号二进制码字按原符号位存入细胞型矩阵 len=0; for i=1:length(symbols)%得到各符号码长矩阵 wordlen(i)=length(codeword_tmp{i}); end avawordlen=fs*wordlen';%计算平均码长 Hlog=log2(fs)'; H=-(fs*Hlog);%计算信息熵 for index=1:length(vector) %得到整个图像各点灰度值转化为二进制码字后的总比特数 len=len+length(codeword{double(vector(index))+1}); end string=repmat(uint8(0),1,len);%创建元素数与总比特数一致的行向量 pointer=1;%定义指针变量 for index=1:length(vector) %对输入图像进行编码 code=codeword{double(vector(index))+1};%对应符号的二进制码字给code len=length(code);%读取码字长度 string(pointer+(0:len-1))=code;%将二进制码字存入行向量中 pointer=pointer+len;%指针移移位 end % 将二进制编码按照每8位生成一个新字符。 len=length(string); zp=8-mod(len,8); if zp>0 string=[string uint8(zeros(1,zp))];%不足8位的在后补零 end codeword=codeword(symbols);%码字按符号概率放入列向量中 codelen=zeros(size(codeword));%创建与列向量元素数相同的列向量 weights=2.^(0:23); maxcodelen=0; for index=1:length(codeword) len=length(codeword{index});%读二进制码字长度 if len>0 code=sum(weights(codeword{index}==1));%计算二进制码字对应的十进制数 code=bitset(code,len+1);%将码字最高位的上一位置1 codeword{index}=code; codelen(index)=len;%码字长度存入列向量中 end end codeword=[codeword{:}];%转化为行向量 %计算压缩后的向量 cols=length(string)/8; string=reshape(string,8,cols); weights=2.^(0:7); zipped=uint8(weights*double(string)); %码表存储到一个稀疏矩阵 huffcodes=sparse(1,1); for index=1:nnz(codeword) huffcodes(codeword(index),1)=symbols(index); end %返回编码参数 info.zeropad=zp;%info.zeropad是添加的比特数 info.huffcodes=huffcodes;%info.huffcodes是Huffman码字表 info.length=length(vector);%info.length是灰度化图像矩阵长度 info.rows=m;%info.rows是灰度化图像行数 info.cols=n;%info.cols是灰度化图像列数 info.avalen=avawordlen;%info.ratio是平均码长 info.ratio=8/avawordlen;%info.ratio是压缩比 info.h=H;%info.h是信息熵 info.ce=H/avawordlen;%info.ce是计算编码效率