無損壓縮的定義

　　所謂無損壓縮格式，顧名思義，就是毫無損失地將聲音信號進行壓縮的音頻格式。常見的像MP3、WMA等格式都是有損壓縮格式，相比于作為源的WAV文件，它們都有相當大程度的信號丟失，這也是它們能達到10%的壓縮率的根本原因。而無損壓縮格式，就好比用Zip或RAR這樣的壓縮軟件去壓縮音頻信號，得到的壓縮格式還原成WAV文件，和作為源的WAV文件是一模一樣的！但是如果用Zip或RAR來壓縮WAV文件的話，必須將壓縮包解壓后才能播放。而無損壓縮格式則能直接通過播放軟件實現實時播放，使用起來和MP3等有損格式一模一樣。總而言之，無損壓縮格式就是能在不犧牲任何音頻信號的前提下，減少WAV文件體積的格式。

　　經常使用的無損壓縮算法有 Shannon-Fano 編碼，Huffman 編碼，行程（Run-length）編碼，LZW（Lempel-Ziv-Welch）編碼和算術編碼等。

　　Huffman 編碼

　　該方法完全依據字符出現概率來構造異字頭的平均長度最短的碼字，有時稱之為最佳編碼，一般就叫做Huffman編碼。它是統計獨立信源能達到最小平均碼長的編碼方法。編碼效率高 。

　　基本原理：

　　依據信源字符出現的概率大小來構造代碼，對出現概率較大的信源字符，給予較短碼長，而對于出現概率較小的信源字符，給予較長的碼長，最后使得編碼的平均碼字最短。

　　編碼步驟：

　　（1）初始化，根據符號概率的大小按由大到小順序對符號進行排序。

　　（2）把概率最小的兩個符號組成一個節點。

　　（3）重復步驟2。

　　（4）從根節點開始到相應于每個符號的“樹葉”，從上到下標上“0”（上枝）或者“1”（下枝）至于哪個為“1”哪個為“0”則無關緊要，最后的結果僅僅是分配的代碼不同，而代碼的平均長度是相同的。

　　（5）從根節點開始順著樹枝到每個葉子分別寫出每個符號的代碼。

　　Huffman編碼的注意點：

　　Huffman編碼沒有錯誤保護功能，如果碼中有錯誤，則可能引起接下來的一連串譯碼錯誤。

　　Huffman編碼是可變長編碼，因此很難隨意查找或調用中的文件內容。

　　Huffman依賴于信源的統計特性。 Huffman編碼的每個碼字都是整數：因此實際上平均碼長很難達到信息熵的大小。

　　Huffman編碼解碼必須要有碼表，如果消息數目很多，那么所需要存儲的碼表也很大，這將影響系統的存儲量及編、譯碼速度。

　　算數編碼

　　算術編碼把一個信源集合表示為實數線上的0到1之間的一個區間。這個集合中的每個元素都要用來縮短這個區間。信源集合的元素越多，所得到的區間就越小，當區間變小時，就需要一些更多的數位來表示這個區間，這就是區間作為代碼的原理。算術編碼首先假設一個信源的概率模型，然后用這些概率來縮小表示信源集的區間。

　　算術編碼用到兩個基本的參數：

　　符號的概率和它的編碼間隔

　　信源符號的概率決定壓縮編碼的效率，也決定編碼過程中信源符號的間隔，而這些間隔包含在0到1之間 。

　　在算術編碼中需要注意的幾個問題：

　　1、由于實際的計算機的精度不可能無限長，運算中出現溢出是一個明顯的問題，但多數機器都有16位、32位或者64位的精度，因此這個問題可使用比例縮放方法解決。

　　2、算術編碼器對整個消息只產生一個碼字，這個碼字是在間隔［0，1）中的一個實數，因此譯碼器在接受到表示這個實數的所有位之前不能進行譯碼。

　　3、算術編碼也是一種對錯誤很敏感的編碼方法，如果有一位發生錯誤就會導致整個消息譯錯。

　　行程（Run-length）編碼

　　RLE（ Run - Length Encoding）是一個針對包含有順序排列的多次重復的數據的壓縮方案。其原理就是把一系列的重復值用一個單獨的值再加上一個計數值來取代，行程長度就是連續且重復的單元數目。如果想得到原始數據，只需展開這個編碼就可以了。

　　對比RLE編碼前后的代碼數可以發現，在編碼前要用73個代碼表示這一行的數據，而編碼后只要用10個代碼表示代表原來的73個代碼，壓縮前后的數據量之比約為771，即壓縮比為7:1。這說明RLE確實是一種壓縮技術，而且編碼技術實用。

　　RLE的性能好壞主要取決于圖像本身的特點。RLE壓縮編碼尤其適用于計算機生成的圖像，對減少圖像文件的存儲空間非常有效。然而，由于顏色豐富的自然圖像在同一行上具有相同顏色的連續像素往往很少，而連續幾行都具有相同顏色值的連續行數就更少，如果仍然使用RLE編碼方法，不僅不能壓縮圖像數據，反而可能使原來的圖像數據變得更大 。

　　譯碼時按照與編碼時采用的相同規則進行，還原后得到的數據與壓縮前的數據完全相同。

　　因此，RLE屬于無損壓縮技術它被用于BMP、JPEG/MPEG、TIFF和PDF等編碼之中，還被用于傳真機。

　　LZW編碼

　　LZW通過建立一個字符串表，用較短的代碼來表示較長的字符串來實現壓縮。字符串和編碼的對應關系是在壓縮過程中動態生成的，并且隱含在壓縮數據中，解壓的時候根據表來進行恢復，是一種無損壓縮，全稱 Lempel-ziy- Welch encoding，簡稱LZW的壓縮算法 。

　　基本原理

　　提取原始文本文件數據中的不同字符，基于這些字符創建一個編譯表，然后用編譯表中的字符的索引來替代原始文本文件數據中的相應字符，減少原始數據大小。看起來和調色板圖象的實現原理差不多，但是應該注意到的是，我們這里的編譯表不是事先創建好的，而是根據原始文件數據動態創建的，解碼時還要從已編碼的數據中還原出原來的編譯表 。

　　LZW編碼算法的具體執行步驟如下步驟：

　　1、開始時的詞典包含所有可能的根（Root），而當前前綴P是空的;

　　2、當前字符（C）：=字符流中的下一個字符;

　　3、判斷級-符串P+C是否在詞典中

　　（1）如果“是”：P：=P+C//（用C擴展P）

　　（2）如果“否

　　①把代表當前前綴P的碼字輸出到碼字流

　　②把綴-符串P+C添加到詞典;

　　③令P：=C/（現在的P僅包含一個子符C）

　　4、判斷碼字流中是否還有碼字要譯

　　（1）如果“是”，就返回到步驟2

　　（2）如如果“否”

　　①把代表當前前綴P的碼輸出到碼字流

　　②結束