西电软院网络多媒体上机报告讲解

网络多媒体上机实验报告目录实验一哈夫曼编码实验二算术编码实验三LZW编码实验四WAV文件的读取附录对应的四个源程序 实验一哈夫曼编码算法分析：哈夫曼编码采用自底向上的描述方式。

哈夫曼编码运用了贪心算法，每次都取权值最小的两个节点合并成一个节点，该合并节点的权值记为两者权值之和，然后继续上述操作直到最后合并成一个节点，在建成树的过程中，就记下了相应的哈夫曼编码。

通过已经构造出的哈夫曼树，自底向上，由频率节点开始向上寻找parent,直到parent为树的顶点为止。

每个频率都会有一个01编码与之唯一对应，并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。

程序设计：构造最优二叉树：输入入N个叶子节点的权值，找出所有结点中权值最小、无父结点的两个结点，并合并成一个结点，继续在剩下的结点中寻找权值最小的叶子结点，循环合并结点操作，并最终生成最优二叉树，节点在二叉树的深度的编码既是对此组字符的哈夫曼编码。

我们将用自己定义的结构体来表示各个节点，其中结构体中包含权值，左右孩子和父节点，然后用一个select函数来寻找当前最小的两个节点，合并成一个节点，然后继续直到全部合并为一个节点，然后顺着树来将其01编码储存在一个一个字符数组中。

调试过程：由于之前做过哈夫曼编码问题。

因此问题不大，未遇到较难处理的问题。

运行结果：这是实验的截图，从中可以看出，权值比较大的用到的编码的位数比较少，而权值较小的节点则远离根节点。

而且，我们可以从上图看出哈弗曼是一种前缀编码。

实验二算术编码算法分析：算数编码是一种更现代的编码方法，算术编码把整个消息看做一个单元。

在实际的应用中，输入数据同城被分割成块以避免错误传播。

他只传输一个区间的值，从而可以通过迭代得知相应的信息，性能比较好。

程序设计：我们将整个信息的概率设置为1，各个信号的概率给出，则一个字符一个字符的取，当取到某个自腐蚀，则将其限制在{low，high}之间，然后在在这个区间内继续往下细分，不断迭代，最后生成一个数，我们可以寻找在最后区间内的一个最短的二进制码字，记得到编码，解码同样是不断的看在那个范围中。

调试过程：这个感觉就像是一道数学题，但是在写的过程中确实存在精度的问题。

实验结果：最大的问题就是精度的问题，表示的精度范围是有限的。

实验三LZW编码算法分析：LZW算法利用了一种自适应的，基于字典的压缩技术。

和变长编码方式不同，LZW使用定长的码字来表示通常会在一起出现的符号/字符的变长的字符串。

和其他的自适应压缩技术一样，LZW编码器和解码器会在接收数据时动态的创建字典，编码器和解码器也会同时产生相同的字典。

程序设计：它采用了一种先进的串表压缩，将每个第一次出现的串放在一个串表中，用一个数字来表示串，压缩文件只存贮数字，则不存贮串，从而使图象文件的压缩效率得到较大的提高。

LZW算法中，首先建立一个字符串表，把每一个第一次出现的字符串放入串表中，并用一个数字来表示，这个数字与此字符串在串表中的位置有关，并将这个数字存入压缩文中，如果这个字符串再次出现时，即可用表示它的数字来代替，并将这个数字存入文件中。

压缩完成后将串表丢弃。

如“print”字符串，如果在压缩时用266表示，只要再次出现，均用266 表示。

调试过程：运行结果：从上图可以看出，a，b，c，ab分别占据了0123的编码，故abcabc输出0,1,2,3,2，实验四WAV文件的读取算法分析：音频文件中的各个字节都有自己的含义，各个字节按照相应的顺序排布。

只要我们读出这些文件，并按照相应的字节来解读就可以得到想要的信息。

程序设计：读入一个音频文件，用fopen打开它，读入一个数组，按照wav文件头的定义信息，一段一段的读出来，为对应的信息。

调试过程：读入一个音频文件，用fopen打开它，并且用fgetc来一个字节一个字节的读入，就可以解析到相应的信息实验结果：从上面我们可以看到其中的相应的信息，一些重要的参数。

附录源程序1.哈夫曼编码#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MAXBIT 100 //编码比特长度#define MAXVALUE 10000 //节点权值#define MAXLEAF 30 //叶子节点#define MAXNODE MAXLEAF*2-1 //树节点typedef struct{int bit[MAXBIT];//节点编码int start;//起始位标记}Hcodetype;typedef struct{int weight;int parent;int lchild;int rchild;int lenght;}Hnodetype;void huffmantree(Hnodetype huffnode[MAXNODE],int n){int i,j,m1,m2,x1,x2;for(i=0;i<2*n-1;i++) //初始化树节点{huffnode[i].weight=0;huffnode[i].parent=-1;huffnode[i].lchild=-1;huffnode[i].rchild=-1;}for(i=0;i<n;i++) //输入叶子节点权值{printf("please input 第%d character's weight\n",i);scanf("%d",&huffnode[i].weight);}for(i=0;i<n-1;i++) //n个节点，建树n-1回；一轮循环，m1存第一小，m2存第二小{m1=m2=MAXVALUE;x1=x2=0;for(j=0;j<n+i;j++) //当前节点中第一小和第二小{if(huffnode[j].weight<m1&&huffnode[j].parent==-1){m2=m1;x2=x1;m1=huffnode[j].weight;x1=j;}else if(huffnode[j].weight<m2&&huffnode[j].parent==-1){m2=huffnode[j].weight;x2=j;}}huffnode[x1].parent=n+i; //模拟建树huffnode[x2].parent=n+i;huffnode[n+i].weight=huffnode[x1].weight+huffnode[x2].weight;huffnode[n+i].lchild=x1;huffnode[n+i].rchild=x2;}}void main(){Hnodetype huffnode[MAXNODE];Hcodetype huffcode[MAXLEAF],cd;int i,j,c,p,n,q,b[MAXBIT],e[MAXBIT];double sum;q=0;sum=0;printf("please input n\n");scanf("%d",&n);huffmantree(huffnode,n);for(i=0;i<n;i++) //循环对所有叶节点编码{cd.start=n-1;c=i; //cd中间人p=huffnode[c].parent;while(p!=-1) //对节点编码，由底往上，左赋0，右赋1，直退到根节点{if(huffnode[p].lchild==c)cd.bit[cd.start]=0;elsecd.bit[cd.start]=1;cd.start--;c=p;p=huffnode[c].parent;}for(j=cd.start+1;j<n;j++)huffcode[i].bit[j]=cd.bit[j];huffcode[i].start=cd.start;}for(i=0;i<n;i++){printf("第%d 号character %d is:",i,huffnode[i].weight);for(j=huffcode[i].start+1;j<n;j++){printf("%d",huffcode[i].bit[j]);q++;}b[i]=q;q=0;printf("\n");//e[i]=(b[i]*(huffnode[i].weight));sum+=b[i];}printf("Average code length is:%f\n",sum/n);}2．LZW#include<iostream>#include<string>using namespace std;typedef struct{int index;string prefix;}Item;typedef struct{Item item [100];int size ;}Dictionary;Dictionary d;string str;int find(string s){ int i=0;for(;i<d.size;i++){if(d.item[i].prefix==s)return i;}return -1;}int main(){d.size=0;string p="";cout<<"输入字母根的数量:\n";int cnum;cin>>cnum;int i=0;for(;i<cnum;i++){cout <<"输入第"<<i<<"个字母根"<<endl;cin>>d.item[d.size].prefix;d.item[d.size].index=i;d.size++;}cout<<"输入待编码字符串:"<<endl;cin>>str;int length=str.length();i=0;cout<<"The result is:"<<endl;while(i<length){string temp=p+str[i];int index=find(temp);//cout<<index<<endl;if(index>=0){p=p+str[i++];}else{cout<<d.item[find(p)].index<<" ";int t=d.size;d.item[t].index=t;d.item[t].prefix=temp;// cout<<temp;d.size++;p=str[i];// cout<<endl<<p<<endl;i++;}}cout<<d.item[find(p)].index<<" ";}3.算术编码#include <iostream>#define M 100#define N 4using namespace std;class suanshu{int count,length;char number[N],n;long double chance[N],c;char code[M];long double High,Low,high,low,d;public :suanshu(){High=0;Low=0;}void get_number();void get_code();void coding();~suanshu(){}};void suanshu::get_number(){int i=0;cout<<"please input the number and its chance."<<endl;for(i=0;i<N;i++){cin>>n>>c;number[i]=n;chance[i]=c;}if(i==20)cout<<"the number is full."<<endl;count=i;}void suanshu::get_code(){cout<<"please input the code's length:";cin>>length;while(length>=M){cout<<"the length is too larger,please input a smaller one.";cin>>length;}for(int i=0;i<length;i++){cin>>code[i];}}void suanshu::coding(){int i,j=0;for(i=0;i<count;i++)if(code[0]==number[i]) break;while(j<i)Low+=chance[j++];d=chance[j];High=Low+d;for(i=1;i<length;i++)for(j=0;j<count;j++){if(code[i]==number[j]){if(j==0){low=Low;high=Low+chance[j]*d;High=high;d*=chance[j];}else{float chance_l=0.0;for(int k=0;k<=j-1;k++)chance_l+=chance[k];low=Low+d*chance_l;high=Low+d*(chance_l+chance[j]);Low=low;High=high;d*=chance[j];}}else continue;}cout<<"the result is:"<<Low<<endl;}int main(){suanshu a;a.get_number();a.get_code();a.coding();return 0;}4.wav文件的读取#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <Windows.h>#include <MMSystem.h>#pragma comment(lib,"WINMM.LIB")int main(){int i; //用作循环计数unsigned char ch[100]; //用来存储wav文件的头信息FILE *fp;fp=fopen("E:\\test1.wav","rb");//为读，打开一个wav文件if((fp=fopen("E:\\test1.wav","rb"))==NULL) //若打开文件失败，退出{printf("can't open this file\n");exit(0);}/**********输出wav文件的所有信息**********/printf("该wav文件的所有信息:");for(i=0;i<58;i++){ch[i]=fgetc(fp); //每次读取一个字符，存在数组ch中if(i%16==0) //每行输出16个字符对应的十六进制数printf("\n");if(ch[i]<16) //对小于16的数，在前面加0，使其用8bit显示出来printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}/*********RIFF WAVE Chunk的输出*********/printf("\n\nRIFF WAVE Chunk信息:");//输出RIFF标志printf("\nRIFF标志:");for(i=0;i<4;i++){printf("%x ",ch[i]);}//输出size大小printf("\nsize:ox");for(i=7;i>=4;i--) //低字节表示数值低位，高字节表示数值高位{if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出WAVE标志printf("\nWAVE标志:");for(i=8;i<12;i++){if(ch[i]<16)printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}/*******Format Chunk的输出*******/printf("\n\nFormat Chunk信息:");//输出fmt 标志printf("\nfmt 标志:");if(ch[i]<16)printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}//输出size段printf("\nsize:ox");for(i=19;i>15;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出编码方式printf("\n编码方式:ox");for(i=21;i>19;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出声道数目printf("\n声道数目:ox");for(i=23;i>21;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}if(ch[i+1]==1) //1表示单声道，2表示双声道printf(" 单声道");elseprintf(" 双声道");//输出采样频率printf("\n采样频率:ox");if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出每秒所需字节数printf("\n每秒所需字节数:ox");for(i=31;i>27;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出数据块对齐单位printf("\n数据块对齐单位:ox");for(i=33;i>31;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出每个采样所需bit数printf("\n每个采样所需bit数:ox");for(i=35;i>33;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出附加信息if(ch[16]==18) //若Format Chunk的size大小为18，则该模块的最后两个字节为附加信息{ //若为16，则无附加信息printf("\n附加信息:ox");for(i=37;i>35;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}}/*******Fact Chunk的输出*******/ printf("\n\nFact Chunk信息:");//输出fact标志printf("\nfact标志:");for(i=38;i<42;i++){if(ch[i]<16)printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}//输出sizeprintf("\nsize:ox");for(i=45;i>41;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}//输出data段数据printf("\ndata段数据:");for(i=46;i<50;i++){if(ch[i]<16)printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}/*******Data Chunk的输出*******/ printf("\n\nData Chunk信息:"); //输出data标志printf("\ndata标志:");for(i=50;i<54;i++){if(ch[i]<16)网络多媒体上机实验报告Xidian University printf("0%x ",ch[i]);elseprintf("%x ",ch[i]);}//输出数据大小printf("\n数据大小:ox");for(i=57;i>53;i--){if(ch[i]<16)printf("0%x",ch[i]);elseprintf("%x",ch[i]);}printf("\n");PlaySound(TEXT("E:\\test1.wav"),NULL,SND_FILENAME|SND_SYNC);fclose(fp);}1。