本文介绍了用C++实现数字图像处理中的哈夫曼编码压缩的技术细节，包括总流程，数据结构，编码原理，哈夫曼树建立，文件写入和解压缩．最后还论述了哈夫曼压缩以及WinRAR压缩的优缺点。

设计目标和研究内容

图像编码主要是研究信源编码。设计主要探讨Huffman编码方法对图像信源进行压缩：

1．了解数字图像压缩的现状和趋势，探讨其必要性和可行性；

2． 对几种常用无损数字图像编码（Huffman编码，算术编码，行程编码，Lempel Zev编码）的方法进行比较，了解数字图像压缩的分类和评判指标；

3．了解和掌握数字图像编码/解码系统的基本模型和原理；

4．学习和掌握使用VC 6.0实现采用Huffman编码原理实现文件的压缩和恢复功能；

5．对得到的压缩结果进行分析，总结优缺点。

研究的方法与技术路线：

1．掌握VC语言和Huffman的数据机构、存储结构和二次扫描算法，选用静态Huffman模型实现编解码系统的设计；

2．实现平台使用Winxp+VC6.0+Msdn6.0，将设计重点放在算法核心上，文件读写采用二进制形式；

3．通过对不同大小的文件的压缩/解压测试，和WinRAR对比压缩效果，总结Huffman算法的优缺点，提出改进的意见和思路。

Huffman编解码系统的测试结果分析

测试结果表明，该程序对文本文档的压缩效果比较明显，其中英文文本编码压缩率优于中文文本。由图橡的压缩比可以看出，相较文本文档，图像的压缩效果明显比不上文本数据，这点可由符号的状态来推测，图像资料的每个符号，其状态的变化由0~255种状态皆有可能发生，而文字的变化依ASCII code的特型而言，其变化皆在0~127的范围之内，这也表示着，文字资料比图形资料有这更多的符号内累赘之情况发生，因此利用专门处理此累赘的Huffman 编码法來编码，必可达到极佳的资料压缩效果。

特别要说明的是，程序对JPEG格式的图像压缩效果极不明显。同时，使用WinRAR对该JPEG格式图像的压缩效果也不明显。由此可以说明，JPEG格式对图像的压缩存储已经达到了图像信源熵的及至，而JPEG标准中使用Huffman编码模块也解释了本程序对JPEG格式图像压缩效果不明显的原因。

通过测试可以看出,该程序能够以较高的压缩度将文件进行压缩. 但是这种静态的Huffman编码压缩方法存在明显不足,即需要对原文件进行两遍扫描:第一遍扫描进行原文件字符频率的统计,利用得到的频率值创建Huffman树并将树的有关信息保存起来,便于解压缩时使用;然后通过第二遍扫描根据前面得到的Huffman树对原始数据进行编码,并将编码信息储存起来。

测试结果与信息论角度的预测一致，由于Huffman编码对不同信源其编码效率是不同的，当信源概率是2的负幂时，Huffman编码效率最高，达100% ；而当信源概率相等时，起编码效率最底，即产生定长码。因此，只有当信源概率分布很不均匀时，Huffman编码才会收到显著的效果。即在信源概率比较接近的情况下一般不采用Huffman编码方法。最终对一篇由数百段同样字符组成的文本文档的压缩测试结果也证明了该预测，既Huffman编码的适用范围。

通过本次设计，发现在具体的 Huffman编解码实现过程中，其局限性也不容忽视。主要有： 

1．输入符号数受限于可实现的Huffman 码表的尺寸； 

2．由于不知道码长，因此译码复杂度较高； 

3．必须要知道输入符号集的频率分布；

4．由于码长不等，还存在一个输入与输出的速率匹配问题。