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Elias Delta編碼

Elias Delta編碼、Elias delta code是一種用於正整數之通用編碼。該碼由彼得·埃利亞斯（英语：Peter Elias）發明。

編碼

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對於待編碼正整數 X≥1：

  1. 令 N=⌊log2 X⌋ ，故 2N ≤ X < 2N+1
  2. 令 L=⌊log2 N+1⌋ ，故 2L ≤ N+1 < 2L+1
  3. 輸出 L 個零位元，接著輸出
  4. N+1 之 L+1 位元二進位數，接著輸出
  5. X 的最後 N 個位元。

另一個等價的編碼方式為：

  1. 將 X 分割成小於其之最大二的次方 (2N) 和餘下的 N 個位元之和
  2. 將 N+1 進行以編碼
  3. 將餘下的 N 個位元接在上述之後。

要對   進行編碼，以利亞戴爾達碼必須使用   個位元。

以下為一編碼對照表：

數 N N+1 編碼 代表之機率
1 = 20 0 1 1 1/2
2 = 21 + 0 1 2 0 1 0 0 1/16
3 = 21 + 1 1 2 0 1 0 1 1/16
4 = 22 + 0 2 3 0 1 1 00 1/32
5 = 22 + 1 2 3 0 1 1 01 1/32
6 = 22 + 2 2 3 0 1 1 10 1/32
7 = 22 + 3 2 3 0 1 1 11 1/32
8 = 23 + 0 3 4 00 1 00 000 1/256
9 = 23 + 1 3 4 00 1 00 001 1/256
10 = 23 + 2 3 4 00 1 00 010 1/256
11 = 23 + 3 3 4 00 1 00 011 1/256
12 = 23 + 4 3 4 00 1 00 100 1/256
13 = 23 + 5 3 4 00 1 00 101 1/256
14 = 23 + 6 3 4 00 1 00 110 1/256
15 = 23 + 7 3 4 00 1 00 111 1/256
16 = 24 + 0 4 5 00 1 01 0000 1/512
17 = 24 + 1 4 5 00 1 01 0001 1/512

解碼

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以利亞戴爾達碼之解碼遵循下列步驟：

  1. 讀取並計數零位元直到第一個一位元出現，假設共有 L 出現
  2. 從第一個一位元之後，再讀取 L 個位元，並將已讀取之 2L+1 個位元還原成十進位正整數。假設該正整數為 N+1
  3. 再讀取 N 個位元並將之還原成十進位正整數，令之為 M
  4. 最終解碼為 2N+M

舉例： 

001010011
1. 最左方有兩個零位元 001
2. 再讀取兩個位元 00101
3. 還原 00101 = 5
4. 再讀取 N = 5 − 1 = 4 個位元 0011 = 3
5. 解碼為 = 24 + 3 = 19

範例程式碼

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編碼

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void eliasDeltaEncode(char* source, char* dest)
{
    IntReader intreader(source);
    BitWriter bitwriter(dest);
    while (intreader.hasLeft())
    {
        int num = intreader.getInt();
        int len = 0;
        int lengthOfLen = 0;
        for (int temp = num; temp > 0; temp >>= 1)  // calculate 1+floor(log2(num))
            len++;
        for (int temp = len; temp > 1; temp >>= 1)  // calculate floor(log2(len))
            lengthOfLen++;
        for (int i = lengthOfLen; i > 0; --i)
            bitwriter.outputBit(0);
        for (int i = lengthOfLen; i >= 0; --i)
            bitwriter.outputBit((len >> i) & 1);
        for (int i = len-2; i >= 0; i--)
            bitwriter.outputBit((num >> i) & 1);
    }
    bitwriter.close();
    intreader.close();
}

解碼

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void eliasDeltaDecode(char* source, char* dest)
{
    BitReader bitreader(source);
    IntWriter intwriter(dest);
    while (bitreader.hasLeft())
    {
        int num = 1;
        int len = 1;
        int lengthOfLen = 0;
        while (!bitreader.inputBit())     // potentially dangerous with malformed files.
            lengthOfLen++;
        for (int i = 0; i < lengthOfLen; i++)
        {
            len <<= 1;
            if (bitreader.inputBit())
                len |= 1;
        }
        for (int i = 0; i < len-1; i++)
        {
            num <<= 1;
            if (bitreader.inputBit())
                num |= 1;
        }
        intwriter.putInt(num);            // write out the value
    }
    bitreader.close();
    intwriter.close();
}

一般化

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以利亞戴爾達碼並不適用於零或負整數。一個一般化的方式是在最左側先加一個一位元，解碼時再行扣掉。另一個方法是在編碼前將所有整數映射至正整數，例如：(0, 1, −1, 2, −2, 3, −3, ...) 對應至 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ...)。

參考項目

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检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=Elias_Delta編碼&oldid=78723552”