Разработка программы сжатия и восстановления файлов с помощью фиксированного блочного кода постоянного смещения

Краткое описание работы программы Код программы Результаты тестирования приложения

Краткое описание работы программы

Используемые компоненты среды Delphi:

1. SaveDialog, OpenDialog. Копомненты необходимые для чтения и сохранения файлов, а так же получения названия файла и его пути до него.

2. Button — компонент кнопка.

3. ListBox — компонент, состоящий из строк, хранит кодовые слова.

4. ProgressBar — компонент, необходимый для отслеживания этапов выполнения программы.

5. Label — компонент для вывода строковых данных.

Краткое описание работы приложения:

1. При нажатии кнопки Button1 «Считать для сжатия» происходит получение имени считываемого файла и пути до него. Измеряется размер файла (функция FileSize). Полностью очищаются Label.

2. При нажатии кнопки Button2 «Проверить» происходит обнуление всех необходимых для работы переменных. Запускается процесс считывания (по-байтово) и анализа сжимаемого файла, в результате которого высчитывается средняя длинна кодового слова. Она необходима для определения возможности сжатия. В зависимости от полученного результата выводится сообщение о том, что файл можно сжимать, в противном случае, что нельзя. Так же формируется массив частот повторений символов в файле, необходимый для соотнесения кодовых слов и символов в файле.

3. При нажатии Button3 «Сжать» происходит побайтовое считывание сжимаемого файла с помощью команды BlockRead. Далее происходит соотнесение считанного байта кодовому слову. Алгоритм соотнесения основан на частоте появлений символов в файле. Чем чаще данный символ встречается в файле, тем меньшей длинны ему присваивается кодовое слово. Запись нового файла производится с помощью команды BlockWrite так же по-байтово. Новому файлу присваивается новое расширение. Когда файл полностью считан, выполняется проверка на наличие оставшихся битов. Если таковые имеются, то пустое пространство забивается нулями до тех пор, пока количество битов не будет равно 8.

4. При нажатии Button4 «Считать для восстановления» происходит получение имени сжатого файла, пути до него.

5. При нажатии Button5 «Восстановить» происходит побайтового считывание файла. Алгоритм разжатия состоит из двух этапов. На первом этапе происходит считывание файла блоками размером в 1 байт. Производится запись считанных байтов в специальную переменную. Когда длина переменной составляет 16 символов или более, начинается анализ считанной информации. Производится проверка на соответствие кодовым словам и последующая запись полученных значений в новый файл. На втором этапе производится проверка на остаток и удаление лишних данных (случай, когда было выполнено дополнение нулями при сжатии).

Код программы:

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls, ComCtrls;

type

TForm1 = class (TForm)

ListBox1: TListBox;

OpenDialog1: TOpenDialog;

SaveDialog1: TSaveDialog;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

Button3: TButton;

Label1: TLabel;

ProgressBar1: TProgressBar;

Button4: TButton;

Button5: TButton;

Label3: TLabel;

Label4: TLabel;

Label2: TLabel;

Label5: TLabel;

Label6: TLabel;

Label7: TLabel;

Label8: TLabel;

SaveDialog2: TSaveDialog;

OpenDialog2: TOpenDialog;

procedure Button1Click (Sender: TObject);

procedure FormCreate (Sender: TObject);

procedure Button2Click (Sender: TObject);

procedure Button3Click (Sender: TObject);

procedure Button4Click (Sender: TObject);

procedure Button5Click (Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

f, f1, f2,f3: file;

buff: byte;

conR, conW: string;

a: array [0.255] of real; // массив вероятностей

word: array [0.255] of string; // массив кодовых слов

l: array [0.255] of byte; // массив длин кодовых слов

e: array [0.255] of real; // массив номеров элементов

inf: array [0.255] of integer; // массив служебной информации

i, j, k, size, prog, buff1, buff3,check, dop: integer;

sl, sum, sort, sort1, buff2: real;

implementation

{$R *.dfm}

procedure TForm1. Button1Click (Sender: TObject);

begin

if OpenDialog1. Execute then

AssignFile (f, OpenDialog1. FileName); // считываем имя файла и путь до него

Reset (f, 1); // открываем файл для чтения и изменения

size: =FileSize (f); // измеряем размер файла

Label4.Caption: =IntToStr (size) + ' байт';

// выводим размер файла в Label4

Label2.Caption: ='';

Label6.Caption: ='';

Label8.Caption: ='';

end;

procedure TForm1. Button2Click (Sender: TObject);

begin

ProgressBar1.Position: =0; // обнуляем ProgressBar

prog: =0; // обнуляем счетчик для Progress Bar

sl: =0; // обнуляем переменную средней длинны

sum: =0; // обнуляем счетчик повторений символов

sort: =0; // обнуляем переменные для сортировки массива номеров элементов

sort1: =0;

buff: =0;

for i: =0 to 255 do

begin

e [i]: =i; // производим обнуление элементов массивов кодовых слов, длин кодовых слов, вероятностей и номеров элементов.

l [i]: =0;

word [i]: ='';

a [i]: =0;

end;

while not EOF (f) do // считываем файл до его окончания

begin

BlockRead (f, buff, 1); // считываем блоки в 1 байт

a [buff]: =a [buff] +1; // записываем этот байт в массив

prog: =prog+1;

ProgressBar1.Position: =round ((prog/size) *100);

end;

for i: =0 to 255 do

begin

word [i]: =ListBox1. Items. Strings [i]; // записываем кодовые слова из ListBox1 в массив кодовых слов

if a [i] <>0 then // проверяем наличие байта в массиве

begin

sum: = sum+a [i]; // считаем количество повторений данного байта

end;

end;

CloseFile (f); // закрываем файл после чтения

for i: =0 to 255 do

begin

for j: =0 to 254 do

begin

if (a [j] < a [j+1]) then

begin

sort: =a [j]; // производим сортировку массива номеров элементов

sort1: =e [j];

a [j]: =a [j+1];

a [j+1]: =sort;

e [j]: =e [j+1];

e [j+1]: =sort1;

end;

end;

end;

for k: =0 to 255 do

begin

if a [k] <>0 then // проверяем наличие элементов в массиве

begin

a [k]: =a [k] /sum; // считаем у появления символа

l [k]: =length (word [k]); // высчитываем длину кодовых слов

sl: =sl+l [k] *a [k]; // получаем значение средней длинны

end;

end;

Label2.Caption: =FloatToStr (sl); // выводим значение средней длины

if sl < 8 then // проверяем значение средней длины

begin

Button3.Enabled: =true; // активируем кнопку «Сжать»

showmessage ('Сжатие возможно');

end;

if sl > 8 then

begin

showmessage ('Сжатие невозможно');

end;

end;

procedure TForm1. Button3Click (Sender: TObject);

begin

SaveDialog1.FileName: =OpenDialog1.FileName+'.gop';

// задаем новое расширение для сжатого файла

SaveDialog1.DefaultExt: ='gop';

if SaveDialog1. Execute then

begin

AssignFile (f1, SaveDialog1. FileName);

Rewrite (f1,1); // открываем файл для записи

end;

buff1: =0;

i: =0;

while i <> 256 do // записываем служебную информацию в новый файл.

begin

buff1: =StrToInt (FloatToStr (e [i]));

BlockWrite (f1,buff1,1);

Reset (f, 1);

i: =i+1;

end;

buff1: =0;

seek (f1,256); // осуществляем переход на 256-ой байт в файле

ProgressBar1.Position: =0;

prog: =0;

while not EOF (f) do // считываем файл до его окончания

begin

BlockRead (f, buff, 1); // считываем блоки размером 1 байт

buff1: =buff1+1;

prog: =prog+1;

for i: =0 to 255 do

begin

if buff=e [i] then // проверяем совпадения

begin

conR: =conR+word [i]; // записываем соответствующее кодовое слово

if length (conR) >=8 then // проверяем длину переменной

begin

conW: =copy (conR, 1,8); // копируем первые 8 символов

buff2: = ((strtoint (conW [1])) *128) + ((strtoint (conW [2])) *64) + ((strtoint (conW [3])) *32) + ((strtoint (conW [4])) *16) + ((strtoint (conW [5])) *8) + ((strtoint (conW [6])) *4) + ((strtoint (conW [7])) *2) + (strtoint (conW [8]));

// переводим скопрированную информацию в десятичное число

buff3: =strtoint (floattostr (buff2));

BlockWrite (f1,buff3,1); // записываем результат в новый файл

Delete (conR, 1,8); // удаляем первые 8 символов

end;

if (EOF (f) =true) and (conR<>'') and (length (conR) <8) then

// проверяем наличие остатка

begin

k: =0;

check: =length (conR); // вычисляем длину остатка

dop: =8-check; // вычисляем количество необходимых для заполнения битов

while k<>dop do // цикл дополнения нулями

begin

conR: =conR+'0'; // дописываем нули

k: =k+1;

end;

conW: =copy (conR, 1,8); // копируем данные

buff2: = ((strtoint (conW [1])) *128) + ((strtoint (conW [2])) *64) + ((strtoint (conW [3])) *32) + ((strtoint (conW [4])) *16) + ((strtoint (conW [5])) *8) + ((strtoint (conW [6])) *4) + ((strtoint (conW [7])) *2) + (strtoint (conW [8]));

// переводим скопированную информацию в десятичное число

buff3: =strtoint (floattostr (buff2));

BlockWrite (f1,buff3,1); // записываем полученные значения

end;

end;

end;

ProgressBar1.Position: =Round ((prog/size) *100);

end;

Label6.Caption: =Inttostr (FileSize (f1)) + ' байт';

// выводим размер полученного файла

Label8.Caption: =IntToStr (Round (100- (FileSize (f1) *100/size))) + ' %';

// считаем процент сжатия файла

ShowMessage ('Файл успешно сжат');

CloseFile (f); // закрываем файлы

CloseFile (f1);

conR: =''; // обнуляем переменные

conW: ='';

Button3.Enabled: =false;

end;

procedure TForm1. Button4Click (Sender: TObject);

begin

if OpenDialog2. Execute then

AssignFile (f2,OpenDialog2.FileName); // считываем имя файла и путь до него

Reset (f2,1); // открываем файл для чтения и записи

size: =FileSize (f2); // запоминаем размер файла

Label4.Caption: =IntToStr (size) + ' байт';

Label2.Caption: ='';

Label6.Caption: ='';

Label8.Caption: ='';

Button5.Enabled: =true;

for i: =0 to 255 do

begin

BlockRead (f2,buff, 1);

inf [i]: =buff; // задаем соответствие по служебной информации

word [i]: =ListBox1. Items. Strings [i]; // считываем массив кодовых слов

end;

end;

function IntToBin (n: Integer): String; // перевод из десятичного значения в двоичное

var

m: integer;

begin

Result: ='';

while n<>0 do

begin

if n and 1=0 then Result: ='0'+Result else Result: ='1'+Result;

n: =n shr 1;

end;

if length (result) <8 then

begin

for m: =1 to 8-length (result) do result: ='0'+result;

end;

end;

procedure TForm1. Button5Click (Sender: TObject);

begin

if SaveDialog2. Execute then

begin

ProgressBar1.Position: =0;

prog: =0;

AssignFile (f3, SaveDialog2. FileName); // считываем имя файла и путь до него

ReWrite (f3,1); // открываем файл для записи

conR: =''; // обнуляем рабочие переменные

conW: ='';

seek (f2,256); // переходим на 256-ой байт

form1.Refresh;

While not EOF (f2) do // считываем файл до его окончания

begin

if length (conR) <16 then // проверяем длину рабочей переменной

begin

BlockRead (f2,buff, 1); // считываем файл по 1 байту

conR: =conR+IntToBin (buff); // переводим считанный байт в двоичное число

prog: =prog+1;

end;

if length (conR) >=16 then // проверяем длину переменной

Дальнейший код основан на проверке определенных элементов кодовых слов. Так как кодовые слова имеющие смещение отличаются от предыдущих кодовых слов без смещения появлением в начале кодового слова дополнительных нулей, то необходимо проверять всего два элемента в кодовом слове. Поэтому массив разбивается на промежутки, что ускоряет поиск подходящих кодовых слов. Для первых 6 элементов массива кодовых слов достаточно одного условия проверки.

begin

if conR ='1' then

begin

conW: =copy (conR, 1,2); // копируем кодовое слово

for i: =0 to 1 do

begin

if word [i] =conW then // сравниваем массив кодовых слов в заданном промежутке с выделенным кодовым словом

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1); // записываем полученный элемент в файл

Delete (conR, 1,2); // удаляем кодовое слово

break; // прерываем цикл

end;

end;

end

else

if conR ='1' then

begin

conW: =copy (conR, 1,4);

for i: =2 to 5 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,4);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,6);

for i: =6 to 13 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,6);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,8);

for i: =14 to 29 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,8);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,10);

for i: =30 to 61 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,10);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,12);

for i: =62 to 125 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,12);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,14);

for i: =126 to 253 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,14);

Break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,16);

for i: =254 to 255 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,16);

Break;

end;

end;

end;

if (EOF (f2) = true) and (length (conR) >1) then

// проверяем остаток

begin

for j: =1 to length (conR) do // считаем длину остатка

begin

if conR='' then break;

Проверка на остаток производится аналогично предыдущей процедуре. Поиск кодовых слов в остатке производится путем проверки определенных элементов кодовых слов. Сравнение и запись идентичны.

if conR ='1' then

begin

conW: =copy (conR, 1,2);

for i: =0 to 1 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

delete (conR, 1,2);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,4);

for i: =2 to 5 do

begin

if word [i] =conW then

begin

blockWrite (f3, inf [i], 1);

delete (conR, 1,4);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,6);

for i: =6 to 13 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,6);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,8);

for i: =14 to 29 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,8);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,10);

for i: =30 to 61 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,10);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,12);

for i: =62 to 125 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,12);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,14);

for i: =126 to 253 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,14);

break;

end;

end;

end

else

if (conR ='0') and (conR ='1') then

begin

conW: =copy (conR, 1,16);

for i: =254 to 255 do

begin

if word [i] =conW then

begin

BlockWrite (f3, inf [i], 1);

Delete (conR, 1,16);

break;

end;

end;

end;

end;

end;

end;

ProgressBar1.Position: =Round ((prog/size) *100);

end;

Label6.Caption: =IntToStr (FileSize (f3)) + ' байт';

ShowMessage ('Процедура завершена');

end;

CloseFile (f3);

CloseFile (f2);

end;

procedure TForm1. FormCreate (Sender: TObject);

begin

for i: =0 to 255 do

a [i]: =0;

e [i]: =i;

end;

end.

Рис. 1. Интерфейс программы

Результаты тестирования приложения:

Работа приложения тестировалась на различных типах файлов. Использовались файлы графического, текстового, мультимедийного и других форматов. Все данные о процессах сжатия изложены в следующей таблице.

Максимальный размер сжатия составляет 73−75%. В данной таблице отображены форматы файлов, которые можно было сжать. Однако некоторые форматы в связи со своей спецификой несут в себе определенные методы сжатия данных, что не позволяет приложению производить операции над ними. К таким форматам относятся: *.tiff, *.gif, *.wav, *.jpeg, *.avi, *.mp3, *.3gp, *.odt.

Процент сжатия характеризуется длиной кодовых слов и смещением. В данном случае максимальный процент сжатия будет 75%, так как минимальная длина кодового слова равна 2. Сжатие файла происходит побайтово, следовательно заменяем кодовым словом из 2 бит блоки из 8 бит.

Лучше всего подвергаются сжатию текстовые документы, менее сжимаемы и плохо сжимаемы мультимедия файлы.