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// Rice 编码 —— 带可调参数的自适应整数压缩
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>> 功能亮点
[自适应]
可调节参数
通过调整 k 值,针对不同数据分布优化压缩效率。
[高效]
几何分布数据
对几何或指数分布的数据特别高效。
[简单]
快速编码
依赖简单的除法与取余运算,易于实现且速度快。
>> 技术细节
Rice 编码的工作原理
Rice 编码将每个整数 n 用 2^k 相除,得到商 q 和余数 r。商使用一元编码(q 个 1 后跟一个 0),余数用 k 位二进制表示。通过调节参数 k,这种可变长编码可以根据数据分布进行自适应优化。
Rice 编码示例(k=2)
k=2, M=2^2=4 0 → q=0, r=0 → 0|00 → 000 1 → q=0, r=1 → 0|01 → 001 2 → q=0, r=2 → 0|10 → 010 3 → q=0, r=3 → 0|11 → 011 4 → q=1, r=0 → 10|00 → 1000 5 → q=1, r=1 → 10|01 → 1001 6 → q=1, r=2 → 10|10 → 1010 7 → q=1, r=3 → 10|11 → 1011 8 → q=2, r=0 → 110|00 → 11000 k 越大:一元位更少,二进制位更多 k 越小:一元位更多,二进制位更少
为什么选择 Rice 编码?
- 可根据数据分布自适应调整
- 实现简单、维护方便
- 编码和解码速度都很快
- 非常适合传感器等序列数据
- 对小整数的压缩效率很高
>> 常见问题
什么是 Rice 编码?
Rice 编码是一种可变长的熵编码方法,对几何分布非常高效。它是 Golomb 编码的一个特例,其中除数 M 被限制为 2 的幂(M = 2^k),这样可以利用位移运算替代除法,获得更高的性能。
k 参数应该如何选择?
最优的 k 取决于数据分布。对于均值为 μ 的数据,可以近似使用 k ≈ log₂(μ × ln(2))。较小的 k(0–2)适合非常小的数值,较大的 k(4–8)更适合数值较大的数据。可以借助分析功能来寻找适合你数据的最优 k。
Rice 与 Golomb 编码有什么区别?
Rice 编码是 Golomb 编码的子集,其中 M 被约束为 2 的幂 (M = 2^k)。这一约束使 Rice 编码可以通过位移运算更快地实现,但在压缩率上可能略逊一筹。Golomb 可以自由选择 M 以获得更高压缩率,而 Rice 在压缩效率和速度之间做了折中。
Rice 编码通常用在什么场景?
Rice 编码广泛用于无损音频压缩(如 FLAC、ALAC)、图像压缩(JPEG‑LS)以及具有几何分布的传感器数据。对于概率呈指数衰减的小型非负整数,Rice 编码尤为高效。