src/statichuff/statichuff.c

   1
   2 #include "statichuff.h"
   3 #include <stdlib.h>
   4
   5 void putbit(char bit, char restart, char flush, FILE *fp)
   6 {
   7         static unsigned long int bits_buffer = 0;
   8         static unsigned char bits_used = 0;
   9
  10         /* me obligan a emitir el output */
  11         if ((flush == 1) && (bits_used > 0)) {
  12                 bits_buffer = bits_buffer << ((sizeof(unsigned long int)*8) - bits_used);
  13                 fwrite(&bits_buffer,sizeof(unsigned long int),1,fp);
  14                 bits_buffer = 0;
  15                 bits_used = 0;
  16                 return;
  17         }
  18         /* me indican que comienza un nuevo output */
  19         if (restart) {
  20                 bits_buffer = 0;
  21                 bits_used = 0;
  22         }
  23         /* inserto el bit en el buffer */
  24         bits_buffer = bits_buffer << 1;
  25         bits_buffer |= bit;
  26         bits_used++;
  27
  28         /* lleno el buffer, escribo */
  29         if (bits_used == 32) {
  30                 fwrite(&bits_buffer,sizeof(unsigned long int),1,fp);
  31                 bits_buffer = 0;
  32                 bits_used = 0;
  33         }
  34         return;
  35 }
  36
  37 void shuff_cpynode(SHUFFNODE *node1, SHUFFNODE *node2)
  38 {
  39         node1->symbol = node2->symbol;
  40         node1->freq = node2->freq;
  41         node1->lchild = node2->lchild;
  42         node1->rchild = node2->rchild;
  43 }
  44
  45 int shuff_compnode(const void *node1, const void *node2)
  46 {
  47         if (((SHUFFNODE*)node1)->freq < ((SHUFFNODE*)node2)->freq) return 1;
  48         if (((SHUFFNODE*)node1)->freq > ((SHUFFNODE*)node2)->freq) return -1;
  49         return 0;
  50 }
  51
  52 int shuff_rescalefreq(t_freq *freqtable)
  53 {
  54         int i;
  55         t_freq totalfreq = 0;
  56
  57         /* Divido por la mitad las frecuencias, asegurando de no perder */
  58         /* frequencias en 1, por ello le sumo 1 antes de partir */
  59         for (i = 0; i < 256; i++) {
  60                 freqtable[i] = (freqtable[i] << 2) | 1;
  61                 totalfreq += freqtable[i];
  62         }
  63
  64         return totalfreq;
  65 }
  66
  67 int shuff_scanfreq(char *inputfile, t_freq *freqtable)
  68 {
  69         /* Locals */
  70         FILE *fp;
  71         t_freq sumfreq = 0;
  72         int i,symbol;
  73
  74         /* Inicializamos la tabla de frecuencias */
  75         for (i = 0; i < 256; ++i) freqtable[i] = 0;
  76
  77         /* Abrimos el file */
  78         if ((fp = fopen(inputfile,"rb")) == NULL) return 0;
  79         while (!feof(fp)) {
  80                 /* Contamos las frecuencias */
  81                 symbol = fgetc(fp);
  82                 if (symbol == EOF) continue;
  83
  84                 freqtable[symbol]++;
  85                 ++sumfreq;
  86
  87                 /* Si llegue al tope de freq acumulada, halve em */
  88                 if (sumfreq == 14930352)
  89                         sumfreq = shuff_rescalefreq(freqtable);
  90         }
  91
  92         fclose(fp);
  93         return 1;
  94 }
  95
  96 SHUFFNODE *shuff_buildlist(t_freq *freqtable, int *nonzerofreqs)
  97 {
  98         int i,j = 0,nonzero = 0;
  99         SHUFFNODE *inputlist;
 100
 101         /* Calculo cuantas frequencias > 0 hay y creo la tabla */
 102         for (i = 0; i < 256; ++i) if (freqtable[i] > 0) nonzero++;
 103         inputlist = (SHUFFNODE*)malloc(sizeof(SHUFFNODE)*nonzero);
 104
 105         /* Cargo la inputlist del huffman solo con freqs > 0 */
 106         for (i = 0; i < 256; ++i)
 107                 if (freqtable[i] > 0) {
 108                         inputlist[j].symbol = i;
 109                         inputlist[j].freq = freqtable[i];
 110                         inputlist[j].lchild = NULL;
 111                         inputlist[j].rchild = NULL;
 112                         j++;
 113                 }
 114
 115         *nonzerofreqs = nonzero;
 116         return inputlist;
 117 }
 118
 119 SHUFFNODE *shuff_buildtree(SHUFFNODE *list, int listcount)
 120 {
 121         SHUFFNODE *lastsymbol = list+(listcount-1);
 122         SHUFFNODE *node1,*node2;
 123
 124         while (lastsymbol > list) {
 125                 /* Ordeno la lista por frecuencia descendente */
 126                 qsort(list,listcount,sizeof(SHUFFNODE),shuff_compnode);
 127                 /* Tomo los ultimos dos elementos, generando dos nodos del arbol */
 128                 node1 = (SHUFFNODE*)malloc(sizeof(SHUFFNODE));
 129                 node2 = (SHUFFNODE*)malloc(sizeof(SHUFFNODE));
 130                 shuff_cpynode(node1,lastsymbol-1);
 131                 shuff_cpynode(node2,lastsymbol);
 132                 lastsymbol -= 1;
 133                 /* Nodo ficticio con la suma de las probs y los ptros a childs */
 134                 lastsymbol->symbol = 256;
 135                 lastsymbol->freq = node1->freq + node2->freq;
 136                 lastsymbol->lchild = node1;
 137                 lastsymbol->rchild = node2;
 138                 --listcount;
 139         }
 140
 141         /* Devuelvo el puntero a la raiz del arbol de huffman */
 142         return lastsymbol;
 143 }
 144
 145 void shuff_printcodes(SHUFFCODE *codetable,t_freq *freqtable)
 146 {
 147         int i,j;
 148         unsigned short int auxcode;
 149         unsigned char bit;
 150
 151         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 152                 if (codetable[i].codelength > 0) {
 153                         auxcode = codetable[i].code;
 154                         printf("Symbol:%i  Freq: %li  Code:",i,freqtable[i]);
 155                         for (j = codetable[i].codelength-1; j >= 0; --j) {
 156                                 auxcode = codetable[i].code;
 157                                 auxcode = auxcode >> j;
 158                                 bit = auxcode & 1;
 159                                 printf("%i",bit);
 160                         }
 161                         printf("  Length:%i\n",codetable[i].codelength);
 162                 }
 163         }
 164 }
 165
 166 void shuff_zerocodes(SHUFFCODE *table)
 167 {
 168         int i;
 169
 170         /* Inicializo los codigos prefijos */
 171         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 172                 table[i].code = 0;
 173                 table[i].codelength = 0;
 174         }
 175 }
 176
 177 void shuff_buildcodes(SHUFFCODE *table, SHUFFNODE *node, int level, int code)
 178 {
 179         if (node->symbol < 256) {
 180                 /* Guardo el codigo en la tabla */
 181                 table[node->symbol].code = code;
 182                 table[node->symbol].codelength = level;
 183         }
 184         else {
 185                 code = code << 1;
 186                 shuff_buildcodes(table,node->lchild,level+1,code);
 187                 code |= 1;
 188                 shuff_buildcodes(table,node->rchild,level+1,code);
 189         }
 190 }
 191
 192
 193
 194 int shuff_encode_symbols(t_freq *ftable, SHUFFCODE *ctable, char* inputfile, char *outputfile) {
 195
 196         FILE *fpsource,*fpdest;
 197         int symbol,i;
 198         unsigned long int sourcesize;
 199         char bit;
 200         SHUFFCODE symbolcode;
 201
 202         /* Abrimos el file */
 203         if ((fpsource = fopen(inputfile,"rb")) == NULL) return 0;
 204         if ((fpdest = fopen(outputfile,"wb")) == NULL) return 0;
 205
 206         /* Guardamos el size el archivo original e inputlist como header */
 207         fseek(fpsource,0,SEEK_END);
 208         sourcesize = ftell(fpsource);
 209         fwrite(&sourcesize,sizeof(unsigned long int),1,fpdest);
 210         fwrite(ftable,sizeof(t_freq),256,fpdest);
 211
 212         /* Encodeo */
 213         fseek(fpsource,0,SEEK_SET);
 214         while (!feof(fpsource)) {
 215                 /* Levanto un symbolo (byte) */
 216                 symbol = fgetc(fpsource);
 217                 if (symbol == EOF) continue;
 218
 219                 /* Cargamos el codigo y lo emitimos */
 220                 symbolcode = ctable[symbol];
 221                 for (i = symbolcode.codelength; i > 0; --i) {
 222                         bit = (symbolcode.code >> (i-1)) & 1;
 223                         putbit(bit,0,0,fpdest);
 224                 }
 225         }
 226
 227         /* Hacemos un flush de lo que haya quedado en el buffer de salida */
 228         putbit(0,0,1,fpdest);
 229         fclose(fpsource);
 230         fclose(fpdest);
 231         return 1;
 232 }
 233
 234 int shuff_encode_file(char *inputfile, char *outputfile)
 235 {
 236         /* Locals */
 237         t_freq *freqtable = (t_freq*)malloc(sizeof(t_freq)*256);
 238         SHUFFNODE *inputlist;
 239         SHUFFNODE *codetree;
 240         SHUFFCODE *codetable = (SHUFFCODE*)malloc(sizeof(SHUFFCODE)*256);
 241         int freqcount = 0;
 242
 243         /* Armamos la tabla de frecuencias */
 244         if (!shuff_scanfreq(inputfile,freqtable)) return 0;
 245
 246         /* Armo el input list y genero el arbol de huffman */
 247         inputlist = shuff_buildlist(freqtable, &freqcount);
 248         codetree = shuff_buildtree(inputlist,freqcount);
 249
 250         /* Armo la tabla de codigos prefijos para el encoder */
 251         shuff_zerocodes(codetable);
 252         shuff_buildcodes(codetable,codetree,0,0);
 253         /*shuff_printcodes(codetable,freqtable);*/
 254
 255         /* Encodeo byte per byte */
 256         shuff_encode_symbols(freqtable,codetable,inputfile,outputfile);
 257
 258         return 1;
 259 }
 260
 261 SHUFFNODE *shuff_decode_symbols(SHUFFNODE *entrynode, unsigned long int buffer,
 262                                                          int *bitsleft, unsigned short int *symbol)
 263 {
 264         char bit = 0;
 265
 266         /* Levanto el symbolo y si es uno valido, devuelvo */
 267         *symbol = entrynode->symbol;
 268         if (*symbol != 256) return entrynode;
 269         if (*bitsleft == 0) return entrynode;
 270
 271         /* Obtengo otro bit a procesar y me muevo en el arbol */
 272         bit = (buffer >> ((*bitsleft)-1)) & 1;
 273         --(*bitsleft);
 274         if (bit == 0) return shuff_decode_symbols(entrynode->lchild,buffer,bitsleft,symbol);
 275         else return shuff_decode_symbols(entrynode->rchild,buffer,bitsleft,symbol);
 276 }
 277
 278 int shuff_decode_file(char *inputfile, char *outputfile)
 279 {
 280         SHUFFNODE *inputlist;
 281         SHUFFNODE *codetree,*currnode;
 282         t_freq *ftable = (t_freq*)malloc(sizeof(t_freq)*256);
 283         unsigned long int bytesleft,codebuffer;
 284         FILE *fpsource;
 285         FILE *fpdest;
 286         unsigned short int decoded_symbol;
 287         int bitsleft,freqcount = 0;
 288
 289         /* Levanto cuantos bytes decodeo y la freq table */
 290         if ((fpsource = fopen(inputfile,"rb")) == NULL) return 0;
 291         if ((fpdest = fopen(outputfile,"wb")) == NULL) return 0;
 292         fread(&bytesleft,sizeof(unsigned long int),1,fpsource);
 293         fread(ftable,sizeof(unsigned long int),256,fpsource);
 294         inputlist = shuff_buildlist(ftable, &freqcount);
 295         codetree = shuff_buildtree(inputlist,freqcount);
 296         currnode = codetree;
 297
 298         while (!feof(fpsource) && (bytesleft > 0)) {
 299
 300                 /* Leo un buffer de 32 bits */
 301                 if (fread(&codebuffer,sizeof(unsigned long int),1,fpsource) != 1) continue;
 302                 bitsleft = sizeof(unsigned long int) * 8;
 303
 304                 /* Proceso el buffer sacando simbolos hasta que se me agote */
 305                 while ((bitsleft > 0) && (bytesleft > 0)) {
 306                         currnode = shuff_decode_symbols(currnode,codebuffer,&bitsleft,&decoded_symbol);
 307                         /* Si obtuve un symbolo valido lo emito*/
 308                         if (decoded_symbol != 256) {
 309                                 fputc(decoded_symbol,fpdest);
 310                                 currnode = codetree;
 311                                 --bytesleft;
 312                         }
 313                 }
 314         }
 315
 316         fclose(fpsource);
 317         fclose(fpdest);
 318
 319         return 1;
 320 }
 321
 322 int main(int argc, char* argv[])
 323 {
 324         int cflag = 0;
 325         int dflag = 0;
 326         int tflag = 0;
 327         long int volumesize = 0;
 328         int ch;
 329
 330         while ((ch = getopt(argc, argv, "cdt:")) != -1) {
 331
 332                 switch (ch) {
 333                         case 'c': cflag = 1;
 334                                           break;
 335
 336                         case 'd': dflag = 1;
 337                                           break;
 338
 339                         case 't': tflag = 1;
 340                                           volumesize = atoi(optarg);
 341                                           break;
 342
 343                         default: fprintf(stderr, "Usage: %s [-cdt] sourcefile targetfile\n", argv[0]);
 344                                          return(2);
 345                 }
 346         }
 347
 348         if ( (argc == 1) || (cflag & dflag) || !(cflag | dflag) || ((argc - optind) < 2) ) {
 349                 fprintf(stderr, "Usage: %s [-cdt] sourcefile targetfile\n", argv[0]);
 350                 if ((tflag == 1) && (volumesize <= 0)) fprintf(stderr,"Error: The volume size must be a non-zero value\n");
 351                 return (2);
 352         }
 353
 354         if (cflag == 1) {
 355                 /* Comprimo */
 356             return shuff_encode_file(argv[optind],argv[optind+1]);
 357         }
 358
 359         if (dflag == 1) {
 360                 /* Descomprimo */
 361                 return shuff_decode_file(argv[optind],argv[optind+1]);
 362         }
 363
 364         return 0;
 365 }