Codage de Shannon-Fano

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Le codage de Shannon-Fano est un algorithme de compression de données sans perte élaboré par Robert Fano à partir d'une idée de Claude Shannon.

Il s'agit d'un codage entropique produisant un code préfixe très similaire à un code de Huffman, bien que pas toujours optimal, contrairement à ce dernier.

Principe[modifier | modifier le code]

La probabilité de chaque symbole à compresser doit être connue. Dans la plupart des cas, des probabilités fixes calculées à partir des données à compresser sont utilisées ; on parle alors de codage de Shannon-Fano semi-adaptatif (qui nécessite deux passes successives sur les données à compresser : la première pour calculer les probabilités, la seconde pour compresser à proprement parler). Il est également possible d'utiliser des probabilités fixes non dépendantes des données à compresser (codage statique) ou des probabilités variant au fur et à mesure de la compression (codage adaptatif).

Tous les symboles à compresser sont triés selon leur probabilité, et l'ensemble trié des symboles est coupé en deux parties de telle façon que les probabilités des deux parties soient le plus proche possible de l'égalité (la probabilité d'une partie étant égale à la somme des probabilités des différents symboles de cette partie). Tous les symboles de la première partie sont codés par un 0 suivi de leur code de Shannon-Fano en ne prenant en compte que les symboles de la première partie, et tous les symboles de la seconde partie sont codés par un 1 suivi de leur code de Shannon-Fano en ne prenant en compte que les symboles de la seconde partie, récursivement. Lorsqu'une partie ne contient qu'un seul symbole, celui-ci est représenté par un code vide (de longueur nulle).

Comparaison avec le codage de Huffman[modifier | modifier le code]

L'approche du codage de Shannon-Fano est descendante : l'algorithme part de l'ensemble des symboles et divise cet ensemble récursivement jusqu'à arriver à des parties ne contenant qu'un seul symbole. L'inconvénient de cette approche est que, lorsqu'il n'est pas possible de séparer un ensemble de symboles et deux sous-ensembles de probabilités à peu près égales (c'est-à-dire lorsque l'un des sous-ensembles est beaucoup plus probable que l'autre), les codes produits ne sont pas optimaux.

Le codage de Huffman a une approche ascendante : l'algorithme part des symboles et regroupe ceux ayant la probabilités la plus faible, jusqu'à avoir regroupé tous les symboles. Cette approche permet d'obtenir systématiquement un code optimal au niveau du symbole, dans le pire cas de la même longueur que le code de Shannon-Fano équivalent, dans tous les autres cas plus court.

Les codages de Shannon-Fano et de Huffman souffrent cependant tous les deux du même inconvénient : ils codent les symboles sur un nombre de bits entier. Un codage arithmétique, optimal au niveau du bit, permet de coder des symboles sur un nombre de bits arbitraire (y compris 0), et d'atteindre l'entropie de Shannon.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Comme le codage de Huffman est très similaire au codage de Shannon-Fano et donne de meilleurs résultats, ce dernier n'est pratiquement plus utilisé aujourd'hui.

Le codage de Shannon-Fano est utilisé après une compression par LZ77, pour le codage entropique de l'algorithme implode, utilisé historiquement dans le format ZIP[1]. L'algorithme implode a été détrôné par l'algorithme deflate, remplaçant le codage de Shannon-Fano par un codage de Huffman.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Claude Elwood Shannon, « A Mathematical Theory of Communication », Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379-423, juillet 1948.
  • Robert Mario Fano, « The transmission of information », Technical Report No. 65, 1949. Research Laboratory of Electronics, M.I.T., Cambridge, USA.

Références[modifier | modifier le code]

  1. http://www.tylogix.com/Articles/PKZIP%20Data%20Compression%20Techniques.htm