如何在 MATLAB 中有效地编码位串？答案

【问题标题】：How to efficiently encode a bit string in MATLAB?如何在 MATLAB 中有效地编码位串？
【发布时间】：2012-06-12 08:27:12
【问题描述】：

我想在 MATLAB 中尽可能高效地将整数向量 (uint8) 存储为（空间）。到目前为止，我正在使用arithenco 对向量进行编码：

bits = arithenco(z, counts);

好消息是它返回一个位向量。坏事是这些位以双精度形式存储。这意味着返回的向量大约是原始 uint8 向量的 64 倍，而整个想法是使事物更小。

那么有没有一种简单（且运行时高效）的方法来编码这些伪位，以便我真正获得空间改进？

我想出的唯一解决方案是使用bitset 将所有这些位再次存储在一个向量中，比如 uint32，但这似乎很麻烦，而且速度不是很快，因为我必须循环明确地覆盖整个位向量。

注意：我不能为此使用 Java API，否则这会相对容易。

【问题讨论】：

标签： matlab encoding bit-manipulation

【解决方案1】：

与您的解决方案类似，但仅使用核心 MATLAB 函数：

%# some random sequence of bits
bits = rand(123,1) > 0.5;

%# reshape each 8 bits as a column (with zero-padding if necessary)
numBits = numel(bits);
bits8 = false(8, ceil(numBits/8));
bits8(1:numBits) = bits(:);

%# convert each column to uint8
bits_packed = uint8( bin2dec(char(bits8'+'0')) );

比较尺寸：

>> whos bits bits_packed
  Name               Size            Bytes  Class      Attributes

  bits             123x1               123  logical              
  bits_packed       16x1                16  uint8

解压/恢复原始位：

%# unpack
b = logical(dec2bin(bits_packed)' - '0');
b = b(:);

%# sanity check
isequal(bits, b(1:numBits))

【讨论】：

谢谢！我没有考虑字符转换。我想这甚至可能比我的解决方案更快。

【解决方案2】：

经过一番搜索和尝试，我终于想出了这个解决方案：

bitCount = size(bits, 2);
bits8 = zeros(ceil(bitCount/8), 8);
bits8(1:bitCount) = bits;           % Reshape to (pseudo-)8-bit representation
comp = uint8(bi2de(bits8));         % Convert to efficient byte representation

这里的关键部分是 bi2de 函数，它“将二进制行向量 b 转换为非负十进制整数”。要再次获取这些位，可以使用de2bi 函数。

【讨论】：

如果这是您正在寻找的完整答案，you can mark it as accepted even if you're the one who answered it.
@rolve：不应该将bits8 定义为：bits8 = zeros(8,ceil(bitCount/8));，以便它以正确的顺序（按列）填写。只记得在传递给bi2de之前转置@
@Amro 是的，你可能是对的。但是，由于我只想有效地存储这些位，所以它们是在行中还是分布在列中并不重要。将它们转换回 ? 位表示时，我只需要进行正确的整形即可。
@rolve：我想你是对的，反正你得到了我的 +1 票。顺便说一下，我发布了一个与你类似的解决方案，但没有使用任何特殊工具箱。

【解决方案3】：

您可以将它们转换为logical:

     bitsLogical = logical(bits);

这在内存中应该更有效。但是你仍然会有转换步骤。所以最好的办法是深入到arithenco 并首先将其更改为返回逻辑。

编辑正如 OP 所说的那样，这不会被打包为位，而是被打包为字节。仍然是对double 的改进。

【讨论】：

感谢您的想法，但逻辑存储为字节，因此仍有 8 位中的 7 位被浪费。
@rolve，我不知道。你有这方面的参考吗？
您可以使用 whos (mathworks.ch/help/techdoc/ref/whos.html) 命令检查数据结构的大小。使用它，您将看到单个逻辑的大小为 1 个字节。