Arithmetic coding issue

Since a few days I am fighting my way through implementing arithmetic coding. I found a really great source of information which made me understand how it should work. Long story short, it implements arithmetic coding on integers using two registers: HIGH and LOW. Those register store a fraction, ex.

Plain text
Copy to clipboard
Open code in new window
EnlighterJS 3 Syntax Highlighter
<code>HIGH = 98765 //means 0.98765(9)
LOW = 91234 // means 0.91234(0)
</code>
<code>HIGH = 98765 //means 0.98765(9) LOW = 91234 // means 0.91234(0) </code>
HIGH = 98765 //means 0.98765(9)
LOW = 91234 // means 0.91234(0)

Then comes magic, when the most significant numbers match (in this case it would be 9s) they are printed out. It’s all clear to me.

However, when we take the following example

Plain text
Copy to clipboard
Open code in new window
EnlighterJS 3 Syntax Highlighter
<code> HIGH LOW RANGE CUMULATIVE OUTPUT
Initial state 99999 00000 100000
Encode B (0.2-0.3) 29999 20000
Shift out 2 99999 00000 100000 .2
Encode I (0.5-0.6) 59999 50000 .2
Shift out 5 99999 00000 100000 .25
Encode L (0.6-0.8) 79999 60000 20000 .25 //here starts problems
Encode L (0.6-0.8) 75999 72000 .25 //how possible?
Shift out 7 59999 20000 40000 .257
Encode SPACE (0.0-0.1) 23999 20000 .257
Shift out 2 39999 00000 40000 .2572
Encode G (0.4-0.5) 19999 16000 .2572
Shift out 1 99999 60000 40000 .25721
Encode A (0.1-0.2) 67999 64000 .25721
Shift out 6 79999 40000 40000 .257216
Encode T (0.9-1.0) 79999 76000 .257216
Shift out 7 99999 60000 40000 .2572167
Encode E (0.3-0.4) 75999 72000 .2572167
Shift out 7 59999 20000 40000 .25721677
Encode S (0.8-0.9) 55999 52000 .25721677
Shift out 5 59999 20000 .257216775
Shift out 2 .2572167752
Shift out 0 .25721677520
</code>
<code> HIGH LOW RANGE CUMULATIVE OUTPUT Initial state 99999 00000 100000 Encode B (0.2-0.3) 29999 20000 Shift out 2 99999 00000 100000 .2 Encode I (0.5-0.6) 59999 50000 .2 Shift out 5 99999 00000 100000 .25 Encode L (0.6-0.8) 79999 60000 20000 .25 //here starts problems Encode L (0.6-0.8) 75999 72000 .25 //how possible? Shift out 7 59999 20000 40000 .257 Encode SPACE (0.0-0.1) 23999 20000 .257 Shift out 2 39999 00000 40000 .2572 Encode G (0.4-0.5) 19999 16000 .2572 Shift out 1 99999 60000 40000 .25721 Encode A (0.1-0.2) 67999 64000 .25721 Shift out 6 79999 40000 40000 .257216 Encode T (0.9-1.0) 79999 76000 .257216 Shift out 7 99999 60000 40000 .2572167 Encode E (0.3-0.4) 75999 72000 .2572167 Shift out 7 59999 20000 40000 .25721677 Encode S (0.8-0.9) 55999 52000 .25721677 Shift out 5 59999 20000 .257216775 Shift out 2 .2572167752 Shift out 0 .25721677520 </code>
                         HIGH    LOW    RANGE   CUMULATIVE OUTPUT

Initial state           99999  00000   100000
Encode B (0.2-0.3)      29999  20000
Shift out 2             99999  00000   100000    .2
Encode I (0.5-0.6)      59999  50000             .2
Shift out 5             99999  00000   100000    .25
Encode L (0.6-0.8)      79999  60000   20000     .25 //here starts problems
Encode L (0.6-0.8)      75999  72000             .25 //how possible?
Shift out 7             59999  20000   40000     .257
Encode SPACE (0.0-0.1)  23999  20000             .257
Shift out 2             39999  00000   40000     .2572
Encode G (0.4-0.5)      19999  16000             .2572
Shift out 1             99999  60000   40000     .25721
Encode A (0.1-0.2)      67999  64000             .25721
Shift out 6             79999  40000   40000     .257216
Encode T (0.9-1.0)      79999  76000             .257216
Shift out 7             99999  60000   40000     .2572167
Encode E (0.3-0.4)      75999  72000             .2572167
Shift out 7             59999  20000   40000     .25721677
Encode S (0.8-0.9)      55999  52000             .25721677
Shift out 5             59999  20000             .257216775
Shift out 2                                      .2572167752
Shift out 0                                      .25721677520

I really don’t know how the marked lines are achieved on computers, on paper it’s easy, since:

Plain text
Copy to clipboard
Open code in new window
EnlighterJS 3 Syntax Highlighter
<code>/*
range, HIGH, LOw - integer
symbol->high, symbol->low - real
*/
HIGH = HIGH - (range - symbol->high*range)
LOW = LOW + range*symbol->low
</code>
<code>/* range, HIGH, LOw - integer symbol->high, symbol->low - real */ HIGH = HIGH - (range - symbol->high*range) LOW = LOW + range*symbol->low </code>
/* 
    range, HIGH, LOw - integer
    symbol->high, symbol->low - real
*/
HIGH = HIGH - (range - symbol->high*range)
LOW = LOW + range*symbol->low

But on computers? The real-number inaccuracy comes in and my intervals are much different.

Plain text
Copy to clipboard
Open code in new window
EnlighterJS 3 Syntax Highlighter
<code>[0; 99999) 100000 b [0.2; 0.3)
[20000; 29999) 100000 ===> 2
[0; 99999) 100000 i [0.5; 0.6)
[50000; 59998) 100000 ===> 5 //inaccuracy
[0; 99989) 99990 l [0.6; 0.8)
[59993; 79990) 19998 l [0.6; 0.8)
[71991; 75990) 19998 ===> 7
[19910; 59909) 40000 [0; 0.1)
[19910; 23908) 3999 g [0.4; 0.5)
[21509; 21908) 3999 ===> 2
[15090; 19089) 3999 ===> 1
[50900; 90899) 40000 a [0.1; 0.2)
[54900; 58898) 40000 ===> 5
[49000; 88989) 39990 t [0.9; 1)
[84991; 88988) 39990 ===> 8
[49910; 89889) 39980 e [0.3; 0.4)
[61904; 65900) 39980 ===> 6
[19040; 59009) 39970 s [0.8; 0.9)
[51016; 55011) 39970 ===> 5
zakodowano: 257215865
</code>
<code>[0; 99999) 100000 b [0.2; 0.3) [20000; 29999) 100000 ===> 2 [0; 99999) 100000 i [0.5; 0.6) [50000; 59998) 100000 ===> 5 //inaccuracy [0; 99989) 99990 l [0.6; 0.8) [59993; 79990) 19998 l [0.6; 0.8) [71991; 75990) 19998 ===> 7 [19910; 59909) 40000 [0; 0.1) [19910; 23908) 3999 g [0.4; 0.5) [21509; 21908) 3999 ===> 2 [15090; 19089) 3999 ===> 1 [50900; 90899) 40000 a [0.1; 0.2) [54900; 58898) 40000 ===> 5 [49000; 88989) 39990 t [0.9; 1) [84991; 88988) 39990 ===> 8 [49910; 89889) 39980 e [0.3; 0.4) [61904; 65900) 39980 ===> 6 [19040; 59009) 39970 s [0.8; 0.9) [51016; 55011) 39970 ===> 5 zakodowano: 257215865 </code>
[0; 99999)  100000  b   [0.2; 0.3)
[20000; 29999)  100000  ===> 2
[0; 99999)  100000  i   [0.5; 0.6)
[50000; 59998)  100000  ===> 5 //inaccuracy
[0; 99989)  99990   l   [0.6; 0.8)
[59993; 79990)  19998   l   [0.6; 0.8)
[71991; 75990)  19998   ===> 7
[19910; 59909)  40000       [0; 0.1)
[19910; 23908)  3999    g   [0.4; 0.5)
[21509; 21908)  3999    ===> 2
[15090; 19089)  3999    ===> 1
[50900; 90899)  40000   a   [0.1; 0.2)
[54900; 58898)  40000   ===> 5
[49000; 88989)  39990   t   [0.9; 1)
[84991; 88988)  39990   ===> 8
[49910; 89889)  39980   e   [0.3; 0.4)
[61904; 65900)  39980   ===> 6
[19040; 59009)  39970   s   [0.8; 0.9)
[51016; 55011)  39970   ===> 5
zakodowano: 257215865

I would appreciate any help.

0

You shouldn’t use floating point in such cases.

Probabilities can be represented as rational numbers with denominator 10^something, this allows you to divide current interval exactly without rounding errors.

So in your case 0.6 becomes 6/10, 0.8 – 8/10. How you will store such things is your choice. Usually some kind of fixed point format is used. For example you store 60 and know that this is actually probability*100, so whenever you multiply by it, you also divide by 100.

Also note that later you will encounter another type of overflow – when you cannot shift out anything, but number of digits doesn’t allow to divide interval without rounding errors. In such cases you either allow some inaccuracy in dividing interval or artificially narrow it to make shift out possible. If decode does everything in the same way, this doesn’t impact correctness, but reduces compression a bit.

1

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật