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H_264_AVC中的CABAC编码技术

H_264_AVC中的CABAC编码技术

山西电子技术2007年第3期

研究与探讨

H.264/AVC中的CABAC编码技术

彭 芬

(武汉职业技术学院电子信息工程系,湖北武汉430074)

摘 要:CABAC是新一代视频压缩算法标准H.264/AVC中采用的新熵编码技术,使用它可以有效提高编码效率,节约码流。这里介绍了CABAC编码中算术编码理论的原理和内容模型的基本类型,并以运动矢量差值MVD的编码方法为例详细分析了CABAC的编码过程。

关键词:CABAC;二进制算术编码;内容模型;H.264/AVC中图分类号:TN919 文献标识码:A

0 引言

H.264/AVC标准是视频编码专家组(VCEG)和运动图像专家组(MPEG)组成的联合视频组(JVT)研究而成的,该标准于2003年3月正式获得批准。H.264/AVC支持两种熵编码方法:可变长编码(VLC)和基于内容的自适应二进制算术编码(CABAC)。

UVLC是从概率分布模型得出的,应用单一的码表,没有考虑编码符号间的相关性,不允许根据实际符号的特性进行调整。而实际符号的特性会随着空间、时间、视频源、编码条件的变化而发生变化,UVLC用于编码中高比特率视频流信息时性能不理想。然而高比特视频信息的低码率应用如因特网上的流媒体、无线网的视频传输及视频存储等呼之欲出,对视频压缩编码技术的编码效率提出了新的挑战。基于内容的自适应二进制算术编码(CABAC)方法根据相邻块的情况进行当前块的编码,充分考虑编码符号间的相关性,可以达到更好的编码效率。

分的公式中包含有乘法运算。为加快运算速度,降低计算复杂度,方便软件和硬件实现,H.264/AVC中采用没有乘法运算的方法。基本思想是把区间宽度R的合理范围[Rmin,Rmax]和符号概率P分别设计成一系列代表值Q={Q0、Q1、 QK-1}和P={P0、P1 PN-1},这里基于代表值个数足够多时能被一系列代表值所代替。

为进一步降低分析难度,假设最小可能符号(LPS)的概率PLPS#(0,0.5],最大可能符号(MPS)的概率则为PMPS=1-PLPS#[0.5,1),最小可能符号区间则为RLPS=R PLPS.。概率范围#(0,1)为实际表中概率范围#(0,0.5)所表示,此时LPS概率代表值P 与概率状态指数 的关系如图1所示,也可用关系式P = P -1, =1 63, =(0.01875/0.5)1/63,P0=0.5

H_264_AVC中的CABAC编码技术

表示。

1 CABAC的编码原理

1.1 二进制算术编码

1.1.1 算术编码基本理论

算术编码的基本原理是将编码的消息表示成实数0和1之间的一个区间,消息越长,编码表示它的区间就越小,表示这一区间所需的二进制位就越多。

算术编码机制由两个数区间下界和区间范围进行界定。区间下界、区间范围的确定方法:

新子区间的下界=前子区间的下界+当前符号的区间累计概率x前子区间的宽度。

新区间范围R新=R P(R新是新子区间的宽度,R是前子区间的宽度,P是当前符号的概率)

对每一符号,算术编码器按步骤A和B进行处理。A.编码器将 当前子区间!分为子区间,每一个符号一个。B.子区间的大小与下一个将出现的事件的概率成比例,编码器选择子区间对应于下一个确切发生的事件,并使它成为新的 当前区间!。多次重复上述步骤,最后输出的 当前子区间!的下界就是该给定符号序列的算术编码。

1.1.2 H.264/AVC中基于表的二进制算术编码

算术编码理论是基于包含有乘法运算的递归区间划分,在应用于实际应用时的主要瓶颈正是用于进行每次区间划

图1 LPS概率代表值P 与概率状态指数 的关系

实际计算机的精度不可能无限长,运算中出现溢出是一个明显的问题。区间范围R必须在合理范围[28,29]之间,如区间划分后R不在此范围,则进行重整。用量化值Q(R)把整个范围28%R%29使用等分的方法大致分成四个部分,用量化指数 表示。

这样公式RLPS=R PLPS的右边部分就可以用一张事先计算好的值Q P 构成的二维表来近似计算,即实际应用时RLPS=TabRangeLPS[ 、 ],根据已知的 、 通过查表得到RLPS。这里表TabRangeLPS用8比特精度表示包括64 4个Q P 值(0% %63,0% %3)。从而达到不用在线进行乘法运算,降低计算复杂度的目的。1.2 内容模型

自适应算术编码在对符号序列进行扫描的过程中根据

收稿日期:2006-11-23 作者 彭芬 女 36岁 讲师 硕士研究生

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