CABAC基础一-二值化

 

1.  二值化

在HEVC中主要包括截断莱斯编码(Truncated Rice)，指数哥伦布编码(Exp-Golomb)和定长编码。

 

1.1.  TR

TR二值化需要输入三个参数：synVal表示将要进行TR二值化的值，cRiceParam表示莱斯参数，cMax表示门限值。TR二值化的结果由两部分组成：前缀prefixVal是一元码，后缀suffixVal是定长码，后缀长度为cRiceParam。

其中，prefixVal =synVal >> cRiceParam

suffixVal = synVal − ( ( prefixVal ) << cRiceParam)

即：synVal = prefixVal << cRiceParam + suffixVal

当prefixVal < (cMax>> cRiceParam)时前缀长度为prefixVal+1，由prefixVal个1和一个0组成；否则前缀由(cMax >>cRiceParam)个1组成，如表1-1所示。

表1-1 TR前缀表

prefixVal

前缀

0

0

1

10

2

110

…

…

cMax>>cRiceParam

cMax>>cRiceParam "1"

 

suffixVal按定长码计算，位数为cRiceParam。有两种情况无后缀:

a)       cRiceParam=0；

b)       synVal =cMax。

以cRiceParam=1,cMax=7时TR二值化为例，如表1-2所示。 当synVal=6时，(synVal>> cRiceParam)=3，(cMax>> cRiceParam)也等于3，因此前缀由(cMax >>cRiceParam)=3个1组成，后缀suffixVal = synVal − ( ( prefixVal) << cRiceParam)=6-(3<<1)=0，因此二进制串为1110。

表1-2 cRiceParam=1,cMax=7时TR二值化表

cRiceParam=1, cMax=7

synVal

bin string

前缀

后缀

0

0

0

1

0

1

2

10

0

3

10

1

4

110

0

5

110

1

6

111

0

7

111

1

 

1.2.  指数哥伦布

指数哥伦布编码也是变长编码的一种，指数哥伦布编码也是由前缀和后缀组成，下面以非负整数的k阶指数哥伦布为例讲解二进制串的生成步骤。

1.       将N以二进制形式表示，去掉最低的k个比特，之后加1；

2.       计算剩余的比特数，将此数减1，即是需要增加的前缀0的个数；

3.       将1中去掉的最低k个比特补回比特串末尾。

 

以数字6的一阶指数哥伦布编码为例：

1.       6的二进制串为110，去掉最低位的1个比特变成11，加上1变成100；

2.       100的比特数为3，将此数减1，得到前缀0的个数为2；

3.       将比特串最低位的0补回比特串末尾，得到00 100 0。

 

解析k阶指数哥伦布码的方式如图1所示。图1(a)展示了指数哥伦布编码的组成：由m个前导0，m+1个二进制串和k个末尾串组成；但在指数哥伦布进行解析的时候是按照图1(b)所示形式进行解析的，首先从比特流当前位置开始寻找第一个非零比特，并将找到的0比特个数记为m，第一个非零比特之后的m+k个二进制串的十进制值记为Value，如图1(c)所示，根据步骤1所述：去掉最低的k个比特，之后加1，相当于Value的值中包含了一个额外添加的2^k，同时，在进行码流解析时，m个前导0之后的第一个非零比特没有被计算在Value值内。

                                                                   

        

(a) 指数哥伦布编码组成                 (b) 指数哥伦布解析形式

(c) 指数哥伦布值的计算

图1. 指数哥伦布编码

 

因此解码值CodeNum的计算方式如下：

CodeNum =2^(m+k) – 2^(k) + Value

 

在HEVC中常用的是0阶指数哥伦布编码，分为无符号0阶哥伦布指数编码和有符号数0级哥伦布指数编码，如表1-3所示，其中CodeNum表示解码值，有符号所对应的列表示无符号编码是所对应的值，有符号表示采用有符号0阶指数哥伦布编码时所对应的十进制数。

表1-3 0阶有符号和无符号指数哥伦布编码

码字

CodeNum

无符号

有符号

1

0

0

0

010

1

1

1

011

2

2

-1

00100

3

3

2

00101

4

4

-2

00110

5

5

3

00111

6

6

-3

…

…

…

…

 

1.3.  定长编码

定长编码比较简单，再次不再详述。

1.4.  二值化示例

以上详细说明了TRk和EGk二值化算法的过程，表1-4简单列举了各种二值化方法的结果。

 

       表1-4 二值化TRk、EGk和FL二值化结果

N

Unary(U)

Truncated

Unary(TrU)

Truncated

Rice(TRk)

Exp-Golomb

(EGk)

Fixed-Length

(FL)

cMax=7

k = 1; cMax=7

k = 0

cMax=7

0

0

0

00

1

0

1

10

10

01

010

1

2

110

110

100

011

10

3

1110

1110

101

00100

11

4

11110

11110

1100

00101

100

5

111110

111110

1101

00110

101

6

1111110

1111110

1110

00111

110

7

11111110

1111111

1111

1000

111