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