CABAC

CABAC

   CABAC（上下文自适应的二进制算术编码）基于算术编码，在HEVC中，除了参数集、SEI和slice头部之外，其余的所有数据都使用CABAC来进行熵编码。

1.4.1 原理

主要包括三个步骤：

二进制化；

上下文建模；

二进制算术编码；

其流程如下：

二进制化就是将一个给定的非二进制元映射成一个二进制序列。

二元算术编码有常规编码模式和旁路编码模式两种。

常规编码模式（Regular Coding  Mode）：语法元素的二元位（Bin）顺序进入上下文模型器。编码器根据之前编码过的值为 每一个输入的二元位分配合适的概率模型，这个过程叫做”上下文建模“，再将Bin和分配给它的概率模型一起送到二元算术编码器进行编码；编码器根据Bin值更新上下文模型，这个叫”编码中的自适应“

  旁路编码模式（Bypass Coding Mode）：输入的Bin直接用一个旁路编码器进行编码即可。

上下文建模：

条件熵理论下，作为条件的已编码符号信息称为上下文——应用要有针对性

高概率发生的对编码性能影响起主导作用的事件，建立精致的上下文模型，增加上下文概率的阶数以达到精细的条件估计

低概率发生的对编码性能影响不大的事件，建立简单的上下文模型

1.4.2 HEVC中的CABAC

二进制化：

理论上，HEVC的二进制方法有：

1、一元码 

2、截断一元码 

3、K阶指数哥伦布二元化（EGK）

4、截断莱斯二元化（TR）

5、定长二元化（FL）

一元码

假设语法的元素值是x，那么它对应的一元码由前缀x个1和后缀一个0构成:11...10。假设x=5，那么它的一元码是111110

截断一元码

1、把语法元素之转换成一元码，假如语法元素值是x，那么它的一元码由起始的x个1和最后一个0组成。

2、给定一个最大的可能值cMax，bins的长度不能超过cMax，如果超过，那么就对bins的尾部进行截断

例如，给定一个语法元素的值是5,cMax是4

    （1）5对应的一元码是111110

    （2）由于一元码的长度大于cMax，因此需要对它进行截断

    （3）截断之后为1111，因此5对应的截断一元码是1111（当cMax等于4时）

截断莱斯二进制化（TR）——前缀+后缀

cMax——门限值

R——莱斯参数

V——语法元素值

前缀：

P=V>>R

P小于值（cMax>>R）,前缀P个1和一个0组成

P大于值（cMax>>R）,前缀（cMax>>R）个1组成

V

后缀值为S的二元化串

V>=cMax,无后缀码

定长二进制化

语法元素的值为x,且0<=x<=Max,十进制转换为二进制即可。

上下文模型

一般情况下，不同的语法元素之间并不是完全独立的，因此可以根据已经编码的语法元素进行条件编码，这就是所谓的上下文。这些上下文信息通常做成表格。

 ①在编码过程中，语法元素使用的上下文概率模型都被唯一的上下文索引号r标识，每一个r涉及两个概率模型变量：最大概率符号MPS和概率状态索引。MPS表示待编码的Bin很有可能出现的符号（0或1）；与之对应的，待编码的Bin不可能出现的符号即为最小概率符号LPS。

 ②在CABAC中，为LPS的概率设置了64个代表值，每一个都与LPS一一对应。

 ③编码器会初始化上下文模型的符号变量MPS和δ

 ④在获取初始的概率模型变量后，即可对当前符号（或语法元素）进行二元算数编码和概率模型参数更新，实现上下文自适应的编码。

 ⑤更新的方法：如果编码的符号等于MPS，那么通过查表更新

= transIdxMps（

否则，如果

否则只更新

= transIdLps（

附上个人理解

二进制

• 算术编码

有两种模式：常规模式，旁路模式。

 1、常规模式。假设当前编码器的区间长度是R，区间下限是L。

      ①计算索引值=（R>>6）&3

      ②查表得到LPS对应的子区间=rangeTabLps[][]，那么=R-

      ③如果当前的二进制符号Bin等于MPS，则作为下一个符号的编码区间R，下限L不变；如果Bin等于LPS，那么作为下一个符号的编码区间R，区间下限L要加上的长度。然后更加当前符号值更新上下文。

 2、旁路模式。这种模式无需对概率进行自适应更新，而是采用0和1概率各占0.5的固定概率进行编码。为了是区间划分更加简单，才用了保存编码区间长度不变，使下限L值加倍的方法来实现区间划分。