CABAC编码

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目录

一、二进制化

二、上下文建模

1.概念

2.CABAC中的上下文模型

 三、二进制算术编码

 参考文献

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主要分为三步：1.二进制化；2.上下文建模；3二进制算术编码。 

 

一、二进制化

CABAC首先会将语法元素映射为二进制序列。如指数哥伦布编码。

二、上下文建模

1.概念

即利用已编码块，已编码语法元素的概率情况来估计当前待编码元素的分布概率。

 

如上图所示，E为当前代编码块，ABCD为其空间相邻块。此时ABCD中已编码的语法元素可作为E编码块的上下文。参考的上下文越多，上下文“阶数”越高。

2.CABAC中的上下文模型

为了控制复杂度，CABAC是以二进制比特为单位进行上下文建模，其关键是概率预测，即确定低概率符号LPS（0/1）出现的概率，而会随着编码是LPS还是MPS自适应的发生变化。 

为了降低复杂度，引入概率状态索引σ，取值范围为[0，63]，分别对应Pσ=[0.01875,0.5]，其表示低概率符号LPS的概率值对应的索引，即只有64个可能概率。且其变化过程通过查表得到。

 

 举例：假设当前σ=61，MPS=1，若当前待编码比特为0，则编码后σ=38；若当前代编码比特为1，则编码后σ=62。

 三、二进制算术编码

在上下文编码中，我们提到其表示状态是σ和MPS，而在编码器的状态，是由当前编码区间宽度Range和区间起始点Low表示，那么在编码下一个二进制符号的时候，当前的R就会划分为两个部分，和，其计算公式如下：

=R. Pσ

 =R-

当编码的二进制符号为LPS时，R就会更新为，L更新为L+(这是因为区间先是MPS后是LPS)；当编码的二进制符号为MPS，R更新为R-,L不变。

在HEVC中我们规定，L用10比特表示，R的范围为[2^8,2^9），写成二进制即100000000-111111111，为了降低复杂度，便于硬件实现，在对当前区间进行划分的时候，首先要进行量化，即将R>>6，可以发现，右移6位区间变成100-111，只有2，3比特位不一样，那么就只有四种情况00，01，10，11，对应我们将这四个数定义为量化区间索引ρ,计算公式为

ρ=(R>>6)&3

那么对R进行划分的乘法运算就可转化为查表计算，这样ρ与σ对应64*4的二维表格，只要知道当前ρ和σ，就可读出当前，即

=rLPSTable[σ,ρ]

其整体流程为

经过区间更新后得到的新的编码区间可能不在R的范围内，因此需要进行重归一化，流程如下：

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 参考文献

[1]王一涛.H.265/HEVC CABAC熵编码的研究与硬件实现.2019.福州大学

[2]王尧.HEVC二进制算术编码器的实现与CABAC算法改进.2019.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)

[3]齐静瑞.H.264/AVC中CABAC熵编码电路的设计.2015.东南大学