CAVLC和CABAC简介
CABAC/CAVLCin H.264
什么是熵编码？
熵编码压缩是一种无损压缩，其实现原理是使用新的编码来表示输入的数据，从而达到压缩的效果。常用的熵编码有游程编码，哈夫曼编码和CAVLC编码等。
CAVLC
CAVLC(Context Adaptive VariableLength Coding)是在H.264/MPEG-4AVC中使用的熵编码方式。在H.264中，CAVLC以zig-zag顺序用于对变换后的残差块进行编码。CAVLC是CABAC的替代品，虽然其压缩效率不如CABAC，但CAVLC实现简单，并且在所有的H.264profile中都支持。
CAVLC的编码过程如下：
-
计算非零系数（TotalCoeffs）和拖尾系数（TrailingOnes）的数目。
拖尾系数指值为 +1/-1的系数，最大数目为 3。如果超过 3个，那么只有最后三个被视为拖尾系数。拖尾系数的数目被赋值到变量 TrailingOnes。
非零系数包括所有的拖尾系数，其数目被赋值到变量 TotalCoeffs)。 -
计算nC(numberCurrent，当前块值)。
nC值由左边块的非零系数 nA和上面块非零系数 nB来确定，计算公式为： nC=round((nA+nB)/2)；若 nA存在 nB不存在，则 nC=nA；若 nA不存在而 nB存在，则 nC=nB；若 nA和 nB都不存在，则 nC=0。
nC值用于选择 VLC编码表，如下图所示。这里体现了上下文相关 (contextadaptive)的特性，例如当 nC值较小即周围块的非零系数较少时，就会选择比较短的码，从而实现了数据压缩。
-
查表获得coff_token的编码。
根据之前编码和计算过程所得的变量 TotalCoeffs 、 TrailingOnes 和 nC 值可以查 H.264 标准附录 CAVLC 码表，即可得出 coeff_token 编码序列。
-
编码每个拖尾系数的符号，按zig-zag的逆序进行编码。
每个符号用 1个 bit位来表示， 0表示“ +”， 1表示“—”。
当拖尾系数超过三个时只有最后三个被认定为拖尾系数，引词编码顺序为从后向前编码。 -
编码除拖尾系数之外非零系数的level（Levels）。
每个非零系数的 level包括 sign和 magnitude，扫描顺序是逆 zig-zag序。
level的编码由前缀 (level_prefix)和后缀 (level_suffix)组成。前缀的长度在 0到 6之间，后缀的长度则可通过下面的步骤来确定：
将后缀初始化为 0。（若非零系数的总数超过 10且拖尾系数不到 3，则初始化为 1）。
编码频率最高（即按扫描序最后）的除拖尾系数之外的非零系数。
若这个系数的 magnitude 超过某个门槛值 (threshold) ，则增加后缀的长度。下表是门槛值的列表：
-
编码最后一个非零系数之前0的个数（totalZeos）。
TotalZeros 指的是在最后一个非零系数前零的数目，此非零系数指的是按照正向扫描的最后一个非零系数
根据 TotalCoeffs 值， H.264 标准共提供了 25 个变长表格供查找，其中编码亮度数据时有 15 个表格供查找，编码色度 DC2 × 2 块（ 4 ： 2:0 格式）有 3 个表格、编码色度 DC2 × 4 块（ 4 ： 2:2 格式）有 7 个表格。 -
编码每个系数前面0的数目（run_before）。
扫描顺序为 zig-zag 的逆序。
若 ∑ [run_before]== total_zeros ，则不需再计算run_before
扫描序中的最后一个元素不需要计算 run_before
每个 run_before 的 VLC 编码取决于 run_before 自身及未编码的 0 的个数 ZerosLeft 。例如若 ZerosLeft== 2 ，那么 run_before 只可能是 0,1 或 2 ，因此使用两个 bit 即可表示。
CAVLC之手把手教你编码
转自：http://blog.csdn.net/sunshine1314/article/details/1685948
这篇博客使用实例对上述过程做了详细的说明，尤其是有关Levels的计算方面做了重要的补充。下面是全文的转载：
首先声明本文并不是我写的,文章来自本人同学(Sunrise),都是一起做的H264,比较了解,文章内容都是自己整理的,比较可信,因此整理到一起,我也偷个懒哈
再次声明:文中用的标准是BS的正式标准,如果大家发现序号不对,参考着改过来就是了!
编码过程：
假设有一个4*4数据块
{
0, 3, -1, 0,
0, -1, 1, 0,
1, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0
}
数据重排列：0，3，0，1，-1，-1，0，1，0……
1）初始值设定：
非零系数的数目（TotalCoeffs） = 5；
拖尾系数的数目（TrailingOnes）= 3；
最后一个非零系数前零的数目（Total_zeros） = 3；
变量NC=1;
（说明：NC值的确定：色度的直流系数NC=-1；其他系数类型NC值是根据当前块左边4*4块的非零系数数目（NA）当前块上面4*4块的非零系数数目（NB）求得的，见毕厚杰书P120表6.10）
suffixLength = 0；
i = TotalCoeffs = 5;
2）编码coeff_token：
查标准（BS ISO/IEC 14496-10:2003）Table 9-5，可得：
If (TotalCoeffs == 5 && TrailingOnes == 3 && 0 <= NC < 2)
coeff_token = 0000 100;
Code = 0000 100;
3）编码所有TrailingOnes的符号：
逆序编码，三个拖尾系数的符号依次是＋（0），－（1），－（1）；
即:
TrailingOne sign[i--] = 0;
TrailingOne sign[i--] = 1;
TrailingOne sign[i--] = 1;
Code = 0000 1000 11;
4）编码除了拖尾系数以外非零系数幅值Levels：
过程如下：
（1）将有符号的Level[i]转换成无符号的levelCode；
如果Level[i]是正的，levelCode = (Level[i]<<1) – 2;
如果Level[i]是负的，levelCode = - (Level[i]<<1) – 1;
（2）计算level_prefix：level_prefix = levelCode / (1<<suffixLength)；
查表9-6可得所对应的bit string；
（3）计算level_suffix：level_suffix = levelCode % (1<<suffixLength)；
（4）根据suffixLength的值来确定后缀的长度；
（5）suffixLength updata：
If ( suffixLength == 0 )
suffixLength++；
else if ( levelCode > (3<<suffixLength-1) && suffixLength <6)
suffixLength++;
回到例子中，依然按照逆序，Level[i--] = 1；（此时i = 1）
levelCode = 0；level_prefix = 0；
查表9-6，可得level_prefix = 0时对应的bit string = 1；
因为suffixLength初始化为0，故该Level没有后缀；
因为suffixLength = 0，故suffixLength++；
Code = 0000 1000 111；
编码下一个Level：Level[0] = 3；
levelCode = 4；level_prefix = 2；查表得bit string = 001；
level_suffix = 0；suffixLength = 1；故码流为0010；
Code = 0000 1000 1110 010；
i = 0，编码Level结束。
5）编码最后一个非零系数前零的数目（TotalZeros）：
查表9-7，当TotalCoeffs = 5，total_zero = 3时，bit string = 111；
Code = 0000 1000 1110 0101 11；
6）对每个非零系数前零的个数（RunBefore）进行编码：
i = TotalCoeffs = 5；ZerosLeft = Total_zeros = 3；查表9-10：
依然按照逆序编码
ZerosLeft =3, run_before = 1 run_before[4]=10;
ZerosLeft =2, run_before = 0 run_before[3]=1;
ZerosLeft =2, run_before = 0 run_before[2]=1;
ZerosLeft =2, run_before = 1 run_before[1]=01;
ZerosLeft =1, run_before = 1 run_before[0]不需要码流来表示
Code = 0000 1000 1110 0101 1110 1101；
编码完毕。
CABAC
简介
CABAC(ContextAdaptive Binary Arithmatic Coding)也是 H.264/MPEG-4AVC中使用的熵编码算法。CABAC在不同的上下文环境中使用不同的概率模型来编码。其编码过程大致是这样：首先，将欲编码的符号用二进制bit表示；然后对于每个bit，编码器选择一个合适的概率模型，并通过相邻元素的信息来优化这个概率模型；最后，使用算术编码压缩数据。
CABAC编码详情
CABAC编码之所以能取得很高的压缩比，是因为：a)根据每一个语法元素的上下文来选取预测模型；b)使用本地的统计数据来估计概率；c)使用算术编码而不是变长编码。编码一个符号需要经过下面几步：
-
二值化。CABAC使用的算术编码是基于二进制的算术编码，因此非二进制形式的编码首先要转化为二进制的形式表示。
下面的2、3、4步
-
选择上下文模型。“上下文模型”是指对二值化后的符号中的bit位进行编码时使用的概率模型。概率模型与最近编码的符号相关，会有多个概率模型可供选择。
-
算术编码。算术编码器根据第2步选择的概率模型对每个bit进行编码。需要注意的是每个bit的子范围只有两个数：0和1。
-
更新预测模型。根据实际编码的值来更新所选择的预测模型。例如，如果所编码的二进制bit为1,则预测模型中的1计数要增加。
编码过程
下面将以mxdx为例解释编码过程，mxdx是motionvector difference in the x-direction的简写，通过宏块的子块之间运算获得。
-
二值化。对于|mvdx|<9的数，使用下表进行编码，超过9的数使用Exp-Golomb编码。在这里，我们称编码后的第一个bit为bin1，第二个bit为bin2，以此推之，可以得到bin3,bin4等。
-
为每个bin选择一个上下文模型。bin1可以在三个模型之间进行选择，选择的依据是相邻的两个mxdx的绝对值之和，ek:
ek = mxdxA+ mxdxB(A和B分别是当前块的上方块和左边块)
根据ek值从下表中为bin1选择上下文模型：
除bin1之外的其它bit的上下文模型的选择根据下表进行：
-
编码每个bin。所选的预测模型中有0和1的概率，从而为算术编码器提供了概率范围，算术编码器使用这个概率范围对此bin进行算术编码。
-
更新上下文模型。例如，若bin1使用上下文模型2，而bin1的值是1，那么上下文模型2中1的计数就要增加，1的概率和0的概率需要重新计算。当上下文模型中的总数超过门槛值后，0和1的计数就要除以某个值，从而使得新加入的0和1在模型中产生更大的影响。