编码原理（五）–熵编码–CAVLC
- 2020 年 4 月 10 日
- 筆記
一、简介
CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding), 基于上下文的自适应可变长编码，主要通过对ZigZag扫描后的序列中的非零值的个数，+1， -1的个数等进行编码。
二、名词解释：
TotalCoffes: 代表ZigZag扫描后序列中非0值的个数； TrailingOnes: 又称做拖尾系数，代表ZigZag扫描后序列中+1，和-1的总个数，如果超过3，则为3，在ZigZag扫描序列中从右到左选取三个，作为拖尾系数； TotalZeros: 最后一个非零系数前零的数目； NC：用来决策coeff如何编码的变量； ZerosLeft: 当前系数之前所有的0的个数； RunBefore: 紧邻当前系数的0的个数；
三、编码分析准备
上述矩阵来自H264白皮书的示例，权且以该矩阵作为经过变换量化后表示的示例，演示编码过程，首先对其进行ZigZag扫描，得到序列
0， 3，0，1，-1，-1，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0
很显然：TotalCoffes = 5，即扫描后序列中有5个非零值；
TraillingOnes = 3，即+1，-1的个数，从右到左分别是1， -1，-1，由于TrailingOnes最大值为3，因此为3.
TotalZeros = 3，即最后一个非零元素之前零的个数为3.
四、编码详细过程
1. 编码coeff_token:
coeff_token根据TotalCoffes，TrailiingOnes以及NC而确定，NC如何去确定这里不赘述，此处先假设NC = 1, 然后去查表 （标准Table 9-5），可以看到：
从表中可以看出，coeff_token部分编码为: 0000 100，整个编码的序列同样也是0000 100。
2. 编码Traillingones:
对于拖尾部分的编码，用0表示+1，1表示-1，从右到左依次编码为011，此时编码后的序列为 0000 100 || 011
3.编码除拖尾以外的非零系数的level（ZigZag逆序，从右到左）:
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非零系数的level编码首先将非零系数从有符号变成无符号，算法如下： 如果level > 0: level = level << 1 – 2 如果level < 0: level = -(level << 1) – 1 然后根据level_prefix去查表如何编码，而level_prefix的计算公式是： level_prefix = levelcode / （1 << suffix_length） 得到level_prefix之后通过查表即可以获得对应该如何编码。 Suffix_length表示的是level编码后缀的长度，后缀用0填充，长度为多少就填充多少个0。初始值为0，如果非零系数 > 10且 拖尾数目 < 1的时候，suffix_length初始值为1，suffix_length变化更新的算法为： |
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if(suffix_length == 0) suffix_length++;else if(level > 3 << (suffix_length – 1) && suffix_length < 6) suffix_length++; |
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来来来：
除拖尾外非零系数从左到右分别为1， 3.
编码“1”：
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level = 1 << 1 – 2 = 0; level_prefix = 0 / (1 << 0) = 0; 此时suffix_length == 0,没有后缀，同时suffix_lengt++，suffix_length = 1. 查表，level_prefix = 0时，编码为“1”，且suffix_length = 0,无后缀，此时编码的序列为： 0000 100 || 011 | 1。 |
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编码“3”：
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level = 3 << 1 – 2 = 4; level_prefix = level / (1 << suffix_length) = 4 / (1 << 1) = 2 ; level_prefix = 2, 编码为“001”，且suffix_length = 1, 填充1位“0”，此时的编码序列为： 0000 100 || 011 | 1 | 0010 |
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此时，非零系数的level编码结束。
4.编码最后一个非零系数前的0的个数：
TotalZeros = 3, TotalCoeffs = 5, 接着查表喽：
根据表9-7，得知，此部分编码为“111”，此时的编码序列为：
0000 100 || 011 | 1 | 0010 | 111
5. 对每个非零系数前零的个数进行编码，依旧采用ZigZag逆序：
整个序列中非零的系数按照ZigZag逆序分别为 1， -1， -1， 1， 3。分别编码。
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对1编码： zerosLeft = 3, run_before = 1, 编码为“10”； 对-1编码： zerosLeft = 2, run_before = 0, 编码为“1”； 对-1编码： zerosLeft = 2, run_before = 0, 编码为“1” 对1编码： zerosLeft = 2, rub_before = 1, 编码为“01” 对3编码： zerosLeft = 1, run_before = 1, 最后一个元素不需要编码。 此时编码的序列为： 0000 100 | 011 | 1 | 0010 | 111 | 101101。 |
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