H.264/AVC熵编码：CABAC深入解析与实现

“CABAC原理及其实现笔记，详细介绍了基于上下文的自适应二进制算术编码（CABAC）在H.264/AVC视频编码中的应用和实现，内容包括算术编码基础、二进制算术编码以及CABAC的具体实现细节，参考了JSVM和JM代码。” 在H.264/AVC视频编码标准中，CABAC（Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding，基于上下文的自适应二进制算术编码）是一种高效的熵编码技术，用于将视频数据压缩成更紧凑的位流。这种编码方式充分利用了信源数据的相关性，通过上下文适应性调整编码策略，从而达到更高的编码效率。 1. **算术编码**： 算术编码是一种基于概率的变字长编码技术，它将每个符号的概率分布映射到[0, 1]的概率区间上。编码过程中，概率高的符号对应较宽的区间，而概率低的符号对应较窄的区间。编码过程不断将概率区间细化，直到找到当前符号的精确区间，然后使用一个二进制小数表示该区间，这个二进制小数就是编码结果。与哈夫曼编码不同，算术编码不局限于整数长度的码字，允许更精细的编码。 2. **二进制算术编码**： 在二进制算术编码中，每个符号的概率被表示为二进制分数，且编码的区间是半开的，即包含左端点而不包含右端点。编码过程通过不断地将当前区间根据下一个符号的概率分布划分，逐步定位到特定符号的概率区间。每次编码后，编码点（指针）会更新到新的子区间，并且区间宽度相应地减小，以此表示下一个符号的编码。 3. **CABAC**： CABAC是算术编码的一种变体，特别针对H.264/AVC的编码需求进行了优化。在CABAC中，编码器会根据已编码的相邻像素或宏块的信息来估计当前像素或宏块的上下文概率，从而自适应地调整编码策略。具体步骤包括初始化编码点C为0，区间宽度A为1，然后对每个符号进行如下操作： - 计算当前符号的概率P。 - 更新编码点C = C + A * P，区间宽度A = A * P。 - 根据新编码点C和区间A，确定当前符号的码字，并继续对后续符号进行编码。 CABAC在H.264/AVC中的实现通常涉及到多个步骤，如熵编码单元（Entropy Encoding Unit, EEU）、上下文模型更新、二进制决策和码流输出等。JSVM和JM是两个常用的参考实现，它们提供了详细的CABAC算法实现细节，有助于理解和优化编码效率。 CABAC作为H.264/AVC的核心组件，通过上下文适应性和算术编码的高效性，实现了视频编码的高压缩比，为现代视频通信和存储带来了显著的优势。理解和掌握CABAC的工作原理对于视频编码和解码的实现至关重要。