H.264/AVC熵编码：CABAC深入解析

"熵编码CABAC是视频压缩标准H.264/AVC和HEVC中的关键组件，它结合了自适应二进制算术编码和上下文模型，提升了编码效率，有效利用了语法元素间的高阶信息。CABAC通过上下文建模、概率估计自适应以及算术编码实现高效数据压缩。" 熵编码是数字信号处理和信息论中的一个重要概念，用于减少数据冗余并提高压缩效率。在H.264/AVC标准中，CABAC（Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding）作为一种熵编码方法，与其他编码方式如 Huffman 编码相比，更注重于对数据上下文的理解和利用。 CABAC的核心在于上下文建模。在编码过程中，每个语法元素（例如像素块的预测残差）的编码不是独立的，而是依赖于之前编码过的相邻或相关语法元素。通过这种方式，CABAC能够根据已编码的信息调整待编码元素的概率模型，以更精确地反映实际出现的概率。这一步骤提高了编码效率，因为对于频繁出现的事件，可以使用较少的位来表示。 算术编码是CABAC的基础，它是一种连续区间编码技术。在算术编码中，每个符号的概率被表示为一个二进制小数，然后将整个概率区间划分成多个子区间，每个子区间对应一个符号。编码过程涉及找到符号对应的子区间，并用一个浮点数来表示这个子区间的左端点，这个浮点数就是码字。随着更多符号的编码，区间会不断细化，码字也会随之更新。 例如，在给出的示例中，我们有一个符号序列，每个符号的概率不同。对于第一个符号S3，编码器选择概率最高的子区间，即概率为1/2的区间，对应的码字是.011。接着，对于下一个符号，编码器在上一次编码后的子区间内继续细分，并选择新的子区间，如此反复进行，直到序列中的所有符号都被编码。 CABAC的自适应性体现在其能够根据编码过程中统计特性的变化实时更新概率模型。随着编码的进行，编码器能够调整概率估计，使得码字的分配更加贴合实际出现的频率，从而进一步优化压缩效果。 CABAC作为熵编码方法，通过其独特的上下文建模和自适应算术编码机制，能够在视频编码中实现高效的比特流表示，这对于现代高清和超高清视频的压缩至关重要。在H.264/AVC之后的HEVC标准中，CABAC仍然被保留并继续优化，证明了其在视频压缩领域的有效性。