编码原理详解（五）---熵编码（CAVAL）

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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![](

http://i2.51cto.com/images/blog/201802/05/7747b82ed02287dc53368202d5870af3.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)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）:

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：

if(suffix_length == 0)
suffix_length++;
else if(level > 3 << (suffix_length - 1) && suffix_length < 6)
suffix_length++;

来来来：
除拖尾外非零系数从左到右分别为1， 3.

编码“1”：

    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。

编码“3”：

    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

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：

    ![](http://i2.51cto.com/images/blog/201802/05/9346dbf09b36718c34641d1eacd1d870.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

        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。

                        ![](http://i2.51cto.com/images/blog/201802/05/db6685956ab284313b82a3aa169eaee7.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

        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。

    此时整个熵编码的过程也就结束了，有没有很晕，有没有很累，木有事，慢慢来，一小步一小步的慢慢研究，这是一个循序渐进的过程，稍事休息，接下来咱们研究熵编码之CABAC.

编码原理详解（五）---熵编码（CAVAL）

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