哥伦布编码

心已赠人 2022-07-14 08:53 119阅读 0赞

哥伦布编码解码  
UINT GetUeValue(BYTE \*pBuff, UINT nLen, UINT &nStartBit)  
\{  
    //计算0bit的个数  
    UINT nZeroNum = 0;  
    while (nStartBit < nLen \* 8)  
    \{  
        if (pBuff\[nStartBit / 8\] & (0x80 >> (nStartBit % 8)))  
        \{  
            break;  
        \}  
        nZeroNum++;  
        nStartBit++;  
    \}  
    nStartBit ++;  
  
  
    //计算结果  
    DWORD dwRet = 0;  
    for (UINT i=0; i<nZeroNum; i++)  
    \{  
        dwRet <<= 1;  
        if (pBuff\[nStartBit / 8\] & (0x80 >> (nStartBit % 8)))  
        \{  
            dwRet += 1;  
        \}  
        nStartBit++;  
    \}  
    return (1 << nZeroNum) - 1 + dwRet;  
\}  
  
  
  
  
  
  
1. H.264/AVC标准规定了一系列编码方法，用于把符号编码成二进制比特流。这些方法包括：  
FLC (定长码)  
ExpG (指数哥伦布码)  
CAVLC  
CABAC  
  
  
位于Slice data级别之上的符号，使用FLC或ExpG编码。  
  
  
2. ExpG依据变字长编码理论。在变字长编码中，编码器的编码输出码字是长度不等的码字。大概率出现的信息符号，赋以短字长的码字；小概率出现的信息符号，赋以长字长的码字。  
  
  
ExpG码字的二进制结构如下：  
\[前导零\]\[1\]\[INFO\]  
码字包含M个前导零(M>=0)，  
        bit 1，  
        M-bit信息域INFO。  
  
  
根据输入的参数code\_num，ExpG码的编码过程是：  
M = floor(log2(code\_num + 1))  
INFO = code\_num + 1 - 2^M  
  
  
相应的，解码过程是：  
(1) 读取一系列连续的bit 0直到bit 1，记录bit 0的个数(M)，  
(2) 读取bit 1  
(3) 读取M-bit = INFO  
(4) code\_num = 2^M + INFO - 1  
  
  
由此，ExpG的码字长度是2M+1比特。  
  
  
3. 映射  
H.264的语法参数k通过4种方式映射为code\_num，然后对code\_num使用ExpG编码，生成二进制码字。  
4种映射方式：  
ue 无符号直接映射，code\_num = k  
te 截断映射  
se 有符号映射，code\_num = 2|k| (k<=0)  
               code\_num = 2|k| - 1 (k>0)  
me 根据标准中指定的表  
  
  
4. ExpG解码的实现与优化  
以FFMpeg中的get\_ue\_golomb()函数为例，ExpG的解码算法的优化既考虑运算量又考虑存储空间。  
(1) 根据当前二进制ExpG码的比特地址index，读取n-bit的二进制数据到32-bit buf。  
buf = swap32(\*(uint32\_t \*)((uint8\_t \*)bit\_stream + (index>>3))) << (index&0x07)  
swap32()的作用是在按32位读取bit stream时，处理大尾数、小尾数的转换。  
  
  
\--------------------------  
| index%8 | buf的有效位n |  
\--------------------------  
| 0       | 32-bit       |  
\--------------------------  
| 1       | 31-bit       |  
\--------------------------  
| 2       | 30-bit       |  
\--------------------------  
| 3       | 29-bit       |  
\--------------------------  
| 4       | 28-bit       |  
\--------------------------  
| 5       | 27-bit       |  
\--------------------------  
| 6       | 26-bit       |  
\--------------------------  
| 7       | 25-bit       |  
\--------------------------  
  
  
例如，当index%8=7时，buf的\[31,6\]位是有效的。  
  
  
(2) 通过查表与计算相结合的方法，确定ExpG的码长，再进行解码。  
(2.1) FFMpeg的实现方法是对码长不超过9-bit的ExpG码字制作查找表，如下：  
当(buf >= 1<<27)，取buf的最高9位，  
ExpG码 00001xxxx，码长9-bit，解码结果为\[15,30\]；  
ExpG码 0001xxxnn，码长7-bit，解码结果为\[7,14\]，n表示不属于该ExpG码的bit；  
ExpG码 001xxnnnn，码长5-bit，解码结果为\[3,6\]，n表示不属于该ExpG码的bit；  
ExpG码 01xnnnnnn，码长3-bit，解码结果为\[1,2\]，n表示不属于该ExpG码的bit；  
ExpG码 1nnnnnnnn，码长1-bit，解码结果为0，n表示不属于该ExpG码的bit。  
  
  
查找表为  
index = \[16,31\]   ~ codeword\_length = 9 ~ code\_num = \[15,30\]  
index = \[32,63\]   ~ codeword\_length = 7 ~ code\_num = \[7,14\]  
index = \[64,127\]  ~ codeword\_length = 5 ~ code\_num = \[3,6\]  
index = \[128,255\] ~ codeword\_length = 3 ~ code\_num = \[1,2\]  
index = \[256,511\] ~ codeword\_length = 1 ~ code\_num = 0  
  
  
(2.2) 对于码长大于9-bit的ExpG码，  
(a) 算出bit 1的位置x  
(b) ExpG码长 = 2\*(31-x) + 1  
(c) ExpG码 = buf >> 32 - (2\*(31-x)+1) = buf >> (2\*x - 31)  
(d) code\_num = ExpG码 - 1  
  
  
当读入buf的有效位是25-bit时，FFMpeg的ExpG解码优化算法能表示的最大值为8190。

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