H.264中CABAC算法的研究与优化

摘要

H．264是一种高性能的视频编解码技术，它是由ITU—T和MPEG两个组织联合共同制定的新一代视频压缩标准。H．264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H．264的压缩比是MPEG—2的2倍以上，是MPEG—4的1.5～2倍。和MPEG—2和MPEG—4等压缩技术相比，H．264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是，H．264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。因此H．264在视频通信中有着十分广泛的应用前景。 本论文研究的主要内容就是H．264中的基于内容匹配的自适应二进制算数编码（CABAC）。通过研究CABAC的基本原理，设计实现满足以下要求的编解码器： 第一、可移植性。在本论文中CABAC的编码算法满足可移植性，即视频经过算法的编码器编码之后的码流，可以被任何符合H．264标准的解码器解码。 第二、提高编解码速度。在满足第一个要求的同时，本论文的一个目的就是提高标准的编解码速度，即通过实验研究H．264中的基于内容匹配的自适应二进制算数编码（CABAC），使编码过程中符合CABAC编码要求的码字能更快更好的完成编解码任务。 本文深入研究了H．264中基于内容匹配的自适应二进制算术编码（CABAC）的基本原理和算法的实现。重点研究了CABAC熵编码和熵译码，其中主要涉及熵编码的二进制化、context modeling的算法，以及熵编、解码器的具体模块设计。在分析编、解码器的相同处及差别的基础上，用H．264标准中CABAC实现了对数据的编、解码。通过对H．264标准的实验研究统计发现，熵编码（CABAC）耗费了视频编码的大部分时间。本文针对这一问题深入研究了CABAC算法，并先对该算法进行了测试，找出造成其编码效率低和运算复杂度的主要原因，根据这些原因分三个方面对该算法进行了优化，使基于H．264标准的视频压缩编码的复杂度有了很大降低，编码效率也有了显著提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题研究的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要内容

1.4论文的组织结构

第2章H.264协议中的CABAC编码算法研究

2.1自适应算术编码原理研究

2.2基于内容匹配的自适应算术编码原理研究

2.2.1二进制算术编码基本原理

2.2.2基于内容匹配的自适应二进制算术编码(CABAC)基本原理

2.3本章小结

第3章CABAC中熵编码的设计与实现

3.1 H.264中CABAC熵编码关键技术的设计实现

3.1.1 Binarization设计

3.1.2主路编码和旁路编码

3.1.3 Context Modeling

3.1.4概率状态

3.1.5概率状态的自适应更新

3.1.6概率状态的初始化

3.1.7 CABAC常规编码模式

3.1.8旁路编码

3.2 H.264中CABAC熵编码实验结果

3.3本章小结

第4章CABAC熵译码设计和实现

4.1算术译码

4.1.1主路译码

4.1.2旁路译码

4.2逆二进制化

4.3 H.264中CABAC熵译码实验结果

4.4本章小结

第5章改进的CABAC算法

5.1 CABAC算法的复杂度分析

5.2 CABAC优化的方案

5.3 CABAC优化

5.3.1上下文模型的优化

5.3.2重要图的CABAC编码优化

5.3.3宏块类型值的二进制化

5.4算法部分代码

5.4.1算法初始化

5.4.2区间细分的算法：

5.4.3区间归一化

5.5实验结果分析

5.5.1实验平台及配置

5.5.2实验结果

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文