当前位置:首页 > 模拟 > 模拟
[导读]针对H.264解码器的参考模型JM对CAVLC算法的查表部分进行分析,并提出了改进的算法。其中提出了三种改进的算法,分别为分组子表法、二叉树法和二叉树子表混合法。通过上述三种方法的优化,使查表过程中可以避免对这个码表进行查找,节省了查表时间,提高了查表速度。

0 引 言
    近年来,随着信息技术飞速发展和互联网的日益普及,尤其是以视频为信息主要来源的多媒体领域越来越受到人们的关注。H.264是ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)的联合视频组(Joint Video Tearn,JVT)开发的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的一部分。H.264和以前的标准一样,也是DPCM加变换编码的混合编码模式。H.264标准可分为三档:基本档次(其简单版本,应用面广);主要档次(采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施,可用于SDTV、HDTV和DVD等);扩展档次(可用于各种网络的视频流传输)。
    H.264/AVC的编解码框架的基本结构与早期的编码标准(H.263、MPEG4等)相似,都是由运动估计、变换、量化、熵编码、环路去块效应滤波器等功能单元组成的。H.264视频编码框架的主要变化包括:引入了环内去块效应滤波器,去块效应处理后的宏块被保存在内存中用于对后续宏块的预侧;采用了多参考帧运动估计,需要在内存中保留多个参考视频帧;引入了帧内预测机制,可以通过同一帧内的宏块进行预测;采用了新的整型变换方式,取代了以前的离散余弦变换(DCT);H.264与以前视频标准在运动估计的模式上也有了较大的变化,H.264支持7种模式的可变块运动估计。此外,在熵编码中还引入了上下文自适应的变长编码(CAVLC)和二进制算术编码(CABAC)。
    在熵编码方面,H.264使用了CABAC和CAVLC两种不同的编码方式。CABAC熵编码是一种基于区间划分的算术编码方式。这种编码方式的效率很高,接近信息熵值,但算法相对复杂,编解码速度较慢。CAVLC是一种可变长编码,它根据已编码语法元素的情况动态调整编码中使用的码表,在编码过程中有些语法元素是组合编码的,当对这些元素进行查找时就会耗费很长的时间。因此对CAVLC的优化显得格外重要。

1 原码表查找算法
    原码表的存储结构为二维表结构。存储的内容为码字,二维坐标分别代表解码后的两个语法元素。对于二维表结构。若通过坐标查找内容是很容易的;而通过内容查找坐标,就需要对整个表进行遍历。JM中的码表查找算法就是通过遍历整个码表实现的,步骤如下:
    (1)取码表的中的一个码字;
    (2)根据码字长度从码流中取出相应长度的bit;
    (3)比较此码字和bit串,若相同则查找成功,否则若码表中还有码字,回步骤(1),否则查找失败。

2 算法的优化分析
2.1 基于前缀零分组子表搜索算法
   
基于上下文自适应的变长编码的解码算法需要不断的读取码流,判断,直到在码表中找到该码字,如此反复,直至解码整个块。由此可见该过程的时间空间复杂度都是相当高的。由于变长码为霍夫曼前缀码,所以可以根据码表的特性,按照码字长度将原来的一个码表,按照码字长度对原码表进行分割,以Coeff_token码表为例,原码表如表1所示,表中NC=-1。

    在参考模型中,搜索码表算法过程如下:
    (1)从最短码长开始,读出该长度二进制数据流对应的码字;
    (2)遍历码表,如找到该码字进行步骤(4),否则进入(3);
    (3)码字长度加1,重定位指针位置,重复步骤(2);
    (4)读取该码字对应值,更新指针位置。
    从上面过程中不难发现,码字长度的不确定性使得在读取字节流时只能一次次的试探,导致了效率的下降。如果可以将变长码的读取采取固定的策略,一次读取固定的长度,之后再做判断,再读取一定长度,这样将判断的次数也固定,从理论上可以降低不断搜索和重定位指针带来的时间和空间复杂性。利用可以利用码表中码字前缀零数目的不同,将表1拆分为两个子表,如表2,表3所示NC为-1。

    改进后的码表搜索算法如下:
    (1)读取最大码字长度的二进制流;
    (2)根据不同的前缀零位数、右移位、判零以确定码字所在子表;
    (3)直接根据码值读取对应值,更新指针位置。
    新的搜索过程不但避免了不确定性,而且无需遍历码表,这样可以在一定程度上提高变长解码的效率。

    按照改进的算法步骤,解码时,首先从字节流中读取8位码字,由于前缀零个数分为大于3和小于3的两种情形,所以右移5位,若为零,则查找表2,否则查找表1,根据码值直接解码出±1个数,非零系数数目。此外在设计代码时,还可利用二叉搜索树的特性,设计搜索过程,提高解码效率。
2.2 二叉树一子表混合法
   
拆分成子表后建立的数组中存在冗余现象。如当0≤N<2且Pre-Zeros<6时,一共有13个码字。为了保留原先的查表方式以TC和Tls为矩阵下标的特点,必须要用4×7矩阵,多余位置零。由于实际搜索的对象是矩阵,怎么确定Pre-Zeros值,以保证在分块数一定的情况下,使用的矩阵较小,成为提高搜索效率的关键。从表中可以看到,对不同的N值对应的列,子表之间的Pre-zeros的分界点选取了不同的阈值。按照表2中的分块方法,矩阵的平均大小为4×6.5。相比JM中使用一个4×17矩阵,搜索效率理论上可以提高(17-6.5)/6.5=1.615倍(假设每张子表的使用概率相同)。以0≤N<2的一张VLC表为例,共分成4张子表。从查找一个码字的比较次数来看。


    可知,子表法查找比较次数的理论最小值为此时要求n=s2。如果在第一个步骤(确定子表)中改为采用二分法,则这种情况下就可以对以上码表中前缀连零再细化,将相同连零个数的码字放在一起,增加子表数而减少子表中的码字结点数,可以进一步提高查找效率。
    从以上分析可见,二叉树的查找效率是最高的。因此可以将二叉树应用到子表法中,对每一张子表分别建树。对于二叉树来说,查找时间与树的深度有关。观察子表中的码字,发现它们都有不同长度的连零作为前缀,如果直接建树将导致树的不平衡并增加了树的深度。为了解决这个问题,可以考虑在同一张子表中为每个码字去除相同个数的连零前缀,然后建立二叉树。在解码时,先忽略这些连零个数,再进行树的查找。在最理想情况下,这种查找方法的一次查找的平均比较次数为:

   
    对第一张VLC表采用二叉树一子表法的最大比较次数:

   
    几种算法的对比与复杂度分析如表4所示。

    空间复杂度也是需要考虑的问题。JM参考实现中为Tls和TC的联合码表建立了2个3×4×17的三维数组共需要408 B的存储空间。二叉树法经过统计,一棵树共有124个结点,其中叶结点62个,其余62个结点为根结点或枝结点。建3棵二叉树所需要的空间为(62×4+62×2)×3=1 116 B。子表法将码表分成12张子表,每张子表用2个二维数组表示,而数组的平均大小为4×6.5,则共要4×6.5×12×2=624 B。

3 结 语
    H.264是现在视频编解码领域研究的热点也是未来发展的方向,它将代替MPEG2成为主流的信源压缩标准。H.264应用领域非常广泛。将H.264的编解码速度尽可能的提高,可以使其在更多的领域中应用,如数字电视,消费电子类产品,网络通信,可视电话等现在热门领域。在此专门对于CAVLC码表查找给出了改进方案,通过这三种改进方案,避免了对整个码表的查找,对码表的查找在效率上有了很大提高。具有明显的实用意义。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

北京2024年5月20日 /美通社/ -- 过去五年里,支付和收款方式日新月异,其发展和变化比过去五十年都要迅猛。从嵌入式数字商务的出现,到"一拍即付"的...

关键字: VI BSP PAY COM

助力科研与检测新突破 上海2024年5月15日 /美通社/ -- 全球知名的科学仪器和服务提供商珀金埃尔默公司今日在上海举办了主题为"创新不止,探索无界"的新品发布会,集中展示了其在分析仪器领域的最...

关键字: 质谱仪 BSP DSC 气相色谱

上海2024年5月16日 /美通社/ -- 2024年5月10日至5月13日,富士胶片(中国)投资有限公司携旗下影像产品创新力作亮相北京P&E 2024。在数码相机展览区域,全新制定的集团使命"为世界绽...

关键字: 富士 数码相机 影像 BSP

贝克曼库尔特目前已成为MeMed Key免疫分析平台和MeMed BV检测技术的授权经销商 在原有合作的基础上,继续开发适用于贝克曼库尔特免疫分析仪的MeMed BV检测 加州布瑞亚和以色列海法2024年5月16日...

关键字: BSP IO 检测技术 免疫分析仪

英国英泰力能的燃料电池是可产业化的产品解决方案 英国首个专为乘用车市场开发的燃料电池系统 在 157kW 功率下,此燃料电池比乘用车的其他发动机更为强大 &...

关键字: ENERGY INTELLIGENT 氢燃料电池 BSP

深爱人才,共赴"芯"程 深圳2024年5月15日 /美通社/ -- 5月11日,深圳国资国企"博士人才荟"半导体与集成电路产业专场活动在深圳市重投天科半导体有限公司(简...

关键字: 半导体 集成电路产业 BSP 人工智能

武汉2024年5月15日 /美通社/ -- 北京时间4月26日-5月4日,2024 VEX 机器人世界锦标赛于美国得克萨斯州达拉斯市举办。本届 VEX 世锦赛为期九天,设有 VIQRC 小学组/初中组、V5RC 初中组/...

关键字: 机器人 BSP RC POWERED

上海2024年5月15日 /美通社/ -- 由生成式人工智能(AI)驱动的临床阶段生物医药科技公司英矽智能宣布,与复星医药(600196.SH;02196.HK)合作开发的潜在"全球首创"候选药物IS...

关键字: ISM BSP PC 人工智能

上海2024年5月13日 /美通社/ -- 5月8日,浦东新区国资委组织陆家嘴集团等9家区属企业与立邦中国召开合作交流会,旨在贯彻落实浦东新区区委、区政府工作要求,进一步放大进博会溢出带动效应,持续扩大区属企业与进博会重...

关键字: BSP 数字化 自动化立体仓库 智慧园区

上海2024年5月13日 /美通社/ -- 在数字化时代,高效的税务管理和ERP系统成为企业发展的关键。为了满足这一需求商应信息科技与Exact Software 易科软件就金四全电票税系统与ERP系统集成及商务合作建立...

关键字: AC 软件 BSP 数字化
关闭
关闭