Unetway

CABAC: что скрывается за этими пятью буквами. Часть 2

Мы уже начали разбираться, что такое контекстно-адаптивное двоичное арифметическое кодирование. Часть первая тут. Сегодня попробуем представить последовательность действий в виде блок-схемы.

Пусть алфавит передаваемого сообщения состоит из набора символов {x1} (в рассмотренных выше примерах этот алфавит состоял из трех символов {a,b,EOF}, при этом для символа a значение i равно 1, для символа b — i = 2, для EOF — i = 3). Сформируем массив из значений Pi

где fi относительная частота появления в сообщении i-го символа. P0 положим равным нулю, а Pn=1, где N – количество символов в алфавите. (Опять, если вернуться к рассмотренному выше примеру кодирования, то N=3, а P = {0, 0.1, 0.95, 1}. При введенных обозначениях последовательность действий при арифметическом кодировании каждого символа можно представить в виде диаграммы (рис. 1).

​Рис 1. Блок-схема процедуры арифметического кодирования

​Рис 1. Блок-схема процедуры арифметического кодирования

Процедура EncodeSymbol() принимает два аргумента: i – номер кодируемого символа в алфавите, P – массив значений Pi. Как видно из блок-схемы, на первом этапе кодирования вычисляется длина текущего интервала R (при этом используются текущие значения его нижней L и верхней H границ). Величина H используется для вычисления новых обновленных значений границ интервала. Таким образом, на первом этапе кодирования каждого символа сообщения выполняется деление текущего отрезка. Второй этап кодирования представляет собой процедуру ренормализации (рис. 2).

​Рис 2. Блок-схема процедуры ренормализации

​Рис 2. Блок-схема процедуры ренормализации

Как уже было сказано при описании процедуры ренормализации, если текущий интервал полностью лежит в диапазоне [0, 1), т. е. если H<1/2, то в выходной битовый поток записывается значение 0 и последовательность из значений 1, длина которой равна значению переменной bitsOutstanding. Все эти действия выполняются процедурой put_bits(), блок-схема которой представлена на рис. 3. Значения границ интервала L и H удваиваются.

Если текущий интервал полностью лежит в диапазоне [1/2, 1), т. е. если L больше или равно 1/2, то в выходной поток записывается 1 и последовательность из 0, длина которой равна значению переменной bitsOutstanding (здесь опять используется процедура put_bits()). Изменение значений границ интервала в этом случае происходит таким образом, чтобы в два раза увеличилось расстояние от L и H до 1. Обновленные значения L и H, таким образом, можно рассчитать как:

L = 1 – 2(1 – L) = 2L – 1 = 2(L – 1/2),

H = 1 – 2(1 – H) = 2H – 1 = 2(H – 1/2),

что и выполняется в этой ветви процедуры RenormE.

Наконец, если текущий интервал полностью лежит в диапазоне [1/4, 3/4), т. е. если L больше или равно 1/4, и H<3/4, то значение величины bitsOutstanding увеличивается на 1, а границы интервала сдвигаются таким образом, чтобы в два раза увеличилось расстояние от L и H до 1/2:

L = 1/2 – 2(1/2 – L) = 2L – 1/2 = 2(L – 1/4),

H = 1/2 + 2(H – 1/2) = 2H – 1/2 = 2(H – 1/4),

что и выполняется в этой ветви процедуры RenormE.

На рис. 3 представлена блок-схема процедуры put_bits(). Эта процедура принимает в качестве аргумента значение бита (0 или 1) и записывает его в выходной битовый поток, представляющий результат арифметического кодирования. Процедура записи бита в поток на блок-схеме условно обозначена как write_bit(). После выполнения записи производится проверка значения переменной bitsOutstanding. Производится запись в поток последовательности значений !b (здесь в блок-схеме использовано обозначение операции «НЕ» из языка C), длина которой равна значению bitsOutstanding.

​Рис 3. Блок-схема процедуры put_bits()

​Рис 3. Блок-схема процедуры put_bits()

Об авторе

Олег Пономарев — специалист в области распространения радиоволн, статистической радиофизики, доцент кафедры радиофизики НИ ТГУ, кандидат физико-математических наук. 16 лет занимается вопросами видео кодирования и цифровой обработки сигналов. Руководитель исследовательской лаборатории Elecard

Понравился материал? Поделитесь с друзьями!

Автор

Разрабатываем программное обеспечение для кодирования, анализа и мониторинга видео.

Комментарии

Нажмите здесь, чтобы отменить ответ