CAVLC中的前缀和后缀

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本文详细介绍了H264标准中CAVLC编码机制的工作原理，包括如何处理非零系数的前缀和后缀，以及suffixlength的变化规则。

CAVLC中的前缀和后缀

看了几天T264代码，总算弄清楚了CAVLC中如何处理前缀和后缀的，记录一下。
H264中的CAVLC在对TrailingOne之后的非零系数编码时，使用了前缀(prefix)和后缀(suffix)的概念，并且用suffixlength来表示后缀的长度。具体编码过程是这样的：

一，将suffixlength初始化为0（如果超过10个非零系数，而且少于3个TrailingOnes，suffixlength初始化为1）

二，将有符号的level（系数的值），转化为无符号数,有三种情况：
（1）如果Level是正的，levelCode =   (Level<<1) – 2
（2）如果Level是负的，levelCode = -(Level<<1) – 1
（3）如果TrailingOnes小于3，那么第一个非TrailingOnes的非零系数必不为＋1、－1，为了节省编码比特，将其幅值减1。也就是如果level为正，level=level-1；否则，level=level+1。然后再按（1）（2）将level转化为levelCode。T264中，此步骤是通过直接对levelcode减2完成的,levelcode=levelcode-2，这和通过对level幅值减1得到的levelcode是一样的。

三，得到level_prefix和level_suffix。
先说明一下，在解码端，levelcode是这样被解码的:
                   levelcode=(level_prefix<<suffixlength)+level_suffix
知道这一点很重要。从解码levelcode的公式中可以看出，编码端的level_prefix就是将levelcode右移suffixlength 位得到的，而level_suffix直接就是levelcode的低suffixlength位。比如levelcode =13，也就是二进制'1101'，而且如果此时的suffixlength=1，那么level_prefix=13>> 1='110',level_suffix直接就是levelcode的最低位'1'；再比如 levelcode=13='1101'，suffixlength=3,这时level_prefix =13>>3='1',level_suffix就是levelcode的低3位'101'。根据level_prefix 的值查表得到输出的码字。
这里还有三种特殊情况，在解码端：
（1）如果此时发现suffixlength=0,level_prefix=14，那么认为level_suffix是4位（而不是0位）。
（2）如果此时发现level_prefix=15,那么认为level_suffix是12位的。
（3）如果此时发现suffixlength=0,level_prefix=15,那么经过使用公式levelcode= (level_prefix<<suffixlength)+level_suffix得到的levelcode还需要再加上15。
对于这三种特殊情况，T264编码器是这么处理的：
if( ( i_level_code >> i_suffix_length ) < 14 ) /*如果前缀小于14*/
       {
       ................

       }
else if( i_suffix_length == 0 && i_level_code < 30 )
/* i_level_code<30的条件,是为了使i_level_code-14可用4位表示 */
       {
eg_write_vlc(h->bs, x264_level_prefix[14]);
eg_write_direct(h->bs,(i_level_code - 14)&((uint32_t)~0>>(uint32_t)(32 - 4)),4);
/*在解码端定义,如果level_prefix=14和suffix_length=0,则后缀为4位,因为解码的时候i_level_code= (level_prefix<<suffix_length)+level_suffix, 所以这里前缀为14,后缀为i_level_code-14 */
       }
else if( i_suffix_length > 0 && ( i_level_code >> i_suffix_length ) == 14 )
       {
eg_write_vlc(h->bs, x264_level_prefix[14]);
eg_write_direct(h->bs,i_level_code&((uint32_t)~0>>(uint32_t)(32-i_suffix_length)),i_suffix_length);
       }
else
       {
         eg_write_vlc(h->bs, x264_level_prefix[15]);
         i_level_code -= 15 << i_suffix_length;
/* 因为前缀为15, 根据解码端定义i_level_code=(level_prefix<<suffix_length) +level_suffix,需要使这里的level_suffix=i_level_code-(15<<suffix_length) */
         if( i_suffix_length == 0 )
         {
            i_level_code -= 15;
/* 根据解码端定义,如果前缀为15,且i_suffix_length=0,则i_level_code= i_level_code+15.所以编码端这里需要减去15 */
         }
eg_write_direct(h->bs, i_level_code & ((uint32_t)~0 >> (uint32_t)(32 - 12)), 12);
/*根据解码端定义,如果前缀为15,则后缀长度是12位*/
      }

至于suffixlength的变化，是通过查表得出的，在T264中用如下语句替代查表：
if( i_suffix_length == 0 )
       {
         i_suffix_length++;
       }
if( ABS( level[ i ] ) > ( 3 << ( i_suffix_length - 1 ) ) && i_suffix_length < 6 )
/* 此处就是判断suffixlength是否加1的那个表 */
       {
         i_suffix_length++;
       }