0 引 言
    近年來，隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，尤其是以視頻為信息主要來源的多媒體領(lǐng)域越來越受到人們的關(guān)注。H．264是ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)和ISO／IEC的活動(dòng)圖像編碼專家組(MPEG)的聯(lián)合視頻組(Joint Video Tearn，JVT)開發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H．264，又是ISO／IEC的MPEG-4的一部分。H．264和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。H．264標(biāo)準(zhǔn)可分為三檔：基本檔次(其簡單版本，應(yīng)用面廣)；主要檔次(采用了多項(xiàng)提高圖像質(zhì)量和增加壓縮比的技術(shù)措施，可用于SDTV、HDTV和DVD等)；擴(kuò)展檔次(可用于各種網(wǎng)絡(luò)的視頻流傳輸)。
    H．264／AVC的編解碼框架的基本結(jié)構(gòu)與早期的編碼標(biāo)準(zhǔn)(H．263、MPEG4等)相似，都是由運(yùn)動(dòng)估計(jì)、變換、量化、熵編碼、環(huán)路去塊效應(yīng)濾波器等功能單元組成的。H．264視頻編碼框架的主要變化包括：引入了環(huán)內(nèi)去塊效應(yīng)濾波器，去塊效應(yīng)處理后的宏塊被保存在內(nèi)存中用于對(duì)后續(xù)宏塊的預(yù)側(cè)；采用了多參考幀運(yùn)動(dòng)估計(jì)，需要在內(nèi)存中保留多個(gè)參考視頻幀；引入了幀內(nèi)預(yù)測(cè)機(jī)制，可以通過同一幀內(nèi)的宏塊進(jìn)行預(yù)測(cè)；采用了新的整型變換方式，取代了以前的離散余弦變換(DCT)；H．264與以前視頻標(biāo)準(zhǔn)在運(yùn)動(dòng)估計(jì)的模式上也有了較大的變化，H．264支持7種模式的可變塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)。此外，在熵編碼中還引入了上下文自適應(yīng)的變長編碼(CAVLC)和二進(jìn)制算術(shù)編碼(CABAC)。
    在熵編碼方面，H．264使用了CABAC和CAVLC兩種不同的編碼方式。CABAC熵編碼是一種基于區(qū)間劃分的算術(shù)編碼方式。這種編碼方式的效率很高，接近信息熵值，但算法相對(duì)復(fù)雜，編解碼速度較慢。CAVLC是一種可變長編碼，它根據(jù)已編碼語法元素的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼中使用的碼表，在編碼過程中有些語法元素是組合編碼的，當(dāng)對(duì)這些元素進(jìn)行查找時(shí)就會(huì)耗費(fèi)很長的時(shí)間。因此對(duì)CAVLC的優(yōu)化顯得格外重要。

1 原碼表查找算法
    原碼表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為二維表結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)的內(nèi)容為碼字，二維坐標(biāo)分別代表解碼后的兩個(gè)語法元素。對(duì)于二維表結(jié)構(gòu)。若通過坐標(biāo)查找內(nèi)容是很容易的；而通過內(nèi)容查找坐標(biāo)，就需要對(duì)整個(gè)表進(jìn)行遍歷。JM中的碼表查找算法就是通過遍歷整個(gè)碼表實(shí)現(xiàn)的，步驟如下：
    (1)取碼表的中的一個(gè)碼字；
    (2)根據(jù)碼字長度從碼流中取出相應(yīng)長度的bit；
    (3)比較此碼字和bit串，若相同則查找成功，否則若碼表中還有碼字，回步驟(1)，否則查找失敗。

2 算法的優(yōu)化分析
2．1 基于前綴零分組子表搜索算法
    基于上下文自適應(yīng)的變長編碼的解碼算法需要不斷的讀取碼流，判斷，直到在碼表中找到該碼字，如此反復(fù)，直至解碼整個(gè)塊。由此可見該過程的時(shí)間空間復(fù)雜度都是相當(dāng)高的。由于變長碼為霍夫曼前綴碼，所以可以根據(jù)碼表的特性，按照碼字長度將原來的一個(gè)碼表，按照碼字長度對(duì)原碼表進(jìn)行分割，以Coeff_token碼表為例，原碼表如表1所示，表中NC=-1。

    在參考模型中，搜索碼表算法過程如下：
    (1)從最短碼長開始，讀出該長度二進(jìn)制數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)的碼字；
    (2)遍歷碼表，如找到該碼字進(jìn)行步驟(4)，否則進(jìn)入(3)；
    (3)碼字長度加1，重定位指針位置，重復(fù)步驟(2)；
    (4)讀取該碼字對(duì)應(yīng)值，更新指針位置。
    從上面過程中不難發(fā)現(xiàn)，碼字長度的不確定性使得在讀取字節(jié)流時(shí)只能一次次的試探，導(dǎo)致了效率的下降。如果可以將變長碼的讀取采取固定的策略，一次讀取固定的長度，之后再做判斷，再讀取一定長度，這樣將判斷的次數(shù)也固定，從理論上可以降低不斷搜索和重定位指針帶來的時(shí)間和空間復(fù)雜性。利用可以利用碼表中碼字前綴零數(shù)目的不同，將表1拆分為兩個(gè)子表，如表2，表3所示NC為-1。

    改進(jìn)后的碼表搜索算法如下：
    (1)讀取最大碼字長度的二進(jìn)制流；
    (2)根據(jù)不同的前綴零位數(shù)、右移位、判零以確定碼字所在子表；
    (3)直接根據(jù)碼值讀取對(duì)應(yīng)值，更新指針位置。
    新的搜索過程不但避免了不確定性，而且無需遍歷碼表，這樣可以在一定程度上提高變長解碼的效率。

    按照改進(jìn)的算法步驟，解碼時(shí)，首先從字節(jié)流中讀取8位碼字，由于前綴零個(gè)數(shù)分為大于3和小于3的兩種情形，所以右移5位，若為零，則查找表2，否則查找表1，根據(jù)碼值直接解碼出±1個(gè)數(shù)，非零系數(shù)數(shù)目。此外在設(shè)計(jì)代碼時(shí)，還可利用二叉搜索樹的特性，設(shè)計(jì)搜索過程，提高解碼效率。
2．2 二叉樹一子表混合法
    拆分成子表后建立的數(shù)組中存在冗余現(xiàn)象。如當(dāng)0≤N<2且Pre-Zeros<6時(shí)，一共有13個(gè)碼字。為了保留原先的查表方式以TC和Tls為矩陣下標(biāo)的特點(diǎn)，必須要用4×7矩陣，多余位置零。由于實(shí)際搜索的對(duì)象是矩陣，怎么確定Pre-Zeros值，以保證在分塊數(shù)一定的情況下，使用的矩陣較小，成為提高搜索效率的關(guān)鍵。從表中可以看到，對(duì)不同的N值對(duì)應(yīng)的列，子表之間的Pre-zeros的分界點(diǎn)選取了不同的閾值。按照表2中的分塊方法，矩陣的平均大小為4×6．5。相比JM中使用一個(gè)4×17矩陣，搜索效率理論上可以提高(17-6．5)／6．5=1．615倍(假設(shè)每張子表的使用概率相同)。以0≤N<2的一張VLC表為例，共分成4張子表。從查找一個(gè)碼字的比較次數(shù)來看。

    可知，子表法查找比較次數(shù)的理論最小值為此時(shí)要求n=s2。如果在第一個(gè)步驟(確定子表)中改為采用二分法，則這種情況下就可以對(duì)以上碼表中前綴連零再細(xì)化，將相同連零個(gè)數(shù)的碼字放在一起，增加子表數(shù)而減少子表中的碼字結(jié)點(diǎn)數(shù)，可以進(jìn)一步提高查找效率。
    從以上分析可見，二叉樹的查找效率是最高的。因此可以將二叉樹應(yīng)用到子表法中，對(duì)每一張子表分別建樹。對(duì)于二叉樹來說，查找時(shí)間與樹的深度有關(guān)。觀察子表中的碼字，發(fā)現(xiàn)它們都有不同長度的連零作為前綴，如果直接建樹將導(dǎo)致樹的不平衡并增加了樹的深度。為了解決這個(gè)問題，可以考慮在同一張子表中為每個(gè)碼字去除相同個(gè)數(shù)的連零前綴，然后建立二叉樹。在解碼時(shí)，先忽略這些連零個(gè)數(shù)，再進(jìn)行樹的查找。在最理想情況下，這種查找方法的一次查找的平均比較次數(shù)為：

   
    對(duì)第一張VLC表采用二叉樹一子表法的最大比較次數(shù)：

   
    幾種算法的對(duì)比與復(fù)雜度分析如表4所示。

    空間復(fù)雜度也是需要考慮的問題。JM參考實(shí)現(xiàn)中為Tls和TC的聯(lián)合碼表建立了2個(gè)3×4×17的三維數(shù)組共需要408 B的存儲(chǔ)空間。二叉樹法經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，一棵樹共有124個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中葉結(jié)點(diǎn)62個(gè)，其余62個(gè)結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)或枝結(jié)點(diǎn)。建3棵二叉樹所需要的空間為(62×4+62×2)×3=1 116 B。子表法將碼表分成12張子表，每張子表用2個(gè)二維數(shù)組表示，而數(shù)組的平均大小為4×6．5，則共要4×6．5×12×2=624 B。

3 結(jié) 語
    H．264是現(xiàn)在視頻編解碼領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)也是未來發(fā)展的方向，它將代替MPEG2成為主流的信源壓縮標(biāo)準(zhǔn)。H．264應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。將H．264的編解碼速度盡可能的提高，可以使其在更多的領(lǐng)域中應(yīng)用，如數(shù)字電視，消費(fèi)電子類產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)通信，可視電話等現(xiàn)在熱門領(lǐng)域。在此專門對(duì)于CAVLC碼表查找給出了改進(jìn)方案，通過這三種改進(jìn)方案，避免了對(duì)整個(gè)碼表的查找，對(duì)碼表的查找在效率上有了很大提高。具有明顯的實(shí)用意義。