引言

更多系列文章請?jiān)L問自己動(dòng)手寫 H.264 解碼器

上一小節(jié)，我們闡述了無符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼 ue(v)，有符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼 se(v)，映射指數(shù)哥倫布熵編碼 me(v)，截?cái)嘀笖?shù)哥倫布熵編碼 te(v)四種指數(shù)哥倫布熵編碼的理論知識(shí)。本小節(jié)，就來看看怎么用代碼來解碼指數(shù)哥倫布編碼的數(shù)據(jù)。

本小節(jié)主要介紹無符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼和有符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼的解碼，對于映射指數(shù)哥倫布熵編碼和截?cái)嘀笖?shù)哥倫布熵編碼，因?yàn)樯婕暗揭恍┣爸弥R(shí)還沒有講到，本節(jié)先不做實(shí)現(xiàn)，后續(xù)遇到的時(shí)候會(huì)實(shí)現(xiàn)。

BitStream

我們之前就說過，在 H.264 碼流中的操作單位是 bit，所以，用普通的指針是無法達(dá)到這樣的操作顆粒度。

我們現(xiàn)在需要一個(gè)以 bit 為操作單位的流對象，我們把他叫做 BitStream。

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接口設(shè)計(jì)

類的結(jié)構(gòu)

class BitStream {
public:
    /**
      * 構(gòu)造函數(shù)可以傳入一個(gè) buffer，這里可以直接把 nalu 的 buffer 傳入
      */
    BitStream(unsigned char * buf, int size);
    ~BitStream();

private:
    // 指向 buffer 開始的位置
    unsigned char * start = nullptr;

    // buffer 的長度（單位 Byte）
    int size = 0;

    // 當(dāng)前讀取到了哪個(gè)字節(jié)
    unsigned char * p = nullptr;

    // 當(dāng)前讀取到了字節(jié)中的第幾位
    int bits_left = 8;
};

各個(gè)屬性的說明圖

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函數(shù)的設(shè)計(jì)

• 從 Bitstream 中讀取 1 bit 的接口

  在編寫從數(shù)據(jù)流里讀取指數(shù)哥倫布編碼的數(shù)據(jù)之前，我們先來完成一個(gè)最基本的函數(shù)的封裝：先讀取 1 bit 的數(shù)據(jù)。

  int ReadU1();
  

  我們先定義一個(gè) ReadU1 的成員函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的作用是從 bitstram 讀取一個(gè) bit 的數(shù)據(jù)，并把這一個(gè) bit 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè) int 類型，然后把數(shù)據(jù)指針向后移動(dòng)一個(gè) bit（通過 bits_left 減 1 實(shí)現(xiàn)，如果 bits_left 被減到了 0，那么 unsigned char * p 將向后移動(dòng)一個(gè)字節(jié)）。雖然 1 bit 的數(shù)據(jù)只會(huì)有 0 或者 1 兩種情況，但是我們?yōu)榱朔奖氵€是直接用一個(gè) int 來裝。如果你覺得有些浪費(fèi)空間，可以自己修改一下。

  這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

  int ReadU1()
  {
      int r = 0;
      bits_left--;
      r = ((*(p)) >> bits_left) & 0x01;
      if (bits_left == 0) {
          p++;
          bits_left = 8;
      }
      return r;
  }
  

• 從 Bitstream 中讀取 n bit 的接口

  接下來，我們再寫一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是 ReadU1 的擴(kuò)增，我們可以一下從 Bitstream 中讀取 n bit 的數(shù)據(jù)。

  int ReadU(int n)
  {
      int r = 0;
      int i;
      for (i = 0; i < n; i++) {
          r |= ( ReadU1() << ( n - i - 1 ) );
      }
      return r;
  }
  

• 從 Bitstream 中讀取一個(gè)無符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼的數(shù)據(jù)

  這個(gè)應(yīng)該是不需要做過多的解釋了。我們在前一小結(jié)已經(jīng)專門講解了。

  int ReadUE()
  {
      int r = 0;
      int i = 0;
      while((ReadU1() == 0) && (i < 32)){
          i++;
      }
      r = ReadU(i);
      r += (1 << i) - 1;
      return r;
  }
  

• 從 Bitstream 中讀取一個(gè)有符號(hào)指數(shù)哥倫布熵編碼的數(shù)據(jù)

  我們在讀取有符號(hào)的指數(shù)哥倫布熵編碼的時(shí)候，實(shí)際上是先按照無符號(hào)的方式去讀，然后讀出來之后再解析符號(hào)。

  int ReadSE()
  {
      int r = ReadUE();
      if (r & 0x01) {
          r = (r+1)/2;
      }
      else {
          r = -(r/2);
      }
      return r;
  }
  

完整代碼

BitStream.hpp

#ifndef EYERLIB_BITSTREAM_HPP
#define EYERLIB_BITSTREAM_HPP

class BitStream {
public:
    BitStream(unsigned char * buf, int size);
    ~BitStream();

    int ReadU1();
    int ReadU(int n);

    int ReadUE();
    int ReadSE();

private:
    unsigned char * start = nullptr;
    int size = 0;
    unsigned char * p = nullptr;
    int bits_left;
};


#endif //EYERLIB_BITSTREAM_HPP

BitStream.cpp

#include "BitStream.hpp"


BitStream::BitStream(unsigned char * _buf, int _size)
{
    start = _buf;
    p = _buf;
    size = _size;
    bits_left = 8;
}

BitStream::~BitStream()
{

}

int BitStream::ReadU1()
{
    int r = 0;
    bits_left--;
    r = ((*(p)) >> bits_left) & 0x01;
    if (bits_left == 0) {
        p++;
        bits_left = 8;
    }
    return r;
}

int BitStream::ReadU(int n)
{
    int r = 0;
    int i;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        r |= ( ReadU1() << ( n - i - 1 ) );
    }
    return r;
}

int BitStream::ReadUE()
{
    int r = 0;
    int i = 0;
    while((ReadU1() == 0) && (i < 32)){
        i++;
    }
    r = ReadU(i);
    r += (1 << i) - 1;
    return r;
}

int BitStream::ReadSE()
{
    int r = ReadUE();
    if (r & 0x01) {
        r = (r+1)/2;
    }
    else {
        r = -(r/2);
    }
    return r;
}