音视频入门基础：H.264专题（7）——FFmpeg源码中指数哥伦布编码的解码实现

一、引言

由于视频的传输和存贮是十分在乎体积的，对于每一个比特（bit）都要格外珍惜，所以H.264中用到了多种熵编码来对原本的数据进行压缩。

比如Sequence Paramater Set（sps / 序列参数集）中，seq_parameter_set_id这个属性用到了无符号指数哥伦布编码ue(v)：

offset_for_non_ref_pic这个属性用到了有符号指数哥伦布编码se(v)：

要拿到sps中的上述属性，需要对H.264码流对应的位置进行指数哥伦布编码的解码。

二、指数哥伦布编码简介

哥伦布编码（又译作格伦布编码，英语：Golomb coding）是一种无失真资料压缩方法，由数学家所罗门·格伦布在1960年代提出。其优点为易于编码与解码，目前广泛用于无损影像压缩。它是一种变长编码。

其具体原理可以参考《百度百科：指数哥伦布码》

《维基百科：格伦布编码》

《Golomb Codes》

三、FFmpeg源码中无符号指数哥伦布编码的解码实现

FFmpeg源码中通过get_ue_golomb、get_ue_golomb_long、get_ue_golomb_31等函数实现对无符号指数哥伦布编码的解码。下面以get_ue_golomb_31函数为例，进行讲解。

get_ue_golomb_31函数定义在FFmpeg源码（本文演示用的FFmpeg源码版本为5.0.3）的头文件libavcodec/golomb.h中：

/*** read unsigned exp golomb code, constraint to a max of 31.* If the value encountered is not in 0..31, the return value* is outside the range 0..30.*/
static inline int get_ue_golomb_31(GetBitContext *gb)
{unsigned int buf;#if CACHED_BITSTREAM_READERbuf = show_bits_long(gb, 32);buf >>= 32 - 9;skip_bits_long(gb, ff_golomb_vlc_len[buf]);
#elseOPEN_READER(re, gb);UPDATE_CACHE(re, gb);buf = GET_CACHE(re, gb);buf >>= 32 - 9;LAST_SKIP_BITS(re, gb, ff_golomb_vlc_len[buf]);CLOSE_READER(re, gb);
#endifreturn ff_ue_golomb_vlc_code[buf];
}

形参gb：既是输入型参数也是输出型参数。指向已经被初始化的GetBitContext类型的变量。执行get_ue_golomb_31函数之前必须确保已经使用init_get_bits函数进行初始化。（关于GetBitContext结构体可以参考《FFmpeg中位操作相关的源码：GetBitContext结构体，init_get_bits函数、get_bits1函数和get_bits函数分析》）

如果是使用get_ue_golomb_31函数对某个NALU（比如sps）中的属性进行读取。

执行get_ue_golomb_31函数之前：

gb->buffer需指向存放该NALU的“NALU Header + RBSP 的缓冲区”。

gb->buffer_end需指向上述缓冲区的末尾，也就是RBSP的最后一个字节。

gb->index的值需等于：当前读取到该缓冲区的第几位了（单位为bit）。要对以该位为起始的数据进行无符号指数哥伦布编码的解码。

gb->size_in_bit 的值需等于NALU Header + SODB的位数，单位为bit。

gb->size_in_bits_plus8的值需等于 s->size_in_bit 的值加 8。

执行get_ue_golomb_31函数后：

gb->index的值会加上 “读取到的无符号指数哥伦布编码后的位数”。gb的其它成员的值不变。

get_ue_golomb_31函数返回值为：对gb->index的位置进行无符号指数哥伦布解码后得到的数据。

注意：get_ue_golomb_31函数有读取范围的限制！！！只能读取0到31的数据，所以如果get_ue_golomb_31函数的返回值大于31表示出错了。

所以FFmpeg源码中（源文件libavcodec/h264_ps.c）对sps进行解码的函数ff_h264_decode_seq_parameter_set中有这样的一段逻辑：

#define MAX_SPS_COUNT          32int ff_h264_decode_seq_parameter_set(GetBitContext *gb, AVCodecContext *avctx,H264ParamSets *ps, int ignore_truncation){//...sps_id    = get_ue_golomb_31(gb);if (sps_id >= MAX_SPS_COUNT) {av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sps_id %u out of range\n", sps_id);goto fail;}//...
}

如果读取到的sps_id值不小于32，表示out of range了。

如果想要更大的读取范围可以用get_ue_golomb函数和get_ue_golomb_long函数。它们的用法跟get_ue_golomb_31函数一样，只是读取范围更大而已。