60、视频编码、流量特性与无线信道分析

视频编码、流量特性与无线信道分析

1. 视频编码基础

1.1 量化与解码

视频帧先以固定量化尺度进行编码，随后解码。编码器为每个离散余弦变换（DCT）系数采用优化的静态量化器，这些量化器存储在量化矩阵中。量化器通常会根据单个系数的重要性，针对编码视频的感知质量进行优化。量化尺度因子 $q$ 与量化矩阵中的各个量化器相乘，以确定每个 DCT 系数实际使用的量化器 $Q$，此过程通常通过矩阵乘法完成。需要注意的是，随着 $q$ 的增大，视频帧的质量会明显下降，这一点从帧大小也能看出，质量损失也反映在所需的数据量上。同时，还会报告这些编码的峰值信噪比（PSNR），PSNR 是常用的客观质量指标，较小的 PSNR 值对应较差的图像质量。

1.2 速率控制

编码过程中可应用速率控制，以根据可用带宽调整生成的视频帧大小。在闭环过程中调整量化（即测量量化结果的大小，必要时使用不同的量化步长重新编码），从而根据视频内容和生成的帧大小进行压缩，最终得到恒定比特率（CBR）视频流，但量化和质量会有所变化。与之相反的是可变比特率（VBR）编码，其量化过程保持不变，属于开环编码（即量化过程的结果不再为满足带宽要求而改变）。若要实现恒定质量，则需使用 VBR 编码。

1.3 之字形扫描

量化得到的系数值从直流（DC）分量开始，以之字形方式扫描到高频分量。之字形扫描便于后续的变长编码，因为它会先遇到最可能的非零元素。扫描完所有非零系数后，得到的值序列会进一步编码以减少码字冗余。也可在收集完所有量化非零系数之前停止扫描，以实现进一步的（有损）压缩。

1.4 帧间编码：运动估计与补偿

视频编码器常