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分辨率/幀速率與碼率是什么關(guān)系 視頻碼率/幀率和分辨率的聯(lián)系與差別

  發(fā)布時間:2024-02-06 10:25:10   作者:佚名   我要評論
平時我們在拍視頻時,常常為了提高視頻的質(zhì)量而絞盡腦汁,其實要提高視頻的質(zhì)量,除了拍攝器材的原因外,還要對視頻的一些相關(guān)知識也要熟知,本期我們介紹一下視頻的一些基礎(chǔ)概念,如幀率、碼率、分辨率

常來說,一個視頻文件包括了畫面及聲音,例如一個RMVB的視頻文件,里面包含了視頻信息和音頻信息,音頻及視頻都有各自不同的采樣方式和比特率,也就是說,同一個視頻文件音頻和視頻的比特率并不是一樣的。而我們所說的一個視頻文件碼流率大小,一般是指視頻文件中音頻及視頻信息碼流率的總和。

以國內(nèi)最流行,大家最熟悉的RMVB視頻文件為例,RMVB中的VB,指的是VBR,即Variable BitRate的縮寫,中文含義是可變比特率,它表示RMVB采用的是動態(tài)編碼的方式,把較高的采樣率用于復(fù)雜的動態(tài)畫面(歌舞、飛車、戰(zhàn)爭、動作等),而把較低的采樣率用于靜態(tài)畫面,合理利用資源,達(dá)到畫質(zhì)與體積可兼得的效果。

幀率(FPS):影響畫面流暢度,與畫面流暢度成正比:幀率越大,畫面越流暢;幀率越小,畫面越有跳動感。如果碼率為變量,則幀率也會影響體積,幀率越高,每秒鐘經(jīng)過的畫面越多,需要的碼率也越高,體積也越大。
幀率就是在1秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù),也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次。每秒顯示的圖片數(shù)影響畫面流暢度,與畫面流暢度成正比:幀率越大,畫面越流暢;幀率越小,畫面越有跳動感。由于人類眼睛的特殊生理結(jié)構(gòu),如果所看畫面之幀率高于16的時候,就會認(rèn)為是連貫的,此現(xiàn)象稱之為視覺暫留。并且當(dāng)幀速達(dá)到一定數(shù)值后,再增長的話,人眼也不容易察覺到有明顯的流暢度提升了。

分辨率:影響圖像大小,與圖像大小成正比:分辨率越高,圖像越大;分辨率越低,圖像越小。

帶寬、幀率(FPS)

例如在ADSL線路上傳輸圖像,上行帶寬只有512Kbps,但要傳輸4路CIF分辨率的圖像。按照常規(guī),CIF分辨率建議碼率是512Kbps,那么照此計算就只能傳一路,降低碼率勢必會影響圖像質(zhì)量。那么為了確保圖像質(zhì)量,就必須降低幀率,這樣一來,即便降低碼率也不會影響圖像質(zhì)量,但在圖像的連貫性上會有影響。

GOP(Group of picture)

關(guān)鍵幀的周期,也就是兩個IDR幀之間的距離,一個幀組的最大幀數(shù),一般而言,每一秒視頻至少需要使用 1 個關(guān)鍵幀。增加關(guān)鍵幀個數(shù)可改善質(zhì)量,但是同時增加帶寬和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

需要說明的是,通過提高GOP值來提高圖像質(zhì)量是有限度的,在遇到場景切換的情況時,H.264編碼器會自動強制插入一個I幀,此時實際的GOP值被縮短了。另一方面,在一個GOP中,P、B幀是由I幀預(yù)測得到的,當(dāng)I幀的圖像質(zhì)量比較差時,會影響到一個GOP中后續(xù)P、B幀的圖像質(zhì)量,直到下一個GOP開始才有可能得以恢復(fù),所以GOP值也不宜設(shè)置過大。

同時,由于P、B幀的復(fù)雜度大于I幀,所以過多的P、B幀會影響編碼效率,使編碼效率降低。另外,過長的GOP還會影響Seek操作的響應(yīng)速度,由于P、B幀是由前面的I或P幀預(yù)測得到的,所以Seek操作需要直接定位,解碼某一個P或B幀時,需要先解碼得到本GOP內(nèi)的I幀及之前的N個預(yù)測幀才可以,GOP值越長,需要解碼的預(yù)測幀就越多,seek響應(yīng)的時間也越長。

視頻分辨率

視頻分辨率是指視頻畫面中水平和垂直方向上的像素點數(shù),通常用寬度和高度來表示,如1920x1080,單位是像素(pixel)。視頻分辨率決定了視頻畫面的清晰度和細(xì)節(jié)程度,分辨率越高,畫面越清晰,但也需要更多的數(shù)據(jù)量來存儲和傳輸。平時拍攝中常見到的分辨率有4K、1080P、720P、480P等。

  • 4K:3840x2160,也稱為超高清(Ultra HD),是目前最高的商用視頻分辨率,可以提供極致的畫面質(zhì)量,但也需要極高的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)帶寬。這一點與拍攝高幀率(50幀/秒、100幀/秒)視頻在普通幀率(25幀/秒)視頻平臺上播放,無法體現(xiàn)出高幀率視頻效果差不多。
  • 1080p:1920x1080,也稱為全高清(Full HD),是目前最普遍的視頻分辨率,可以提供良好的畫面質(zhì)量,適合大多數(shù)的顯示設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
  • 720p:1280x720,也稱為高清(HD),是一種較低的視頻分辨率,可以提供一般的畫面質(zhì)量,適合小尺寸的顯示設(shè)備和低速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
  • 480p:720x480,也稱為標(biāo)清(SD),是一種非常低的視頻分辨率,只能提供模糊的畫面質(zhì)量,適合非常小尺寸的顯示設(shè)備和非常低速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

視頻幀速率

視頻幀速率是指視頻每秒鐘顯示的圖像幀數(shù)(照片張數(shù)),通常用FPS來表示。視頻幀速率決定了視頻畫面的流暢度和動態(tài)表現(xiàn)力,幀速率越高,畫面越流暢,但也需要更多的數(shù)據(jù)量來存儲和傳輸。與視頻分辨率類似。常見的視頻幀速率有24FPS、25FPS(30FPS)、50FPS(60FPS)。

  • 24 FPS:是電影行業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)視頻幀速率,可以提供一般的流暢度和動感,適合電影風(fēng)格的視頻制作。
  • 25FPS(30 FPS):是目前最普遍的視頻幀速率,可以提供良好的流暢度和動感,適合大多數(shù)的顯示設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境
  • 50FPS(60 FPS):是目前最高的商用視頻幀速率,可以提供極致的流暢度和動感,但也需要極高的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)帶寬。

視頻碼率

視頻碼率是指視頻數(shù)據(jù)在單位時間內(nèi)使用或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,通常用bps或kbps來表示。視頻碼率決定了視頻畫面的壓縮率和質(zhì)量,碼率越高,畫面越清晰,但也需要更多的存儲空間和傳輸帶寬。

視頻碼率與視頻分辨率和幀速率有直接的關(guān)系,一般來說,同樣的分辨率和幀速率下,碼率越高,畫面質(zhì)量越高;同樣的分辨率和碼率下,幀速率越高,畫面流暢度越高;同樣的幀速率和碼率下,分辨率越高,畫面清晰度越高。因此,在選擇視頻碼率時,需要綜合考慮視頻分辨率和幀速率的影響,以及存儲空間和傳輸帶寬的限制。在平時壓縮視頻大小時,可以先從改變視頻的碼率開始,因為在一定范圍內(nèi),碼率的最高值與最低值效果差不多。不同的分辨率,所需要的碼率也不一樣。

  • 4K:為了保證4K視頻的畫面質(zhì)量,一般需要至少15 Mbps的碼率,如果要達(dá)到極致的效果,需要至少25 Mbps的碼率。
  • 1080p:為了保證1080p視頻的畫面質(zhì)量,一般需要至少5 Mbps的碼率,如果要達(dá)到良好的效果,需要至少8 Mbps的碼率。
  • 720p:為了保證720p視頻的畫面質(zhì)量,一般需要至少2.5 Mbps的碼率,如果要達(dá)到一般的效果,需要至少4 Mbps的碼率。
  • 480p:為了保證480p視頻的畫面質(zhì)量,一般需要至少1 Mbps的碼率,如果要達(dá)到模糊的效果,需要至少2 Mbps的碼率。

在了解了分辨率、幀速率以及碼率后,基本上就能在制作或觀看視頻時,根據(jù)不同的場景和需求選擇合適的參數(shù)設(shè)置。

制作電影風(fēng)格的視頻,可以選擇24 幀/秒、1080p或以上分辨率、8 Mbps或以上碼率;

制作游戲風(fēng)格的視頻,可以選擇50幀/秒(60 幀/秒)、1080p或以上分辨率、15 Mbps或以上碼率;

制作網(wǎng)絡(luò)直播或視頻會議等實時交互的視頻,可以選擇25幀/秒(30幀/秒)、720p或以下分辨率、4 Mbps或以下碼率;

制作手機或平板等小尺寸設(shè)備上觀看的視頻,可以選擇15幀/秒、480p或以下分辨率、2 Mbps或以下碼率。

如果要制作大屏幕或投影儀等大尺寸設(shè)備上觀看的視頻,可以選擇25幀/秒(30 幀/秒)、4K或以上分辨率、25 Mbps或以上碼率。

總之,一個視頻要拍好,除了攝影器材的因素外,視頻的分辨率、幀速率、碼率這三者的正確參數(shù)選擇也是必不可少的。

補充:

常見編碼模式:

VBR(Variable Bitrate)動態(tài)比特率也就是沒有固定的比特率,壓縮軟件在壓縮時根據(jù)音頻數(shù)據(jù)即時確定使用什么比特率,這是以質(zhì)量為前提兼顧文件大小的方式,推薦編碼模式;

ABR(Average Bitrate)平均比特率是VBR的一種插值參數(shù)。LAME針對CBR不佳的文件體積比和VBR生成文件大小不定的特點獨創(chuàng)了這種編碼模式。ABR在指定的文件大小內(nèi),以每50幀(30幀約1秒)為一段,低頻和不敏感頻率使用相對低的流量,高頻和大動態(tài)表現(xiàn)時使用高流量,可以做為VBR和CBR的一種折衷選擇。

CBR(Constant Bitrate)常數(shù)比特率指文件從頭到尾都是一種位速率。相對于VBR和ABR來講,它壓縮出來的文件體積很大,而且音質(zhì)相對于VBR和ABR不會有明顯的提高。

高清視頻

目前的720P以及1080P采用了很多種編碼,例如主流的MPEG2,VC-1以及H.264,還有Divx以及Xvid,至于封裝格式更多到令人發(fā)指,ts、mkv、wmv以及藍(lán)光專用等等。

720和1080代表視頻流的分辨率,前者1280720,后者19201080,不同的編碼需要不同的系統(tǒng)資源,大概可以認(rèn)為是H.264>VC-1>MPEG2。

VC-1是最后被認(rèn)可的高清編碼格式,不過因為有微軟的后臺,所以這種編碼格式不能小窺。相對于MPEG2,VC-1的壓縮比更高,但相對于H.264而言,編碼解碼的計算則要稍小一些,目前來看,VC-1可能是一個比較好的平衡,輔以微軟的支持,應(yīng)該是一只不可忽視的力量。一般來說,VC-1多為“.wmv”后綴,但這都不是絕對的,具體的編碼格式還是要通過軟件來查詢。

總的來說,從壓縮比上來看,H.264的壓縮比率更高一些,也就是同樣的視頻,通過H.264編碼算法壓出來的視頻容量要比VC-1的更小,但是VC-1 格式的視頻在解碼計算方面則更小一些,一般通過高性能的CPU就可以很流暢的觀看高清視頻。相信這也是目前NVIDIA Geforce 8系列顯卡不能完全解碼VC-1視頻的主要原因。

PS&TS是兩種視頻或影片封裝格式,常用于高清片。擴展名分別為VOB/EVO和TS等;其文件編碼一般用MPEG2/VC-1/H.264

高清,英文為“High Definition”,即指“高分辨率”。高清電視(HDTV),是由美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式?,F(xiàn)在的大屏幕液晶電視機,一般都支持1080i和720P,而一些俗稱的“全高清”(Full HD),則是指支持1080P輸出的電視機。

目前的高清視頻編碼格式主要有H.264、VC-1、MPEG-2、MPEG-4、DivX、XviD、WMA-HD以及X264。事實上,現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上流傳的高清視頻主要以兩類文件的方式存在:一類是經(jīng)過MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮,以tp和ts為后綴的視頻流文件;一類是經(jīng)過WMV-HD(WindowsMedia Video HighDefinition)標(biāo)準(zhǔn)壓縮過的wmv文件,還有少數(shù)文件后綴為avi或mpg,其性質(zhì)與wmv是一樣的。真正效果好的高清視頻更多地以H.264與VC-1這兩種主流的編碼格式流傳。

一般來說,H.264格式以“.avi”、“.mkv”以及“.ts”封裝比較常見。

清晰度

在碼率一定的情況下,分辨率與清晰度成反比關(guān)系:分辨率越高,圖像越不清晰,分辨率越低,圖像越清晰。

在分辨率一定的情況下,碼率與清晰度成正比關(guān)系,碼率越高,圖像越清晰;碼率越低,圖像越不清晰。

在碼率一定的情況下,分辨率在一定范圍內(nèi)取值都將是清晰的;同樣地,在分辨率一定的情況下,碼率在一定范圍內(nèi)取值都將是清晰的。

在視頻壓縮的過程中, I幀是幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮,是獨立幀。而P幀則是參考I幀進行幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮,不是獨立幀。在壓縮后的視頻中絕大多數(shù)都是P幀,故視頻質(zhì)量主要由P幀表現(xiàn)出來。由于P幀不是獨立幀,而只是保存了與鄰近的I幀的差值,故實際上并不存在分辨率的概念,應(yīng)該看成一個二進制差值序列。而該二進制序列在使用熵編碼壓縮技術(shù)時會使用量化參數(shù)進行有損壓縮,視頻的質(zhì)量直接由量化參數(shù)決定,而量化參數(shù)會直接影響到壓縮比和碼率。

視頻質(zhì)量可以通過主觀和客觀方式來表現(xiàn),主觀方式就是通常人們提到的視頻清晰度,而客觀參數(shù)則是量化參數(shù)或者壓縮比或者碼率。在視頻源一樣,壓縮算法也一樣的前提下比較,量化參數(shù),壓縮比和碼率之間是有直接的比例關(guān)系的。

分辨率的變化又稱為重新采樣。由高分辨率變成低分辨率稱為下采樣,由于采樣前數(shù)據(jù)充足,只需要盡量保留更多的信息量,一般可以獲得相對較好的結(jié)果。而由低分辨率變成高分辨率稱為上采樣,由于需要插值等方法來補充(猜測)缺少的像素點,故必然會帶有失真,這就是一種視頻質(zhì)量(清晰度)的損失。

好的畫質(zhì)是分辨率、幀率和碼率三者之間的平衡:

碼率不是越大越好

如果不做碼率大小上的限制,那么分辨率越高,畫質(zhì)越細(xì)膩;幀率越高,視頻也越流暢,但相應(yīng)的碼率也會很大,因為每秒鐘需要用更多的數(shù)據(jù)來承載較高的清晰度和流暢度。這對云服務(wù)廠商而言這是好事(收入跟流量呈正比),但對您可能意味著更多的費用開支。

幀率不要超過24

如果限定一個碼率,比如800kbps,那么幀率越高,編碼器就必須加大對單幀畫面的壓縮比,也就是通過降低畫質(zhì)來承載足夠多的幀數(shù)。如果視頻源來自攝像頭,24FPS已經(jīng)是肉眼極限,所以一般20幀的FPS就已經(jīng)可以達(dá)到很好的用戶體驗了。

有些玩過3D游戲的朋友可能會說,游戲的幀率越高越流暢。這里要注意一定不要混淆場景:游戲追求高幀率的目的是為了盡可能讓3D模型渲染出來的運動效果更加接近真實運動軌跡,所以幀率越高越好。但對攝像頭而言,它要采集的目標(biāo)是真實世界的物體,真實世界本來就沒有刷新率的說法,所以這個理論不適用。

分辨率不盲目攀高

如果限定一個碼率,比如800kbps,那么分辨率越高就會讓編碼器越“為難" ,可以想象,它必須拆東墻補西墻,通過減少色彩信息或者引入馬賽克這種“魚目混珠”的手段來承載足夠多的像素點。所以,同樣的是2G的一個電影文件,1080p畫質(zhì)的版本可能不如720p畫質(zhì)的版本看起來更清晰。

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