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音视频基础:分辨率、码率、帧率之间关系

基础

人类视觉系统

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分辨率

  1. 像素: 是指由图像的小方格组成的,这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值,小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子;可以将像素视为整个图像中不可分割的单位或者是元素;像素没有实际的物理尺寸;

  2. 图像: 人对视觉感知的物质再现,人类视觉的基础;是静态的 。从技术领域分析,更多指的是“数字图像”;

  3. 视频: 在时间轴上连续的图像叫做视频,是动态的,本质依旧是图像,所以又称运动图像;

  4. 分辨率: 指图像中存储的信息量,是横向x纵向的像素点个数,分辨率的单位为PPI(Pixels Per Inch),通常叫做像素每英寸;一般在音视频领域用横向像素个数 x 纵向像素个数表示分辨率,比如 1920px X 1080px,在平面设计中,以 PPI 来度量;如下图一些常见的分辨率以及对应的缩写名,根据长宽比可以分为 16:9、4:3、5:4等等。
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  5. 屏幕尺寸/输出分辨率: 即屏幕对角线的长度表示屏幕的尺寸,一般用英寸来表示,比如 5 英寸;即设备分辨率(DPI),又称输出分辨率;知道屏幕的长和宽,利用勾股定理就可以算出来屏幕尺寸;1 英寸(inch)= 2.54 厘米(cm);
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  1. 屏幕尺寸与图像分辨率关系:
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  2. PPI: 屏幕像素密度,即每英寸屏幕所拥有的像素数,英文简称 PPI(pixel per inch),即在一个对角线长度为 1 英寸的正方形内所拥有的像素数;对于肉眼来说当 PPI 达到 300 以上时,就无法分辨哪个更清晰了;比如在 5 英寸屏幕上,分辨率是 1920pxX1080px,则 PPI 是约 440。在这里插入图片描述

码率

  1. 码率: 编码器每秒编出的数据大小,单位是 kbps,比如 500kbps 表示编码器每秒产生500kb 的数据。

  2. 压缩率: 描述压缩文件的效果名,是文件压缩后的大小与压缩前的大小之比;在音视频领域通常压缩就是编码,例如编码前是 YUV 数据、编码后是 H264、H265 数据等;音视频压缩是为了更好的传输和存储,如果是裸数据 视频YUV,很难达到实际应用。
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  3. 编码格式: 即压缩方法,在音视频应用领域,可以分为H264、HEVC、AV1 等编码格式,如下图 一些主流的编码格式。
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  4. 清晰度: 清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度;视频清晰度主要跟分辨率、码率、屏幕尺寸、PPI有关。
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帧率

  1. 帧率: 每秒播放显示多少帧图像画面;影响画面的流畅度,与画面流畅度成正比,帧率越大,画面越流畅,帧率越小,画面越有顿挫感;此外帧率也影响码率(或压缩体积),帧率越高,每秒需要的图像越多,码率也就越高,相应的体积也越大。
  2. fps大于15时,主观感受差别不明显,fps低于15时,主观感受急剧下降,认为视频画面不连贯,如下图,针对不同视频,不同帧率下的主观体验。常规的视频直播基本都是 15fps-30fps,游戏直播一般达到 30fps-60fps,一般超过 75fps,99%的人是无法感受到任何差别。
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  3. 视频帧率受限于显示屏的刷新频率和机器的显卡性能;当设备性能较低时,画面容易出现撕裂效应。
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码率与分辨适配推荐表

  1. 在音视频应用领域,通常帧率FPS 都设置 15 以上。
  2. 此外跟具体的编码格式也有很大关系,比如 HEVC 相同质量下比 H264码率可以节省 30%~50%。
  3. 本表以 H264为编码标准,fps 设置 15。
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