帧率、码流、分辨率

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帧率概念  

一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画，如电视图象等。我们通常说帧数，简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（Frames Per Second）表示。每一帧都是静止的图象，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数 (fps) 愈多，所显示的动作就会愈流畅

码流概念  
码流（Data Rate），是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率，是他是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越高。

分辨率概念  
视频分辨率是指视频成像产品所成图像的大小或尺寸。常见的视像分辨率有352×288，176×144，640×480，1024×768。在成像的两组数字中，前者为图片长度，后者为图片的宽度，两者相乘得出的是图片的像素，长宽比一般为4：3

同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越高。

在PAL制情况下：  
CIF 352×288的分辨率，建议码流设置为512kbps，用0.5M的带宽传输  
4CIF 704×576的分辨率，建议码流设置为2048kbps，用2M的带宽传输，但是使用1536bps也可。    

第一步：根据式（1）计算单个通道每小时所需要的存储容量S1 , 单位MByte。                         
S1=D / 8 * 3600 / 1024   
其中：D－ 码率（即录像设置中的“位率/位率上限”），单位Kbit/s   

第二步：确定录像时间要求后，根据式（2）计算单个通道所需要的存储容量S2, 单位MByte
S2=S1 * 24 * t 
其中：t为保存天数 24表示一天24小时录像  

第二步：确定视频通道数 计算最终所需容量S3 
S3=S2 *N  
其中：N为视频通道数

 

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1、比特率：数字信道传送数字信号的速率称为数据传输速率或比特率.

比特率这个词有多种翻译，比如码率等，表示经过编码（压缩）后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，而比特就是二进制里面最少的单位，要么是0，要么是1。比特率与音视频压缩的关系简单的说就是比特率越高音视频的质量就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好相反。

2、比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(BitPer Second)，比特率越高，传送数据速度越快。声音中的比特率是指将模拟声音信号转换成数字声音信号后，单位时间内的二进制数据量，是间接衡量音频质量的一个指标。 视频中的比特率（码率）原理与声音中的相同，都是指由模拟信号转换为数字信号后，单位时间内的二进制数据量。

3、比特率规定使用“比特每秒”（bit/s或bps）为单位，经常和国际单位制词头关联在一起，如“千”（kbit/s或kbps），“兆”（Mbit/s或Mbps），“吉”（Gbit/s或Gbps) 和“太”（Tbit/s或Tbps）

4、通常单位为“位每秒”（ bit/s, b/s)，也写作bps。“b” 应该总是小写，以避免与“字节每秒”（Bytes/s, B/s）混淆。——字节（Byte）是构成信息的单位，在计算机中作为处理数据的基本单位，1字节等于8位，即 1 Byte = 8 bits。

      对于音频来说，码流=采样率×比特数×声道

例如：以500Kbps来编码音视频。

  其中1KB/秒=1024*8bps，

  b就是比特位（bit）

  s就是秒（second）

  p就是每（per）

所以，以500kbps来编码表示经过编码后的音视频数据每秒钟需要用500K的比特来表示

**对于常见的CD格式音频，它的码流就是：44100×16×2=1.41Mbit/sec，即一秒钟的文件大小是0.17625M，而常见的160Kbps的Mp3文件每秒就需160K/1020/8=0.01953125M，相差近10倍。 **

 

常见编码模式：

 

　　VBR（Variable Bitrate）动态比特率 也就是没有固定的比特率，压缩软件在压缩时根据音频数据即时确定使用什么比特率，这是以质量为前提兼顾文件大小的方式，推荐编码模式；

 

　　ABR（Average Bitrate）平均比特率 是VBR的一种插值参数。LAME针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR在指定的文件大小内，以每50帧（30帧约1秒）为一段，低频和不敏感频率使用相对低的流量，高频和大动态表现时使用高流量，可以做为VBR和CBR的一种折衷选择。

 

　　CBR（Constant Bitrate），常数比特率 指文件从头到尾都是一种位速率。相对于VBR和ABR来讲，它压缩出来的文件体积很大，而且音质相对于VBR和ABR不会有明显的提高。

帧速率

 

帧速率也称为FPS(Frames PerSecond)的缩写——帧/秒。是指每秒钟刷新的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次。越高的帧速率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数(FPS)越多，所显示的动作就会越流畅。

分辨率

 

就是帧大小每一帧就是一副图像。

640*480分辨率的视频，建议视频的码速率设置在700以上，音频采样率44100就行了

一个音频编码率为128Kbps，视频编码率为800Kbps的文件，其总编码率为928Kbps，意思是经过编码后的数据每秒钟需要用928K比特来表示。

   计算输出文件大小公式：
（音频编码率（KBit为单位）/8 +视频编码率（KBit为单位）/8）×影片总长度（秒为单位）=文件大小（MB为单位）

2,高清视频

目前的720P以及1080P采用了很多种编码，例如主流的MPEG2，VC-1以及H.264，还有Divx以及Xvid，至于封装格式更多到令人发指，ts、mkv、wmv以及蓝光专用等等。

 

720和1080代表视频流的分辨率，前者1280*720，后者1920*1080，不同的编码需要不同的系统资源，大概可以认为是H.264>VC-1>MPEG2。 　　

 

VC-1是最后被认可的高清编码格式，不过因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥。相对于MPEG2，VC-1的压缩比更高，但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些，目前来看，VC-1可能是一个比较好的平衡，辅以微软的支持，应该是一只不可忽视的力量。一般来说，VC-1多为 “.wmv”后缀，但这都不是绝对的，具体的编码格式还是要通过软件来查询。

总的来说，从压缩比上来看，H.264的压缩比率更高一些，也就是同样的视频，通过H.264编码算法压出来的视频容量要比VC-1的更小，但是VC-1 格式的视频在解码计算方面则更小一些，一般通过高性能的CPU就可以很流畅的观看高清视频。相信这也是目前NVIDIA Geforce 8系列显卡不能完全解码VC-1视频的主要原因。

 

PS&TS是两种视频或影片封装格式，常用于高清片。扩展名分别为VOB/EVO和TS等；其文件编码一般用MPEG2/VC-1/H.264

 

　高清，英文为“High Definition”，即指“高分辨率”。 高清电视(HDTV)，是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。现在的大屏幕液晶电视机，一般都支持1080i和720P，而一些俗称的“全高清”(Full HD)，则是指支持1080P输出的电视机。

目前的高清视频编码格式主要有H.264、VC-1、MPEG-2、MPEG-4、DivX、XviD、WMA-HD以及X264。事实上，现在网络上流传的高清视频主要以两类文件的方式存在：一类是经过MPEG-2标准压缩，以tp和ts为后缀的视频流文件;一类是经过WMV-HD(Windows Media Video HighDefinition)标准压缩过的wmv文件，还有少数文件后缀为avi或mpg，其性质与wmv是一样的。真正效果好的高清视频更多地以H.264与VC-1这两种主流的编码格式流传。

 

一般来说，H.264格式以“.avi”、“.mkv”以及“.ts”封装比较常见。

位率（定码率，变码率）

　    位率又称为“码率”。指单位时间内，单个录像通道所产生的数据量，其单位通常是bps、Kbps或Mbps。可以根据录像的时间与位率估算出一定时间内的录像文件大小。 　位率是一个可调参数，不同的分辨率模式下和监控场景下，合适的位率大小是不同的。在设置时，要综合考虑三个因素： 　　
1、分辨率 　　
        分辨率是决定位率（码率）的主要因素，不同的分辨率要采用不同的位率。总体而言，录像的分辨率越高，所要求的位率（码率）也越大，但并不总是如此，图1说明了不同分辨率的合理的码率选择范围。所谓“合理的范围”指的是，如果低于这个范围，图像质量看起来会变得不可接受；如果高于这个范围，则显得没有必要，对于网络资源以及存储资源来说是一种浪费。 　　
2、场景 　　
        监控的场景是设置码率时要考虑的第二个因素。在视频监控中，图像的运动剧烈程度还与位率有一定的关系，运动越剧烈，编码所要求的码率就越高。反之则越低。因此在同样的图像分辨率条件下，监控人多的场景和人少的场景，所要求的位率也是不同的。 　　
3、存储空间 　　
        最后需要考量的因素是存储空间，这个因素主要是决定了录像系统的成本。位率设置得越高，画质相对会越好，但所要求的存储空间就越大。所以在工程实施中，设置合适的位率即可以保证良好的回放图像质量，又可以避免不必要的资源浪费。 　　
位率类型 　　
位率类型又称为码率类型，共有两种——动态码率（VBR）和固定码率（CBR）。所谓动态码率是指编码器在对图像进行压缩编码的过程中，根据图像的状况实时调整码率高低的过程，例如当图像中没有物体在移动时，编码器自动将码率调整到一个较低的值。但当图像中开始有物体移动时，编码器又自动将码率调整到一个较高的值，并且实时根据运动的剧烈程度进行调整。这种方式是一种图像质量不变，数据量变化的编码模式。 　　
        固定码率是指编码器在对图像进行编码的过程中，自始至终采用一个固定的码率值，不论图像情况如何变化。这种方式是码率量不变，而图像质量变化的编码模式。在动态码率模式下，我们在硬盘录像机上设置的位率值称为“位率上限”。意思是我们人为设定一个编码码率变化的上限，可以低于，但不能高于。根据这个位率值，我们可以估算出一定时间内的存储容量的上限值。 　　
        在固定码率模式下，在硬盘录像机上设置的位率值就是编码时所使用的位率值，根据这个数值，我们可以精确地估算出一定时间内的存储容量。

QP(quantizer parameter)

介于0~31之间，值越小，量化越精细，图像质量就越高，而产生的码流也越长。 

PSNR

允许计算峰值信噪比(PSNR,Peak signal-to-noise ratio),编码结束后在屏幕上显示PSNR计算结果。开启与否与输出的视频质量无关，关闭后会带来微小的速度提升。

profile level

分别是BP、EP、MP、HP：
　　1、BP-Baseline Profile：基本画质。支持I/P 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
　　2、EP-Extended profile：进阶画质。支持I/P/B/SP/SI 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
　　3、MP-Main profile：主流画质。提供I/P/B 帧，支持无交错（Progressive）和交错（Interlaced），也支持CAVLC 和CABAC 的支持；
　　4、HP-High profile：高级画质。在main Profile 的基础上增加了8x8内部预测、自定义量化、无损视频编码和更多的YUV 格式；

H.264规定了三种档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用。
1）基本档次：利用I片和P片支持帧内和帧间编码，支持利用基于上下文的自适应的变长编码进行的熵编码（CAVLC）。主要用于可视电话、会议电视、无线通信等实时视频通信；
2）主要档次：支持隔行视频，采用B片的帧间编码和采用加权预测的帧内编码；支持利用基于上下文的自适应的算术编码（CABAC）。主要用于数字广播电视与数字视频存储；
3）扩展档次：支持码流之间有效的切换（SP和SI片）、改进误码性能（数据分割），但不支持隔行视频和CABAC。主要用于网络的视频流，如视频点播。

Reference

指两个P帧之间的距离。

主码流/副码流

主码流位率高，图像质量高，便于本地存储；副码流位率低，图像质量低，便于网络传输。

总结：

编码参数不能只知道帧率，码率，I帧间隔，QP因子，更要知道其他参数的作用。

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