视频基础-基本概念与计算

什么是视频

视频(Video)泛指将一系列静态影像以电信号的方式加以捕捉、纪录、处理、储存、传送与重现的各种技术。连续的图像变化每秒超过24帧(frame)画面以上时,根据视觉暂留原理,人眼无法辨别单幅的静态画面;看上去是平滑连续的视觉效果,这样连续的画面叫做视频。视频Video)泛指将一系列静态影像电信号方式加以捕捉纪录处理储存传送与重现的各种技术。连续的图像变化每秒超过24(frame)画面以上时,根据视觉暂留原理,人眼无法辨别单幅的静态画面;看上去是平滑连续的视觉效果,这样连续的画面叫做视频。

视频的基本组成是一张一张的图片,那么计算机用什么来表现一张图片?参考看不见我,看不见我

视频分辨率是什么

上面说到视频是有一张张图片组成,那么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.
480P : 640 x 480 个像素点
720P : 1280 x 720 个像素点
1080P : 1920 x 1080 个像素点
然后还需要关注每个像素点的存储格式,每个像素点占用的字节大小。

视频帧率是什么

视频是连续变化图像而成视频,那么帧率也称为FPS(Frames Per Second)- - - 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。
关于帧率有如下几个基础数据:

  • 帧率越高,cpu消耗就高
  • 秀场视频直播,一般帧率20fps
  • 普通视频直播,一般帧率15fps
什么是视频编码和解码

前面说到视频是由许多许多图片组成,那么如果是高清的,每张图片都那么大,这个视频也就非常大,在传输过程中就非常的耗时,这个时候视频编码就来了,视频编码其实就是将没一张图片进行压缩,并且尽可能保证解码的图片的清晰度不变。
视频编码标准有两大系统: MPEG 和ITU-T,国际上制定视频编解码技术的组织有两个,一个是“国际电联(ITU-T)”,它制定的标准有H.261、H.263、H.263+、H.264等,另一个是“国际标准化组织(ISO)”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。

常见编码格式有:

Xvid(MPEG4)
H264 (目前最常用编码格式)
H263
MPEG1,MPEG2
AC-1
RM,RMVB
H.265(目前用的不够多)

目前最常见的视频编码方式的大致性能排序基本是: MPEG-1/-2 < WMV/7/8 < RM/RMVB < Xvid/Divx < AVC/H.264(由低到高,可能不完全准确)。

什么是码率

码流(Data Rate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量,也叫码率或码流率,通俗一点的理解就是取样率,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分,一般我们用的单位是kb/s或者Mb/s。一般来说同样分辨率下,视频文件的码流越大,压缩比就越小,画面质量就越高。码流越大,说明单位时间内采样率越大,数据流,精度就越高,处理出来的文件就越接近原始文件,图像质量越好,画质越清晰,要求播放设备的解码能力也越高。
当然,码率越大,文件体积也越大,其计算公式是文件体积=时间X码率/8。例如,网络上常见的一部90分钟1Mbps码率的720P RMVB文件,其体积就=5400秒×1Mbps/8=675MB。
通常来说,一个视频文件包括了画面(视频)及声音(音频),例如一个RMVB的视频文件,里面包含了视频信息和音频信息,音频及视频都有各自不同的采样方式和比特率,也就是说,同一个视频文件音频和视频的比特率并不是一样的。而我们所说的一个视频文件码流率大小,一般是指视频文件中音频及视频信息码流率的总和。

什么是视频格式

我们知道看视频不只有图像,还有声音,那么将音频和图像数据合起来放在一个容器中,这个容器就是视频的格式。
目前市面常见的存储封装格式有如下:

AVI (.avi)
ASF(.asf)
WMV (.wmv)
QuickTime ( .mov)
MPEG (.mpg / .mpeg)
MP4 (.mp4)
m2ts (.m2ts / .mts )
Matroska (.mkv / .mks / .mka )
RM ( .rm / .rmvb)
TS/PS

AVI : 可用MPEG-2, DIVX, XVID, WMV3, WMV4, AC-1, H.264
WMV : 可用WMV3, WMV4, AC-1
RM/RMVB : 可用RV40, RV50, RV60, RM8, RM9, RM10
MOV : 可用MPEG-2, MPEG4-ASP(XVID), H.264
MKV : 所有

帧率、码率与分辨率之间关系

码率和帧率没有半毛钱关系
码率关系着带宽、文件体积
帧率关系着画面流畅度和cpu消耗
分辨率关系着图像尺寸和清晰度

计算一个视频的大小

一个视频文件的大小为5.86M,播放时长为3分7秒

  • 该文件对应的码率就是
    5.86 * 1024 * 1024 * 8 / (3 * 60 + 7) = 262872.95657754bps

  • 10M独享带宽能支撑的同时在线人数
    10 * 1024 * 1024 / 262872.95657754 = 39.889078498294

  • 支撑1000人同时在线的系统最少需要的带宽数为
    262872 * 1000 / (1024 * 1024) = 250.69427490234M

10min,流量消耗41587KB
41587/10*60 = 69KB/s = 69 * 8 Kb/s = 532Kb/s
那么得到码率就是 532Kb/s

一帧图像大小

一帧图像原始大小 = 宽像素 * 长像素 ,当然要考虑数据格式,因为数据格式不一样,大小写也不相同,一般数据采用rgb、yuv格式,如rgb32、yuv420、yuv422等。最常用的应当属于yuv420。 因此,计算公式为:

文件的字节数 = 图像分辨率 * 图像量化位数/8
图像分辨率 = X方向的像素数 * Y方向的像素数
图像量化数 = 二进制颜色位数

RGB24每帧的大小是
    size=width×heigth×3 Bit

RGB32每帧的大小是
    size=width×heigth×4

YUV420每帧的大小是
    size=width×heigth×1.5 Bit

举例说明,对于一个1024*768的图像实际的YUV422数据流大小就为:1024 *768 * 2 = 1572864bit

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