2019.07.08

视频分辨率码率与帧率

今天逛v站发现一个热帖: b 站出 4k 清晰度了. 之前对分辨率/像素/码率/帧率等概念不是很清楚, 只有一个大概的认知, 同样1080p的视频为啥有些1个G,而有些能够到4个G呢? 次帖子里出现了许多名次概念: 码率, 比特率, 动画的码率跟电影不一样, HEVC, 二压,vp9等.

像素

英文 pixel, 画面中最小的单位, 代表一个点. 但是并没有固定长度点限制, 不同设备上单位像素大小可能不一样. 下图代表最粗糙的像素, 同样是一像素, 下图的一像素是那么一大个, 而我们手机/电脑上的一像素用肉眼难以看清.

led

分辨率

屏幕分辨率

屏幕中像素点个数, 比如 1024x768 代表水平方向有 1024 个像素点, 垂直方向上有 768 个像素点.

两个设备单独拿分辨率来比较是不能判断哪一个更清楚, 因为同样分辨率, 如果体积不一样, 那么像素点数的大小就不是一样的.

比如上图中粗糙显示屏分辨率是 32*16, 但它的长宽是 50cmx25cm, 如果相同分辨率下, 一个 4cmx2cm 的屏幕, 那么这个小的屏幕肯定比较清楚的.

相同体积下的两块屏, 分辨率越大代表像素点数越多, 画面就越细致, 单个色块大小更小.

影像分辨率

一张图片分辨率是 500x200，说明这张图片在屏幕上按1:1放大时，水平方向有500个像素点（色块），垂直方向有200个像素点（色块）.

image-resolution

正如上图所表现出来, 将不同分辨率的图片在同一设备放到同样大小, 那么分辨率越高的图片就越清晰.

同样的, 不同分辨率大小的图片, 使用设备 1:1 预览时候, 分辨率越大图片面积越大.

虽然不同设备上像素块大小会不一样，但是同一台硬件设备上的屏幕分辨率、像素块大小是不变的. PC电脑上之所以可以调整屏幕分辨率，是通过算法转换的操作.

图片大小

在二进制的世界里:

1 KB(KiloBytes) = 1024 bytes = 1024*8 bits

1 Kb(Kilobits) = 1024/8 bytes = 128 bytes

Kibibyte is the unit of digital information with *IEC prefix kibi (2¹⁰). 1 Kibibyte is equal to 2¹⁰ bytes = 1024 bytes. Kibibyte unit symbol is KiB.

Kilobyte is the unit of digital information with prefix kilo (10³). 1 Kilobyte is equal to 10³ > bytes = 1000 bytes in decimal (SI). 1 Kilobyte is equal to 2¹⁰ bytes = 1024 bytes in binary.

严格的讲, KiB 才是 1024 bytes, 而 1KB 则代表 1000 bytes.

在屏幕上截一张 100x100 大小的图片, 由于是 2x 的屏幕, 所以这张图片的分辨率是 200x200, 图片大小为 4KB, 是怎么得到的呢:

200 x 200 = 40000 pixel
40000 x 3(rgb) = 120000 bytes
120000 / 1024 = 117.187 KiB

诶? 我的图片不是这么大的呀? 因为大部分图片格式都是压缩格式, 如果不经过压缩存储会特别占用磁盘空间, 所以图片都要经过压缩算法压缩再存储, 可以节省大量的磁盘空间.

2x 3x retina显示屏

Retina 是一种显示技术, 与 1080/4K 等不是一种概念, 具体可以参考这里: 视网膜显示屏.

1pt (屏幕物理尺寸) 下代表 2px 的是 2x 图, 代表 3px 的是 3x 图. 比如 iPhone8 与 iPhone8P.

再比如在 MacBook 上截一张 100x100 pt 的图片, 分辨率就会是 200x200 px.

帧率

帧率是视频里的概念. 即每秒刷新的次数.

帧率(Frame rate) 是用于测量显示帧数的量度. 所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second，简称：FPS) 或”赫兹” (Hz)。此词多用于影视制作和电子游戏.

如果帧率大于24, 人类就会以为此视频是连贯的. 网络上的视频比如b站YouTube等视频帧率一般是30.

对于游戏来说, 高帧率肯定是有必要的, 如果小于30FPS, 那么就会显得「卡」, 打过CS或者LOL就可以知道.

码率

码率是一个非常重要的概念. 又称比特率, 英文 bit rate, 单位是 bps (bits per second). 通俗点理解就是对每一帧图片对取样率, 值越高代表的越接近源文件, 越清晰. 因为如果保存每一帧图片为视频, 那么会特别占用磁盘空间和带宽, 所以就有一些视频编码格式比如 HEVC / VP9 等.

视频的清晰度是由码率决定的.

bitrate

上图是两个分辨率相同的视频中一帧画面, 左侧是低码率的, 大小只有0.8KB, 右侧是高码率的, 大小有22.3KB.

可以算出码率:

0.8KB x 30fps = 24KB/s = 192kbps
22.3KB x 30fps = 669KB = 5354kbps

网上流传的视频同样时长同样分辨率却有不同的体积大小, 原因就是他们的码率不同, 码率高的体积大, 所以会更清晰.

在 B站/YouTube 视频右键可以看到视频信息统计, 其中就有码率:

BilibiliYouTube

下图是YouTube推荐的视频码率:

youtube-recommend-bitrates

在码率相同情况下, 分辨率越高, 画质越渣. 码率直接和网速相关, 网速如果够快, 那么码率越高, 能带动的分辨率越高, 画面越清晰.

Refs

@FaiChou