視頻基本術語介紹 碼流、幀率、分辨率、I幀、帶寬

視頻基本術語介紹

碼流

碼流Data Rate是指視頻文件在單位時間內使用的數據流量,也叫碼率或碼流率,是視頻編碼中畫面質量控制中最重要的部分,一般我們用的單位是Kb/s或者Mb/s。一般來說同樣分辨率下,視頻文件的碼流越大,壓縮比就越小,畫面質量就越高。碼流越大,說明單位時間內取樣率越大,數據流,精度就越高,處理出來的文件就越接近原始文件,圖像質量越好,畫質越清晰,要求播放設備的解碼能力也越高。

幀率

一幀就是一副靜止的畫面,連續的幀就形成動畫,如電視圖象等。我們通常說幀數,簡單地說,就是在1秒鐘時間裏傳輸的圖片的幀數,也可以理解爲圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次,通常用fps(Frames Per Second)表示。每一幀都是靜止的圖象,快速連續地顯示幀便形成了運動的假象。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。每秒鐘幀數 (fps) 愈多,所顯示的動作就會愈流暢。一般來說,圖像幀率設置爲25fp或30fps已經足夠。

分辨率

視頻分辨率是指視頻成像產品所成圖像的大小或尺寸。常見的視像分辨率有352×288,176×144,640×480,1024×768。在成像的兩組數字中,前者爲圖片長度,後者爲圖片的寬度,兩者相乘得出的是圖片的像素,長寬比一般爲4:3.  目前監控行業中主要使用Qcif(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1(704×576)等幾種分辨率。

D1是數字電視系統顯示格式的標準,共分爲以下5種規格:

  • D1:480i格式(525i):720×480(水平480線,隔行掃描),和NTSC模擬電視清晰度相同,行頻爲15.25kHz,相當於我們所說的4CIF(720×576)

  • D2:480P格式(525p):720×480(水平480線,逐行掃描),較D1隔行掃描要清晰不少,和逐行掃描DVD規格相同,行頻爲31.5kHz

  • D3:1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080線,隔行掃描),高清方式採用最多的一種分辨率,分辨率爲1920×1080i/60Hz,行頻爲33.75kHz

  • D4:720p格式(750p):1280×720(水平720線,逐行掃描),雖然分辨率較D3要低,但是因爲逐行掃描,市面上更多人感覺相對於1080I(實際逐次540線)視覺效果更加清晰。不過個人感覺來說,在最大分辨率達到1920×1080的情況下,D3要比D4感覺更加清晰,尤其是文字表現力上,分辨率爲1280×720p/60Hz,行頻爲45kHz

  • D5:1080p格式(1125p):1920×1080(水平1080線,逐行掃描),目前民用高清視頻的最高標準,分辨率爲1920×1080P/60Hz,行頻爲67.5KHZ。

其中D1 和D2標準是我們一般模擬電視的最高標準,並不能稱的上高清晰,D3的1080i標準是高清晰電視的基本標準,它可以兼容720p格式,而D5的1080P只是專業上的標準。

I幀間隔

兩個I幀的間隔,例如:海康攝像機編碼,I幀間隔是50,含49個P幀。建議將I幀間隔和幀率保持一致

I幀

I幀又稱幀內編碼幀,是一種自帶全部信息的獨立幀,無需參考其他圖像便可獨立進行解碼,可以簡單理解爲一張靜態畫面。視頻序列中的第一個幀始終都是I幀,因爲它是關鍵幀。

P幀

P幀又稱幀間預測編碼幀,需要參考前面的I幀才能進行編碼。表示的是當前幀畫面與前一幀(前一幀可能是I幀也可能是P幀)的差別。解碼時需要用之前緩存的畫面疊加上本幀定義的差別,生成最終畫面。與I幀相比,P幀通常佔用更少的數據位,但不足是,由於P幀對前面的P和I參考幀有着複雜的依耐性,因此對傳輸錯誤非常敏感。

B幀

B幀又稱雙向預測編碼幀,也就是B幀記錄的是本幀與前後幀的差別。也就是說要解碼B幀,不僅要取得之前的緩存畫面,還要解碼之後的畫面,通過前後畫面的與本幀數據的疊加取得最終的畫面。B幀壓縮率高,但是對解碼性能要求較高。

I幀只需考慮本幀;P幀記錄的是與前一幀的差別;B幀記錄的是前一幀及後一幀的差別,能節約更多的空間,視頻文件小了,但相對來說解碼的時候就比較麻煩。因爲在解碼時,不僅要用之前緩存的畫面,而且要知道下一個I或者P的畫面,對於不支持B幀解碼的播放器容易卡頓。

視頻監控系統中預覽的視頻畫面是實時的,對畫面的流暢性要求較高。採用I幀、P幀進行視頻傳輸可以提高網絡的適應能力,且能降低解碼成本所以現階段的視頻解碼都只採用I幀和P幀進行傳輸。

幀率、碼流與分辨率之間關係

對於靜止的圖像,用較低的碼流即可以獲得較高的圖像質量;對於運動的圖像,需要配置較高的碼流。舉個例子,針對的攝像機來說,典型碼率爲:2M,對於室內場景,因運動物體較少、速度較小,配置碼流即可滿足要求;對於道路監控場景,因車流速度快,場景變換大,可能需要配置4M碼率。實際應用中,我們應該配置爲變碼率,使其更好地適應場景變化

公式:

  • 同時在線人數 = 帶寬 / (碼流 * 8)

  • 文件大小 = 時間×碼率/8

常用案例

一個視頻文件的大小爲5.86M,播放時長爲3分7秒:

1.該文件對應的碼流就是

5.86 * 1024 * 1024 * 8 / (3 * 60 + 7) =262872.95657754bps

2.10M獨享帶寬能支撐的同時在線人數

10* 1024 * 1024 / 262872.95657754 =39.889078498294

3.支撐1000人同時在線的系統最少需要的帶寬數爲

262872* 1000 / (1024 * 1024) = 250.69427490234M

4.碼流爲6144kbps的流媒體文件,需要支撐100人觀看,需要的帶寬

6144000*1000/(1024*1024)=5859.375M
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