带宽-码率-帧率-分辨率

视频带宽计算公式(码流分辨率帧率)

码流

  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,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,说明单位时间内取样率越大,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。

帧率

 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。

分辨率

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.  目前监控行业中主要使用Qcif(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1(704×576)等几种分辨率。

D1是数字电视系统显示格式的标准,共分为以下5种规格:

D1:480i格式(525i):720×480(水平480线,隔行扫描),和NTSC模拟电视清晰度相同,行频为15.25kHz,相当于我们所说的4CIF(720×576)

D2:480P格式(525p):720×480(水平480线,逐行扫描),较D1隔行扫描要清晰不少,和逐行扫描DVD规格相同,行频为31.5kHz

D3:1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080线,隔行扫描),高清方式采用最多的一种分辨率,分辨率为1920×1080i/60Hz,行频为33.75kHz

D4:720p格式(750p):1280×720(水平720线,逐行扫描),虽然分辨率较D3要低,但是因为逐行扫描,市面上更多人感觉相对于1080I(实际逐次540线)视觉效果更加清晰。不过个人感觉来说,在最大分辨率达到1920×1080的情况下,D3要比D4感觉更加清晰,尤其是文字表现力上,分辨率为1280×720p/60Hz,行频为45kHz

  D5:1080p格式(1125p):1920×1080(水平1080线,逐行扫描),目前民用高清视频的最高标准,分辨率为1920×1080P/60Hz,行频为67.5KHZ。

其中D1 和D2标准是我们一般模拟电视的最高标准,并不能称的上高清晰,D3的1080i标准是高清晰电视的基本标准,它可以兼容720p格式,而D5的1080P只是专业上的标准。

帧率、码流与分辨率之间关系

公式:

带宽 / (码流 * 8) = 同时在线人数

文件大小 = 时间×码率/8

一个视频文件的大小为5.86M,播放时长为3分7秒:

1,该文件对应的码流就是

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

2,10M独享带宽能支撑的同时在线人数

10* 1024 * 1024 / 262872.95657754 =39.889078498294

3,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

一般指的带宽都是说多少M(兆)的,单位都是Mbps,也就是单位秒内能传输多少Mb的数据量,这里的Mb 不是我们平时看到的文件大小的MB ,bit 与 byte的关系
这也就是为什么说开户2M的电信网络,运营商都是以1000为基准,就像买到的存储设备也都是1000,并不是理论数值的1024
换算下来的数据流量:
2 * 1000 * 1000=2000000bps=250000Bps=244.14KBps
所以下载速度按1000规格来算最多250KB/s ,实际上按1024来算,再加上一些其它因素的延时影响,能有220+KB/s 就很不错了~

### 视频编码参数间的关系 #### 码率帧率分辨率的关系 视频的清晰度不仅取决于分辨率,还受到码率帧率的影响。高分辨率意味着更多的细节能够被捕捉到每一帧中,但这同时也增加了数据量的需求。为了维持高质量的画面,在提高分辨率的同时也需要相应增加码率来保证足够的信息密度[^1]。 帧率决定了单位时间内展示给观众的静态图片数量,较高的帧率可以使运动场景看起来更加平滑自然。然而,随着帧率上升,每秒钟产生的图像增多,这同样会促使所需传输的数据总量增大,因此需要更高的码率支持[^2]。 #### 位深的作用 除了上述三个因素外,位深也是决定视频质量的关键要素之一。它表示每个颜色通道所能表达的颜色范围宽度,通常以比特为单位计。更大的位深度允许更细腻的颜色过渡平滑渐变效果呈现出来,从而提升整体视觉体验的质量。不过值得注意的是,增加位深也会显著加大文件大小以及所需的带宽资源消耗[^3]。 ```python def calculate_bitrate(resolution, frame_rate, bit_depth): """ 计理论上的最小码率需求 参数: resolution (tuple): 分辨率,形如(宽度, 高度) frame_rate (int): 帧速率(FPS) bit_depth (int): 色彩精度(Bits Per Channel) 返回: float: 所需最低平均码率(kbps) """ width, height = resolution pixel_count_per_frame = width * height bits_per_pixel = bit_depth * 3 # RGB模式下共有红绿蓝三种原色 total_bits_per_second = pixel_count_per_frame * bits_per_pixel * frame_rate / 8000 return round(total_bits_per_second, 2) print(f"Theoretical minimum bitrate required is {calculate_bitrate((1920, 1080), 30, 8)} kbps.") ```
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