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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

在我们一生中,命运赐予我们每个人三个导师,三个朋友,三名敌人,三个挚爱。但这十二人总是不以真面目示人,总要等到我们爱上他们、离开他们、或与他们对抗时,才能知道他们是其中哪种角色。