前言
想通過一篇文章的科普，讓你在使用視頻的時(shí)候知道如何選擇合適的視頻參數(shù)。
一般涉及到的視頻參數(shù)就是：封裝格式、編碼格式、碼率、幀率和分辨率。
對(duì)用戶表現(xiàn)的體感就是：流暢度和清晰度。
開發(fā)者需要關(guān)心的是：內(nèi)存、CPU 和 GPU 的消耗、體積大小和帶寬。
本篇文章會(huì)嘗試把這些概率都聯(lián)系起來(lái)，對(duì)視頻相關(guān)的概念有整體的認(rèn)知。
結(jié)論先行
用戶視角：
開發(fā)者視角：
影響內(nèi)存的：主要是分辨率
影響 CPU 的：碼率和編碼格式
影響 GPU 的：分辨率和編碼格式。
影響體積大小和帶寬：碼率
封裝格式
就是把視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)打包成一個(gè)文件的規(guī)范。 一個(gè)完整的視頻文件，包括音頻、視頻和基礎(chǔ)元信息，我們常見的視頻文件如 mp4、mov、flv、avi、rmvb 等視頻文件，就是一個(gè)容器的封裝，里面包含了音頻和視頻兩部分。
封裝格式是不會(huì)影響視頻的畫質(zhì)，封裝成什么格式就看在使用的時(shí)候解碼器是否支持這個(gè)封裝格式即可。
封裝，也叫多路復(fù)用(mux)。封裝的目的一般為了在一個(gè)文件（流）中能同時(shí)存儲(chǔ)視頻（video）、音頻（audio）、字幕（subtitle）等內(nèi)容——這也正是“復(fù)用”的含義所在（分時(shí)復(fù)用）。封裝還有另一個(gè)作用是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下確保數(shù)據(jù)的可靠快速傳輸。
編碼格式
我們知道，其實(shí)視頻就是一幀一幀的圖片。計(jì)算一下，一部 25 幀每秒，90 分鐘，分辨率為 1024*768，24 位(rgb 每個(gè) 8 位)真彩色的視頻，沒有經(jīng)過壓縮，大小為 ：
1Byte（字節(jié)） = 8bit（位）
一幀大小 = 1024 * 768 * 24 = 18874368（bit） = 2359296（Byte）
總幀數(shù) = 90 * 60 * 25 = 135000
總大小 = 一幀大小 * 總幀數(shù) = 2359296 * 135000 = 318504960000（Byte）= 303750（MB）≈ 296（GB）
從上面的計(jì)算可以看出，我們儲(chǔ)存一部 90 分鐘沒壓縮的電影需要 296GB 的。所以我們需要對(duì)視頻進(jìn)行壓縮，這種視頻壓縮技術(shù)就是我們所說的編碼。
視頻編碼方式：H.26X（H.261、H.262、…、H.264（目前最常用）、H.265）
音頻編碼方式：MP3、AAC 等
通過視頻壓縮算法，減少了視頻文件的大小。壓縮比越大，解壓縮還原后播放的視頻越失真，這是因?yàn)閴嚎s的同時(shí)不可避免的丟失了視頻中原來(lái)圖像的數(shù)據(jù)信息。
注意編碼格式要跟封裝格式做區(qū)分，兩者沒有任何關(guān)系。
一般我們只需要關(guān)注 H.264 和 H.265 即可，H.264 是使用最廣泛，除了 H.265 之外壓縮率最高的，也就是說在相同碼率下除了 H.265 之外 體積最小的。
而 H.265 相比于 H.264 相同碼率下體積還降低了 50% 。
那是不是就可以無(wú)腦使用 H.265 了呢？先說說使用 H.265 有什么問題，我認(rèn)為最大的兩點(diǎn)就是：
計(jì)算復(fù)雜性 。H.265 的編碼和解碼過程比之前的標(biāo)準(zhǔn)（如 H.264）更復(fù)雜，壓縮率更高，解碼需要更多的計(jì)算資源。這意味著在一些低端設(shè)備上可能會(huì)面臨性能問題。
兼容性。 盡管 H.265 已經(jīng)得到廣泛支持，但仍然存在一些老舊設(shè)備不支持 H.265 的硬件解碼，這就會(huì)導(dǎo)致播放器只能使用軟解，會(huì)增加 CPU 的消耗。
硬件解碼：顧名思義就是通過硬件進(jìn)行解碼的計(jì)算，通常是 GPU。 軟件解碼：顧名思義就是通過軟件計(jì)算解碼，軟件計(jì)算主要依靠的是 CPU。CPU 的計(jì)算能力相比 GPU 來(lái)說弱很多，就會(huì)導(dǎo)致 CPU 占用率高，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱發(fā)燙。
所以在設(shè)備相對(duì)較好的情況下，無(wú)腦使用 H.265 是沒有問題的，如果對(duì)于低端設(shè)備使用 H.265 可能會(huì)帶來(lái)性能問題，導(dǎo)致視頻播放卡頓，需要用空間來(lái)?yè)Q時(shí)間了。
視頻分辨率
視頻分辨率跟我們平時(shí)說的圖像分辨率差不多，主要是指 單位英寸中所包含的像素點(diǎn)數(shù)。 可以用長(zhǎng) x *寬的形式表示比如 1280 ** 720 的分辨率，也可以以像素點(diǎn)總數(shù)的形式表示，比如 200 萬(wàn)像素(1920 * 1080)。
常見的分辨率：
720 P(1280 * 720)
1080 P(1920 * 1080)
2K(2560 * 1440)
4K(4096 * 2160)
視頻的分辨率與像素不可分，比如一個(gè)視頻的分辨率為 1280*720,就代表了這個(gè)視頻的水平方向有 1280 個(gè)像素，垂直方向有 720 個(gè)像素。
另外需要知道的：
720P 是指視頻有 720 行像素， P 是 Progressive 逐行掃描 。
2K 是指視頻像素的總列數(shù) 。
MP 是像素總數(shù)，指像素的行數(shù)(P)與列數(shù)(K)乘積的結(jié)果（百萬(wàn)像素） -
1080P 分辨率為 1920 *1080，總像素 2073600，通常將 1080P 叫做 200 萬(wàn)像素分辨率
通常視頻在同樣視窗的情況下，分辨率越高，所包含的像素就越多，視頻畫面就越細(xì)膩、越清晰。
另外需要注意分辨率越大在解析到內(nèi)存之后占用的內(nèi)存也會(huì)更大，這個(gè)原理跟圖片的分辨率對(duì)內(nèi)存的影響是一致的。對(duì)于內(nèi)存優(yōu)化，通常降低分辨率是一個(gè)有效的方式。
視頻幀率
幀率的單位是：FPS 是指每秒幀數(shù)（Frames Per Second）簡(jiǎn)寫：P，“如 30 fps 和 30 p 指的都是每秒鐘播放 30 張圖片的意思” 。
高低幀率：低幀率會(huì)伴隨模糊、卡頓、鏡頭移動(dòng)時(shí)不順暢等問題，但也不是越高越好，會(huì)造成眩暈的感覺。
不同幀率的視頻在不同設(shè)備上播放：
① 若一個(gè)播放設(shè)備最高支持 60fps，在此設(shè)備上播放 120fps 的影片，則播放設(shè)備會(huì)每隔一張刪除 120fps 的影片，被刪除的圖片成為無(wú)效幀。
這就導(dǎo)致高幀率的影片在低幀率的設(shè)備上播放時(shí)，會(huì)降低播放流暢度。
② 若一個(gè)播放設(shè)備最高支持 120fps，在此設(shè)備上播放 60fps 的影片，則播放設(shè)備會(huì)每將每張圖片復(fù)制一張，以填補(bǔ)空缺的幀。但是效果和 60fps 的設(shè)備上播放一樣，對(duì)播放流暢度沒有提升。
幀率是直接影響流暢度的指標(biāo)，視頻一般 24FPS/25FPS 已經(jīng)足夠，低于 24 將會(huì)感到卡頓。
視頻碼率（視頻比特率）
非常非常重要的一個(gè)參數(shù)。
碼率就是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間(1s)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般我們用的單位是 kbps 即千位每秒。
碼率與體積的關(guān)系：
碼率與畫質(zhì)的關(guān)系：
同樣分辨率下，視頻文件的碼率越大，壓縮比就越小，畫面質(zhì)量就越高。碼率越高，精度就越高，處理出來(lái)的文件就越接近原始文件，圖像質(zhì)量越好，畫質(zhì)越清晰，要求播放設(shè)備的解碼能力也越高。
編碼模式碼率取樣率，單位時(shí)間內(nèi)取樣率越大，精度就越高，處理出來(lái)的文件就越接近原始文件，但是文件體積與取樣率是成正比的，所以幾乎所有的編碼格式重視的都是如何用最低的碼率達(dá)到最少的失真，圍繞這個(gè)核心衍生出來(lái) cbr（固定碼率）、vbr（可變碼率）、abr（平均碼率）；
CBR: constant bitrate(固定碼率)
以恒定比特率方式進(jìn)行編碼，有運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，由于碼率恒定，只能通過增大 QP 來(lái)減少碼字大小，圖像質(zhì)量變差，當(dāng)場(chǎng)景靜止時(shí)，圖像質(zhì)量又變好，因此圖像質(zhì)量不穩(wěn)定。
這種算法優(yōu)先考慮碼率(帶寬)。適合在流式播放中應(yīng)用。
CBR 編碼的缺點(diǎn)在于編碼內(nèi)容的質(zhì)量不穩(wěn)定,容易產(chǎn)生馬賽克。因?yàn)閷?duì)于某些較復(fù)雜的圖像比較難壓縮，所以 CBR 流的某些部分質(zhì)量就比其他部分差。
VBR：variable bitrate(動(dòng)態(tài)碼率)
比特分配根據(jù)圖像內(nèi)容的復(fù)雜度進(jìn)行。如果圖像細(xì)節(jié)較豐富或者含有大量的運(yùn)動(dòng)，則給其分配大一點(diǎn)的碼流，若圖像比較平坦，就給其分配較少的碼流， 這樣既保證了質(zhì)量，又兼顧帶寬限制。
這種算法適合圖像內(nèi)容變化幅度較大的情況；
適合的應(yīng)用場(chǎng)景是媒體存儲(chǔ)，不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸；
QVBR（Quality Variable Bit rate）質(zhì)量碼流
QVBR 在 VBR 的基礎(chǔ)上，增加了自適應(yīng)動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制功能。編碼器會(huì)根據(jù)圖像質(zhì)量目標(biāo)和幀率等因素自適應(yīng)調(diào)節(jié)碼率，以確保圖像質(zhì)量。這種編碼方式減少了碼率的小部分波動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響，進(jìn)一步提高了圖像的清晰度和穩(wěn)定性。
優(yōu)點(diǎn)：能夠在保證畫面質(zhì)量的前提下減少碼流的波動(dòng)
缺點(diǎn)：相比 VBR 需要更高的碼率帶寬比。
ABR：average bitrate(平均碼率，是 VBR 的一種插值參數(shù))
CVBR：Constrained VariableBit Rate(有限碼流)
聯(lián)系
幀率相關(guān)
碼率
分辨率：
影響圖像大小，與圖像大小成正比：分辨率越高，圖像越大；分辨率越低，圖像越小
如果限定一個(gè)碼率，比如 800kbps，那么分辨率越高就會(huì)讓編碼器越“為難"，可以想象，它必須拆東墻補(bǔ)西墻，通過減少色彩信息或者引入馬賽克這種“魚目混珠”的手段來(lái)承載足夠多的像素點(diǎn)。所以，同樣的是 2G 的一個(gè)電影文件，1080p 畫質(zhì)的版本可能不如 720p 畫質(zhì)的版本看起來(lái)更清晰。
清晰度：
總結(jié)
沒有完美的算法，無(wú)非是時(shí)間和空間的平衡，二者不可兼得。
作為一個(gè)開發(fā)者，我們需要在用戶的終端性能、網(wǎng)絡(luò)、成本等各方面權(quán)衡，在不同的場(chǎng)景使用不同的參數(shù)的視頻，可以提升用戶的使用體驗(yàn)，降低公司的成本。
在了解各個(gè)參數(shù)之后，在對(duì)視頻做優(yōu)化的時(shí)候就會(huì)游刃有余：
參考文章：
400 186 1886
