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图像和流媒体 -- 帧率、分辨率、码流的概念和关系

时间:2023-02-25 13:32:39浏览次数:53  
标签:码流 profile 流媒体 -- 分辨率 High H.264 图像


一、帧率、分辨率、码流的概念和关系

1、帧率(Frame Rate)

一帧就是一副静止的画面,连续的帧就形成动画,如电影等。我们通常所说的帧数就是在秒钟时间里传输的图片的帧数,通常用fpsFrames Per Second)表示。每一帧都是静止的图像,快速连续地显示帧便形成了运动的假象,还原了物体当时的状态。高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。一般来说,图像帧率设置为25fps30fps已经足够。

2、码流(Data Rate)

码流是指视频图像经过编码压缩后在单位时间内的数据流量,也叫码率,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。同样分辨率下,压缩比越小,视频图像的码率就越大,画面质量就越高。

3、分辨率(Resolution)

视频分辨率是指视频成像产品所成图像的大小或尺寸,它的表达式为:“水平像素数*垂直像素数”。常见的图像分辨率有QCIF(176×144)、CIFDPP1920*1080)。摄像机成像的最大分辨率是由CCD或CMOS感光器件决定的。现在有些摄像机支持修改分辨率,是通过摄像机自带软件裁剪原始图像生成的。

4、分辨率、帧率及码流之间的相互关系

可以用下图简单表示:

图像和流媒体 -- 帧率、分辨率、码流的概念和关系_码流

 

对于静止的图像,用较低的码流即可以获得较高的图像质量;对于运动的图像,需要配置较高的码流。举个例子,针对的摄像机来说,典型码率为:2M,对于室内场景,因运动物体较少、速度较小,配置码流即可满足要求;对于道路监控场景,因车流速度快,场景变换大,可能需要配置4M码率。实际应用中,我们应该配置为变码率,使其更好地适应场景变化。

5、计算公式

在PAL制情况下:

CIF 352×288的分辨率,建议码流设置为512kbps,用0.5M的带宽传输
4CIF 704×576的分辨率,建议码流设置为2048kbps,用2M的带宽传输,但是使用1536bps也可。

第一步:根据式(1)计算单个通道每小时所需要的存储容量S1 , 单位MByte。
                         S1=D / 8 * 3600 / 1024 
其中:D- 码率(即录像设置中的“位率/位率上限”),单位Kbit/s
 

第二步:确定录像时间要求后,根据式(2)计算单个通道所需要的存储容量S2, 单位MByte
                    S2=S1 * 24 * t
其中:t为保存天数 24表示一天24小时录像
第三步:确定视频通道数 计算最终所需容量S3
S3=S2 *N
其中:N为视频通道数

6、举个例子

参看:DM365表现性能

图像和流媒体 -- 帧率、分辨率、码流的概念和关系_码流_02

 

这个上面的 1080P@30fps 即分辨率 1920x1080、帧率 30fps

这里有个一个有意思的地方 H264 BP/MP/HP  这是什么?

其实上一讲里有提到的,只不过直接粘贴了一个链接都也没讲。

profile_idc = 77 // 0100 1101 u(8)  Main    参看:​​H264 各profiles用途和特点​​

 

H.264编码四种画质级别
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),高清放松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,并不是民用级别的,上面所给出的60HZ只是理想状态下的场频,而它的行频为67.5KHZ,目前还没有如此高行频的电视问世,实际在专业领域里1080P的场频只有24HZ,25HZ和30HZ。
    需要指出的一点是,D端子是日本独有的特殊接口,国内电视几乎没有带这种接口的,最多的是色差接口,而色差接口最多支持到D4,理论上肯定没有HDMI(纯数字信号,支持到1080P)的最高清晰度高,但在1920:1080以下分辨率的电视机上,一般也没有很大差别.

H.264有四种画质级别,分别是BP、EP、MP、HP:
  1、BP-Baseline Profile:基本画质。支持I/P 帧,只支持无交错(Progressive)和CAVLC;
  2、EP-Extended profile:进阶画质。支持I/P/B/SP/SI 帧,只支持无交错(Progressive)和CAVLC;
  3、MP-Main profile:主流画质。提供I/P/B 帧,支持无交错(Progressive)和交错(Interlaced),
    也支持CAVLC 和CABAC 的支持;
  4、HP-High profile:高级画质。在main Profile 的基础上增加了8x8内部预测、自定义量化、
    无损视频编码和更多的YUV 格式;

 

    想要说明H.264 HP与H.264 MP的区别就要讲到H.264的技术发展了。JVT 于2003年完成H.264基本部分标准制定工作,包含Baseline profile、Extended profile和Main profile,分别包括不同的编码工具。之后JVT又完成了H.264 FRExt(即:Fidelity Range Extensions)扩展部分(Amendment)的制定工作,包括High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P)4个profile。
  H.264 Baseline profile、Extended profile和Main profile都是针对8位样本数据、4:2:0格式的视频序列,FRExt将其扩展到8~12位样本数据,视频格式可以为4:2:0、4:2:2、4:4:4,设立了High profile(HP)、High 10 profile(Hi10P)、High 4:2:2 profile(Hi422P)、High 4:4:4 profile(Hi444P) 4个profile,这4个profile都以Main profile为基础。
  在相同配置情况下,High profile(HP)可以比Main profile(MP)节省10%的码流量,比MPEG-2 MP节省60%的码流量,具有更好的编码性能。根据应用领域的不同,Baseline profile多应用于实时通信领域,Main profile多应用于流媒体领域,High profile则多应用于广电和存储领域

 

图像和流媒体 -- 帧率、分辨率、码流的概念和关系_码流_03

标签:码流,profile,流媒体,--,分辨率,High,H.264,图像
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