视频的比特率、关键帧、FPS啥意思？

零、背景

元旦那天，我在《观看得到与B站的跨年晚会》文章提到，B站的年会很精彩。

从看了B站元旦晚会之后，我就在琢磨着，通过录一下视频来分享数据结构算法与计算机技术。

后来也录了比赛视频，以及采集CPU的相关视频。

但是，录得视频有时候不清晰，有时候声音太小，有时候杂音太多。

我研究了一番，发现是参数配置的问题，涉及视频比特率、关键帧间隔、音频比特率、分辨率、FPS等。

如果不了解这些参数的含义，想调好参数自然很难。

所以我查阅了大量的资料，了解了一下这些参数都是什么含义，分享给大家。

一、帧 Frame

人眼很奇怪，比如看一个快速画圆圈的燃烧的火把，会看到一个火组成的圆圈。

明明只有一个火把，我们却看到了一圈火把，这种现象称为视觉暂留。

科学研究发现，人眼看到的图像会在眼中保留1/24秒，当一秒看到的图像超过24张时，就可以看到动画的效果了。

这种科学现象也是我们能够制作视频的基础，播放器每秒播放的图像超过24张，看到的画面就是连续的了。

视频中的每一张图片我们就称为一帧。

二、帧率 FPS

每张图片是一帧，图片的个数称为帧数，每秒图片的个数称为帧率，俗称 FPS。

公式：帧率=帧数/时间

帧率对于视频很重要，为了视频连贯，一般最低是 30。
帧率越大，视频看起来越流畅，但是超过一个临界点后，人眼就区分不出差异了。

游戏玩家应该对这个很清楚，一般有一个FPS与体验感的关系。

30FPS 左右，勉强能玩
60FPS 左右，普通 90FPS 左右，优良
120FPS 以上，非常良好

这样看来，我们录视频的视频，FPS 可以设置为 60 或 90 了。

为什么要设置为整数呢？而且是 30 的倍数， 后面会介绍原因。

三、关键帧

之前提到，动画是连续的图片组成，而且每秒有几十上百张，假设是 60 张。
那一个 60 秒的视频，就需要 3600 张图片组成，这样视频就会非常大了。
所以需要想办法减少视频的大小。

程序员们很聪明，很快发现短时间内图片其实是相似的，完全可以只储存一张图片。
周围的图片只储存差异值，播放的时候动态计算出图片即可。
这个在计算机中称为增量储存。

那是不是我们可以只保留一张图片，后面的都通过差异来计算呢？
可以是可以，但是这样播放体验就会特别差。

比如我们拖动进度条了，如果只有一张原始图片，那我们就需要把前面的图像全部下载下来才能计算出当前的图片。

所以实际应用的时候，对这些图片进行了分组。
若干帧数组成一组，一个组内保留一张图片。
每一组称为一个 GOP， GOP 里保留的完整图片称为关键帧。

了解了关键帧，那关键帧间隔就容易理解了。
大概含义就是多少帧遇到一张关键帧，也等价于 GOP 的大小。

一般，为了防止卡顿，GOP 的间隔建议为2秒，最长不超过4秒。

上面提到过 FPS，即每秒的帧数，我配置的是 60。
两个通过相乘，可以得到 GOP大小，建议范围是 120 ~ 240。

当然，如果把 FPS 设置为 30 的话，GOP 就应该是 60 ~ 120。
如果把 FPS 设置为 90 的话，GOP 就应该是 180 ~ 360。

现在我们需要配置 GOP 和 FPS， 还要把这个时间控制在 2~4 秒内，为了容易计算，我们一般都使用 30 的倍数。
这样 GOP 的间隔 就比较精确了。

目前我的配置是 FPS 为 60， 2秒一个分组，即 GOP 大小为 120。

四、比特率

视频比特率是每秒传输的比特数。

啥是比特？大家可以理解为视频的数据即可。

还有一个概念大家应该都知道：分辨率。

分辨率就是一张图片的大小，常见的有640 x 480、1280 x 720、1920 x 1080等。
分辨率越大，一张图像需要的内存也越大。

而结合 GOP 帧数 与 FPS 每秒帧数，我们就能计算出视频平均每秒有多少比特了。

但是呢，通过分辨率、FPS、GOP三个指标来评估一个视频不好标示。

所以大家都是通过每秒的比特来评估一个视频怎么样的，俗称码率。

细心的朋友可能已经在心里默默计算码率了。
压缩前，一算，哇，好大。
一秒的视频竟然需要几百兆比特，所以这里的码率控制至关重要了。

最简单的方法是调整 FPS，比如 60 调成 30， 码率一下减半。

而比较高级的方法是调整压缩算法，比如数据抽样储存。
这也是为什么看视频的视频，明明是1080P，也很流畅，但是画面就是不清晰。
那都是压缩算法在控制。

五、最后

好了，到现在为止比特率、关键帧、FPS我们就都知道了。

FPS：每秒帧数用来控制视频的流畅程度，30和60都行。
GOP：关键帧间隔，越小图片质量越高，一般在2~4秒。
分辨率：当然选择 1080P的了。
码率：FPS选择 30 的话，建议在 3000-6000之间，FPS是 60的话，建议在4500-9000之间。

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