比特率，帧率，分辨率对视频画质的影响

0.前言

前几天和别人讨论视频编码参数对视频清晰度影响，今日查查文献在此记录总结下。

对最终用户而言，其只关心视频的文件大小和画面质量。
其中画面质量包括：分辨率，清晰度和流畅度。
流畅度：这个因素相对独立，其影响因素就是视频帧率（FPS）
分辨率：视频画面大小
清晰度：单位面积的画面所承载的信息，在对视频进行评价是就是当FPS和分辨率固定时，考察视频的清晰度。

首先我么假定采用的某个固定的编码器（比如x264），在其它参数固定的情况下，考察某个参数对视频的影响。

1. 帧率（Frame Rate）

帧率英文为Frame Rate，单位Frame Per Second（FPS），某些情况简称FPS，指视频每秒包含的帧数。
视频帧率最低设置为24帧，这和人眼的反应速度有关，当帧率低于这个数值时，人眼就会感觉到明显的卡顿。

通常视频的帧率设置为30FPS，也有部分24FPS，其它少见。更低会产生卡顿，更高意义不大，除非存在慢速播放这种场景。

帧率对视频画质没有影响
帧率和视频大小正相关。视频大小和FPS/GOP_SIZE存在一定的线性相关性。

GOP_SIZE是ffmpeg中的一个编码参数，表示的每GOP_SIZE个帧存在一个关键帧。

2. 分辨率

视频分辨率这个概念不多做解释。

2.1 分辨率的影响

分辨率对视频大小和画质有着非常重要的影响。
如果清晰度和流畅度不变，分辨与视频画质，大小正相关。但是前提条件是清晰度不变，单纯的增加分辨并不能带来更好的画质。

下图描述的是同分辨率视频在不同大小的显示器上，观众对画面的主观效果。[1]

结果显示，同等分辨率的前提下，显示屏幕越大，主观感受越差。

2.2 常用的分辨率

如下表所示：[2]

RGB图像分辨率	数据量
QCIF(176×144)	76,032 Byte
CIF(352×288)	304,128 Byte
QVGA(320×240)	230,400 Byte
VGA(640×480)	921,600 Byte
SVGA(800×600)	1,440,000 Byte
SD-PAL(720×576)	1,244,160 Byte
SD_NTSC(720×480)	1,036,800 Byte
HD(1280×720)	2,8764,800 Byte
FHD(1920×1080)	6,220,800 Byte

3. 比特率（Bit Rate）

3.1 概念

比特率，英文为Bit Rate，是指每秒传送的比特(bit)数。[1]
单位为bps(Bit Per Second)
比特率越高，传送的数据越大
在视频领域,比特率常翻译为码率

3.2 比特率的影响

（1）比特率是影响视频清晰度的一个重要参数
当比特率越大，视频清晰度就越高。其影响存在边际效应递减现象，并且存在上限（视频原始数据的画质）。

图片来源[3]

（2）比特率决定了视频大小
视频大小video_size 和比特率BitRate的关系如下：

VideoSize=VideoDuration∗BitRate8

eg:
（1）video information
ffprobe v3.mp4

VideoDuration = 59.56 s
BitRate = 1655 kb/s

VideoSize = 59.56 * 1655 / 8 * 1000 = 12321475b

（2）video size

ll v3.mp4

-rw-r–r– 1 guohe staff 12327444 7 19 2016 v3.mp4

（3）结果
真实大小：12327444
计算大小：12321475
存在一定误差

4. 结论

（1）帧率（FPS）决定视频流产度，对视频大小存在影响
（2）仅仅增加分辨率，会降低视频质量的主观感受；只有在保证清晰度的条件下，才能提高视频质量的主观感受
（3）比特率与视频质量正相关，且存在边际效应递减现象
（4）比特率和视频大小线性相关

5. 参考文献

[1] 图像大小，分辨率与人眼主观感受之间的关系 （与压缩编码无关）
[2] 数字媒体技术揭秘
[3] 视频质量，分辨率以及码率之间的关系