帧率与码率的概念

Posted 2020-11-01

音视频有许多概念，帧率跟码率，是其中两个常见的概念。

读者经常会听到“刷新的帧率是多少”或“码率比较高所以要求网速要比较好”等表达。

本文介绍音视频的帧率与码率的概念。

小程之前还介绍了音视频的其它概念，读者可以关注“广州小程”微信公众号，并在“音视频->基础概念与流程”菜单项中查阅相关的文章。

（1）帧率

帧率，表示的是频率，也就是在一段时间，操作的频度。

帧率的具体含义，需要分两个场景来介绍，一个是采集时的场景，另一个是显示时的场景。

（a）采集时

对于自然界的声音或图像来说，要转换成为计算机里面的物件，采集是必须的。

对于图像的采集，一般以摄像头或屏幕作为输入，按一定的规则拍摄图片或截取图片（小程之前介绍过录制视频，读者可以参考这篇文章）。

这个获取图片的规则中，有一项指标，可以称为“取图速度”。明显，取图越快，就越能把变化的细节捕捉到，但图片的总数量也越多，如果这些图片存放在磁盘或在网络上传输，那存储空间与占用的带宽就是要考虑的因素，而这个跟“取图速度”有关。

“取图速度”，一般用单位时间（比如一秒钟）内取几张图来界定，也就是一秒钟有多少帧，单位为fps，比如“我的这个电影是25fps”，就是1秒内我取了25张图。

小程之前介绍“从视频中提取图片”时，传给ffmepg的参数-r，就是一秒钟拿几张图，也是“取图速度”的概念，但这个是从已有视频中提取，而不是从摄像头或屏幕提取。

（b）显示时

采集到图片，经过编码压缩、存储或传输、解码，最终被展示出来。

展示图片时，也有一些展示的规则，这些规则中有一项指标，可以称为“画图速度”。

“画图速度”，就是一秒画出几张图，单位同样为fps。

同样，在源图片连续的情况下，如果画得越快，理论就越平滑。但是，画得越快，就越费劲，甚至根本就没有能力画得那么快。

到底“画图速度”要多快，要看你的目的与实际能力。一般理想的效果是，既让图片展示得平滑，又让显示组件不太忙。

小白：那么，多少fps，才算是平滑？

小程：得看内容变化的情况，如果不经常运动的，那15fps都可能够用了；如果运动剧烈的，那就要画得更快一些，比如30fps、60fps或更高。当然，前提是，采集到的是平滑的。

画得太慢或画得太快，会导致什么问题？这个跟代码逻辑有关。一般来说，对于视频，有声音跟图像，那就要考虑声画同步的问题，其中一个实现逻辑，可以用声音为主，图像落后于声音的pts就渲染图片，否则就等待，如果按这样的逻辑，那么，画得太慢就会出现图像跟不上声音的问题，画得太快则问题不大（只是多一些判断的执行）。如果是其它处理逻辑，则要具体问题具体分析。

总的来说，采集时的“取图速度”以及显示时的“画图速度”，就叫帧率。

一般来说，如果说一个视频的帧率，那指得是采集时的帧率。

小白：我可以这一秒15fps，一下秒就变成30fps吗？

小程：这个叫动态帧率（vfr），不在这里展开了。

接下来，小程演示一下如何改变视频的帧率。

这里用FFmpeg来改变视频的帧率。对于FFmpg的安装与使用，读者可以参考小程之前介绍的文章。

帧率更改前，是这样的：

使用ffmepg命令来修改帧率，更改为1fps（类似于采集，1秒钟拿一张图）：

ffmpeg -i moments.mp4 -y -r 1 moments_1fps.mp4

帧率更改后，是这样的：

然后，这两个不同的采集帧率（左边1fps，右边25fps），对应的视频的效果是这样的：

（2）码率

码率也叫比特率，是在编码压缩时使用的概念。音视频数据，最终用二制数（bit）来表示，1秒钟的数据量，就是码率。单位为bps，或者kbps，比如“我用128kbps来编码mp3文件”。

1秒钟的比特量越多，能表达的细节就越多（比如声音的高频段信息等），占用的磁盘空间越大，如果传输则占用的带宽也越大。

这里演示一下，用ffmepg命令来更改码率。

码率更改前，是这样的：

用ffmpeg命令修改码率：

ffmpeg -i moments.mp4 -y -b:v 50K -b:a 0K moments_50k_br.mp4

码率更改后，是这样的：

两个不同码率（左50kbps，右388kbps），对应视频的播放效果是这样的：

可以看到，左边的非常模糊，甚至出现了马赛克，因为码率太小，压缩得太严重了。

最后，说一下文件大小与码率的关系。

文件大小 = 码率 * 时长。这个适用于固定码率的情况，码率为总的码率（音频+视频+其它）。一般可以根据这个公式，推算出音视频的时长。

同样，可以用ffmpeg命令来修改文件大小（从头截取一段）：

ffmpeg -i moments.mp4 -y -fs 100K moments_fs_100k.mp4

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总结一下，本文介绍了帧率与码率的概念。帧率，一般反映了采集时采集的速度；码率，是编码时的概念，反映了单位时间内用多少bit去描述音频或视频数据。