视频流的视频比特率与分辨率

在本文中，我们讨论了 OTT 视频压缩和处理中的一个基本问题——“比特率与分辨率——哪个对视频流更重要？”。很多人都有这种困惑，因为这两个因素对编码器的输出都有非常深远的影响。

前段时间，我们写了一篇关于使用顶级开源软件HandBrake 压缩视频的文章。在 HandBrake 中，您也需要决定要使用哪种比特率和分辨率组合来压缩视频。看看 HandBrake 提供的所有选项——真是令人难以置信！

你觉得你应该怎么做？

• 选择 1080p 还是 720p？
• 选择 5mbps 还是 3mbps？
• 选择 1080p @ 5mbps 还是 1080p @ 7mbps？

如果你感到困惑，那完全没问题。这就是写这篇文章的原因——揭开比特率和分辨率之间关系的神秘面纱，帮助您做出正确的编码设置选择。

让我们首先了解什么是比特率。

什么是比特率或视频比特率？

视频比特率或简单地说，比特率是每秒传输的视频信息的比特数。比特率的单位通常是

• kbps 或千比特每秒
• mbps 或每秒兆位

压缩视频时，通常必须告诉视频压缩软件它不应超过特定比特率。

例如，如果您告诉您的软件以 3mbps 的速度压缩，则该软件将每秒压缩视频，这样只有 3mb 的数据（平均）被发送到解码器或播放器。这就是比特率的意思！

当您谈论比特率时，您实际上是在谈论编码器在牺牲视频质量的同时压缩视频的程度。压缩得越多，视频质量就越低（并非总是如此，我们稍后会看到）。

有几种算法可以决定和使用比特率值来压缩视频，它们是 –

1. CBR 或 Constant Bitrate：比特率保持不变，同时牺牲视频质量
2. VBR 或可变比特率：视频质量保持不变，同时允许比特率波动
3. Capped VBR 或 Capped Variable Bitrate：视频质量保持不变，同时允许比特率在限制或上限内波动。

对这些速率控制方法的详细讨论对于本文来说太多了，我们将在专门的文章中深入探讨。

所以，当我们谈论比特率时，有几件事需要注意——

1. 比特率较高的视频*通常*质量高于质量较低的视频。我说“一般”是因为视频质量不会提高到一定程度（比特率增加多少）。
2. 它是“位”而不是“字节”。
3. 比特率 *单独* 并不能决定视频的质量，您必须考虑其他因素，例如分辨率、帧速率、显示尺寸等。
4. 用于视频压缩的编解码器：H.264/AVC、HEVC、VP9、AV1？如果您更改视频编解码器及其设置/工具，相同的比特率将提供截然不同的视频质量。

比特率如何影响视频质量？

要了解比特率如何影响视频质量，了解视频压缩的工作原理很重要。当你压缩视频时，压缩算法会做两件事——

• 使用离散余弦变换或 DCT 将视频从“像素域”转换为“频域”。
• 使用量化以人眼无法察觉这种信息丢失的方式丢弃大量频率。

本质上，当您压缩视频时，您会丢弃一些信息，这样视频质量就不会丢失。如果你对视频进行大量压缩，你会丢失很多信息，压缩的效果是视觉上可感知的。如果您不对视频进行大量压缩，那么文件会很大，但视频质量非常好。

这称为视频压缩中的速率失真权衡。速率越小，视频质量越差——假设分辨率是固定的。

“率失真权衡”是什么意思？

让我们看一个例子。我们拍摄了一个示例视频 (CrowdRun) 并使用 FFmpeg以 1.5 mbps 和 5 mbps 的速度对其进行了压缩。从下面的视频截图中，你能告诉我哪个是高码率视频和低码率视频吗？

请记住，两者都是 1080p。

好吧，很明显，上面一张是较低的比特率，第二张截图是较高的比特率。当我们使用 5 mbps @ 1080p 的比特率时，视频质量非常好，而对于同一视频，当我们使用 1.5 mbps 的比特率时，CrowdRun 视频的质量非常差。

但是，这总是正确的吗？低比特率总是会产生质量差的视频吗？让我们运行一个快速实验来回答这个问题！

让我们使用卡通视频来测试“低比特率 = 低质量”假设。对于下一个实验，我们采用流行的辛普森一家预告片 (1080p) 并使用 H.264/AVC 将其压缩为 2.5 mbps 和 1 mbps（并确保所有编码器配置保持不变）。

现在让我们看看输出。

现在，你能告诉我哪一个看起来更好吗？他们看起来很相似，对吧？你为什么认为这是？

与之前使用 CrowdRun 的实验不同，比特率发挥了巨大的作用，我们发现在卡通视频中使用低比特率可以获得非常好的质量。

这是因为卡通视频中的运动非常低，而且平面很容易压缩。这使得编码器可以非常有效地压缩卡通片——并以低比特率提供高质量。

现在我们已经了解了什么是比特率，让我们继续讨论视频的分辨率，看看它对输出视频质量的影响。

什么是分辨率或视频分辨率？

视频分辨率或视频分辨率是视频的宽度乘以视频的高度。视频分辨率的度量单位是像素。

视频分辨率通常以两种方式表示 –

1. 使用视频的高度，如 1080p 或 720p。
2. 或者，通过提及宽度和高度的值 – 1920×1080 或 1280×720。

在下表中，我们列出了 OTT 视频流中一些最流行的视频分辨率。

OTT 视频流中使用的流行视频分辨率

视频分辨率在视频流中非常重要，因为它会影响用户看到的内容。大多数视频播放器会自行调整以适应观看窗口或设备的屏幕分辨率。

如果您的用户有一台 48 英寸的电视并且您向他发送了一个 360p 视频，那么他的电视的视频播放器将升级视频以适合电视的显示窗口。而且，如果将 360p 升级到 1080p，质量也不会很好。

另一方面，如果您的用户有智能手机并且您向他发送超高清视频，那么他不太可能欣赏视频质量，因为他的手机无法显示超高清分辨率。该应用程序将更改分辨率以适合设备的屏幕。分辨率和比特率在创造流畅的观看体验方面起着巨大的作用，我们将在接下来看到。

其次，当视频分辨率较小（例如 480p）时，如果您为编码器提供较大的比特率预算（可能是 5mbps），请使用良好的视频编解码器（如 HEVC 或 AVC），并选择最复杂的编码器设置可以处理，那么质量会很棒。

你看到我们刚刚在那里做了什么吗？

我们没有说“使用高比特率”或“使用高分辨率”！我们提到了很多因素，并表示将所有这些因素放在一起将有助于您获得高质量的视频！

这让我们回到了第一个问题——哪个更重要？比特率还是分辨率？

比特率或分辨率 – 哪个更重要？

我希望前面的部分已经让您相信这两者都很重要——比特率和分辨率对于直播视频流都非常重要。

在压缩视频之前了解一些事情很重要 –

1. 首先，了解您的听众。我怎么强调都不过分！
2. 您的听众拥有的典型带宽是多少？您是否正在通过高速互联网流式传输到城市人口？还是网速低的农村人口？
3. 他们使用固定连接（有线互联网）吗？或者，他们是否总是在移动并使用他们的移动数据计划？
4. 您的最终用户使用什么设备？他们通常是在大屏幕智能电视上观看，还是主要使用手持智能手机？
5. 您流式传输的内容的性质是什么？是高动作电影、体育或新闻等低动作内容，还是卡通等易于压缩的内容？了解您的内容。
6. 您有多少时间来压缩视频？如果你花 15 分钟而不是 3 小时来压缩 3mbps 的视频，那么使用 3 小时压缩的视频很可能看起来更好，因为它有更多时间应用复杂的算法并提高视频质量。如果您的时间很少，您可以考虑降低视频的分辨率以快速压缩它并更好地使用可用的比特率。
7. 您应该使用哪种视频编解码器？您的目标受众的设备是否能够解码 H.264/AVC、HEVC、AV1 或 VP9？

询问和回答这些基本问题将帮助您决定比特率和分辨率。

现在，让我们看一些您需要选择比特率分辨率组合的实际示例。

1. 目标观众只在他们的智能手机上观看视频：在这种情况下，您应该考虑较低的比特率，也许是一个 1080p，并专注于创建更多 720p 和比特率在 2 – 3 mbps 左右的组合。这将允许您的用户降低到可能更适合他们的移动生活方式和数据连接不佳的可能性的比特率。
2. 目标观众是城市人，只能在 SmartTV 或Roku上观看视频：在这种情况下，您可以轻松创建两个或三个 1080p 变体，例如 1080p 8mbps、1080p 6pmbps、1080p 4 mbps，并让您的比特率阶梯加载在较重的一侧因为您几乎可以确定您的用户可以访问高速互联网，并且 1080p 在大型电视上看起来不错。
3. 流媒体新闻和脱口秀，24×7：在这种情况下，编码器很容易非常有效地压缩您的视频，因此您可以选择 1080p 和 3-4 mbps 并最终获得真正高质量的视频。

这样，您首先要做的就是深入了解您的目标受众及其流媒体习惯。通过分析此信息，您可以轻松决定压缩视频所需的各种比特率和分辨率。

总结——比特率与分辨率

这使我们结束了关于比特率、分辨率以及了解两者中哪一个对视频压缩更重要的讨论。

我希望您了解两者之间的区别，以及您需要如何同时使用比特率和分辨率（以及许多其他因素）来获得出色的视频质量！

作者：Krishna Rao Vijayanagar博士，OTTVerse 的创始人
原文链接：https://ottverse.com/bitrate-vs-resolution-video-streaming-compression/