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翻譯、編輯：Alex

技術(shù)審校：章琦

本文來自 OTTVerse，作者為 Krishna Rao Vijayanagar。

Easy-Tech #037#

在本文中，我們將討論 OTT 領(lǐng)域中視頻壓縮和處理的基本問題：碼率 vs. 分辨率，哪一個對視頻流更重要？ 很多人都有此困惑，因?yàn)檫@兩個因素會對編碼器的輸出產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

你認(rèn)為該如何選擇？

選擇 1080p 還是 720p？

選擇 5mbps 還是 3mbps？

選擇 1080p@5mbps，還是 1080p@7mbps？

如果你不知道該如何選擇，那就太好了。這就是我寫作本篇文章的目的：深入淺出地解釋碼率和分辨率的關(guān)系，并幫助你正確選擇編碼器設(shè)置。

讓我們先從理解 碼率（bitrate） 開始。

什么是視頻碼率？

視頻碼率或者碼率是指視頻信息每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)目。碼率的單位通常為：

kbps 或者千比特每秒

mbps 或兆比特每秒

當(dāng)你在壓縮視頻時，你通常需要設(shè)置視頻壓縮軟件不要超過某個特定碼率。

比如，如果你將視頻壓縮軟件的碼率設(shè)置為 3mbps，軟件就會將視頻壓縮為每秒 3mb 的數(shù)據(jù)（平均）傳輸給解碼器或者播放器。這就是碼率。

當(dāng)你在討論碼率時，你實(shí)際上是在討論：視頻壓縮的比率與視頻質(zhì)量損失的平衡。你壓縮得越多，視頻質(zhì)量越低（也并不總是這樣，我們將在下文討論）。

壓縮視頻時，以下幾種算法可以用于碼率控制，它們是：

CBR（恒定碼率，Constant Bitrate）：寧愿視頻質(zhì)量有損失也要優(yōu)先保持碼率恒定。

VBR（可變碼率，Variable Bitrate）：保持恒定的視頻質(zhì)量， 允許碼率波動。

Capped VBR（受限的 VBR）：盡可能保持恒定的視頻質(zhì)量， 允許碼率在設(shè)定的范圍內(nèi)波動。

本文不會詳細(xì)討論上述碼率控制方法，想深入了解的朋友，歡迎閱讀：了解速率控制模式：什么是 CBR、VBR、CRF 和 Capped-CRF？

所以，當(dāng)我們在討論碼率時，需要注意以下幾點(diǎn)：

高碼率視頻的質(zhì)量通常高于低碼率視頻。我說通常，是因?yàn)橐曨l質(zhì)量到達(dá)某一點(diǎn)將不再提升（無論你如何增加碼率）。

碼率是指比特（bit）而非字節(jié)（byte）。

僅碼率并不能決定視頻質(zhì)量，你必須考慮到分辨率、幀率、顯示尺寸等因素。

用于視頻壓縮的編解碼器：H.264/AVC、HEVC、VP9、AV1？如果你更改視頻編解碼器及其設(shè)置（或編碼工具），那么相同的碼率將提供截然不同的視頻質(zhì)量。

碼率如何影響視頻質(zhì)量？

為了理解碼率如何影響視頻質(zhì)量，我們需要先理解視頻壓縮的工作原理。當(dāng)你在壓縮視頻時，壓縮算法做了兩件事：

通過 DCT（離散余弦變換，Discrete Cosine Transform），將視頻從 “像素域” 轉(zhuǎn)換為 “頻率域”。如果你不了解 DCT，可以閱讀我們之前的文章：如何給 5 歲孩子解釋 DCT?

通過一種被稱為量化的技術(shù)舍棄一些頻域信息，同時期望人眼無法感知這種信息損失。

本質(zhì)上，當(dāng)你壓縮視頻時，你正是在丟棄一些信息，同時卻希望視頻質(zhì)量沒有損失。當(dāng)你過度壓縮視頻時，你會丟棄大量信息，這時人眼就能感知到編碼損失。如果你沒有過度壓縮視頻，那么文件會很大，同時視頻質(zhì)量會很棒。

這被稱為視頻壓縮中的 “率失真平衡（RDT，rate-distortion tradeoff）”，碼率越小，視頻質(zhì)量越差（假設(shè)分辨率是固定的）。

RDT 意味著什么？

讓我們來看下面的例子。我們使用 FFmpeg 分別以 1.5 mbps 和 5 mbps 壓縮示例視頻（CrowdRun）。通過下面的視頻截圖，你能告訴我哪一個來自較高碼率視頻，哪一個來自較低碼率視頻嗎？

記住，它們都是 1080p。

1.5mbps

5 mbps

很明顯，上圖的碼率較低，下圖的碼率較高。當(dāng)我們使用 5 mbps@1080p 的碼率時，視頻質(zhì)量很棒。同一個視頻，當(dāng)我們使用 1.5 mbps 的碼率時，CrowdRun 視頻的質(zhì)量變得非常差。

但總是這樣嗎？低碼率總是會產(chǎn)生質(zhì)量差的視頻嗎？我們通過一個簡單試驗(yàn)來回答這個問題。

讓我們使用動畫視頻驗(yàn)證 “低碼率 = 低質(zhì)量” 這個假設(shè)。接下來的視頻，我們使用了很受歡迎的《辛普森一家》的預(yù)告片，并使用 H.264/AVC（確保所有編碼器配置保持一致）分別以 2.5 mbps 和 1 mbps 壓縮視頻。

讓我們現(xiàn)在來看輸出。

1 mbps

2.5mbps

你可以告訴我哪一個看上去質(zhì)量更好嗎？它們看起來差不多，對不對？為什么會這樣？

和上一個使用 CrowdRun 視頻的例子（其中碼率發(fā)揮了很大作用）不同，我們發(fā)現(xiàn)，即使在動畫視頻中使用低碼率我們也能得到不錯的視頻質(zhì)量。

這是因?yàn)閯赢嬕曨l中的運(yùn)動相當(dāng)小，而且視頻中的平滑區(qū)域非常容易壓縮。編碼器便可以非常高效地壓縮動畫片，并在低碼率時達(dá)到很棒的質(zhì)量。

所以，在壓縮前了解你的視頻內(nèi)容非常重要。

提示： 你可以閱讀這篇文章來了解更多視頻壓縮的知識：視頻編碼完全指南。

既然我們已經(jīng)理解了什么是碼率，接下來就讓我們了解視頻的分辨率（resolution）以及它對輸出視頻質(zhì)量的影響。

什么是視頻分辨率？

視頻分辨率是指視頻的寬度乘以高度，其中衡量分辨率的單位是像素。

視頻分辨率通常以兩種方式表示：

使用視頻高度：如 1080p 或 720p

或者使用視頻寬乘高：如 1920×1080 或者 1280×720

在下表中，我們列出了 OTT 視頻流中常用的視頻分辨率：

OTT 視頻流中常用的視頻分辨率

視頻分辨率在視頻傳輸中非常重要，因?yàn)樗绊懼脩舻挠^看體驗(yàn)。大部分視頻播放器會根據(jù)觀看窗口或者設(shè)備的屏幕分辨率自行調(diào)整。

如果你的用戶觀看的是 48 寸的電視，然后你發(fā)給他一個 360p 的視頻，那么他的視頻播放器就會上采樣視頻，以使視頻適應(yīng)電視的顯示窗口。不過，如果你將視頻分辨率從 360p 上升到 1080p，那么視頻質(zhì)量也會變得很糟糕。

另一方面，如果你的用戶使用的是智能手機(jī)，你發(fā)給他一個 UHD 視頻，他很可能不會感謝你所提供的高質(zhì)量，因?yàn)樗氖謾C(jī)無法顯示 UHD 分辨率。視頻應(yīng)用將更改分辨率以適應(yīng)設(shè)備屏幕。在提供流暢觀看體驗(yàn)方面，碼率和分辨率發(fā)揮了重大作用，我們將在下文了解。

其次，當(dāng)視頻分辨率較低（如 480p）時，如果你為編碼器提供了比較大的碼率預(yù)算（可能是 5mbps），使用出色的視頻編碼器（如 HEVC 或 AVC），選擇編碼器能處理的最復(fù)雜的設(shè)置，那么視頻質(zhì)量肯定會很棒！

你發(fā)現(xiàn)我們剛才做了什么嗎？

我們沒有說 “使用高碼率” 或 “使用高分辨率”！我們提到了一系列因素，并說明需要考慮到所有因素，才能幫助你獲得高質(zhì)量的視頻！

碼率和分辨率：哪個更重要？

我希望前面的介紹已經(jīng)能夠說服你二者都很重要 —— 碼率和分辨率對于實(shí)時視頻流都很重要。

在壓縮視頻前，了解以下幾件事對于你來說很重要：

首先，你需要了解你的觀眾（再怎么強(qiáng)調(diào)也不過分）。

你的觀眾平時常用的帶寬是多少？你是為擁有高速互聯(lián)網(wǎng)的城市居民提供視頻服務(wù)，還是為低網(wǎng)速的鄉(xiāng)村人口提供服務(wù)？

他們是使用固定連接的網(wǎng)線，還是使用移動互聯(lián)網(wǎng)？

你的終端用戶使用什么設(shè)備？ 他們平時會看大屏幕的智能電視嗎？還是使用智能手機(jī)看視頻？

你所提供的視頻服務(wù)的內(nèi)容屬性是什么？ 是充滿各種動作的電影、體育賽事，還是沒有那么多動作的新聞，亦或是很容易壓縮的動畫片？了解你的內(nèi)容。

你有多少時間壓縮視頻？ 如果你分別花了 15 分鐘和 3 小時來壓縮 3mbps 的視頻，那么很可能花費(fèi) 3 小時壓縮的視頻質(zhì)量更好，因?yàn)橛懈鄷r間來應(yīng)用復(fù)雜的算法并提高視頻質(zhì)量。如果你的時間很少，你可能要考慮降低視頻分辨率來快速壓縮視頻，并配置更合適的碼率。

你使用哪種視頻編解碼器？ 目標(biāo)觀眾的設(shè)備能否解碼 H.264/AVC、 HEVC、AV1 或者 VP9？

詢問和回答這些基本問題會幫助你確定你的碼率和分辨率。

現(xiàn)在，讓我們來看幾個實(shí)際的例子，其中你需要選擇碼率 - 分辨率組合。

目標(biāo)觀眾只在智能手機(jī)上觀看視頻。 這種情況，你應(yīng)該考慮較低碼率（也許一個 1080p），并專注于創(chuàng)建更多分辨率為 720p 和碼率在 2~3mbp 的組合。這樣用戶就能將碼率降低到更適用移動環(huán)境以及數(shù)據(jù)連接較差的情況。

目標(biāo)觀眾為城市居民，并只在智能電視或者 Roku 上觀看視頻。 在這種情況下，你可以輕松創(chuàng)建兩到三個 1080p 的視頻流：如 1080p 8mbps、1080p 6mbps、1080p 4mbps，并根據(jù)用戶的帶寬選擇合適的視頻流，因?yàn)槟銕缀蹩梢源_定用戶網(wǎng)絡(luò)帶寬良好，而且 1080p 在大電視上看起來會很不錯。

新聞和脫口秀直播：全天候。 在這種情況下，編碼器可以輕松且高效地壓縮視頻，所以你可以選擇 1080p 和 3~4mbps，并將獲得非常高的視頻質(zhì)量。

因此，你應(yīng)該做的第一件事就是深入理解你的目標(biāo)觀眾以及他們的視頻觀看習(xí)慣。通過分析這些信息，你可以輕松地確定你需要用來壓縮視頻的不同碼率和分辨率。

結(jié)語：碼率 vs. 分辨率

現(xiàn)在，我們已經(jīng)結(jié)束了對于碼率、分辨率和它們二者哪一個對于視頻壓縮更重要的討論。

我希望你可以理解它們的區(qū)別，以及你需要如何使用碼率和分辨率（以及其他許多因素）來達(dá)到出色的視頻質(zhì)量。

我們下次再見，保重！Happy streaming！

致謝：

本文已獲得作者 Krishna Rao Vijayanagar 授權(quán)翻譯和發(fā)布，特此感謝。

原文鏈接：

https://ottverse.com/bitrate-vs-resolution-video-streaming-compression/