视频基础小结
最近的业务恰巧涉及到了视频相关的测试，也正逢直播答题类节目如火如荼之际，所以和大家分享些视频相关的基本知识。
视频初体验
大多数人接触视频应该都是从动画片开始的。动画片是视频的一种，画面是构成视频最重要的存在形式。利用人眼的视觉延迟原理，将画面以一定的帧率播放，便可以呈现连贯的视频。我们观看视频，最直观的体验应该是视频是否卡顿，以及播放画面是否清晰，这些体验问题又与视频文件的参数设置紧密相关。 那接下来我们看一看与视频有关的参数。
视频基本参数
l 帧率
帧率，即每秒显示帧数（Frames per Second，简称fps）。理解起来比较直观，故引用百度百科的描述。由于人眼睛生理结构的特殊性，当所看画面的帧率高于16的时候，就会认为画面是连贯的，此现象称为视觉暂留。这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来，然后快速播放的。一般而言，帧率越高，体验越好。通常的电影拍摄及播放帧率均为每秒24帧；对于游戏而言，如果fps<30的话，就会显得不连贯，移动开发中要想保证有流畅的游戏体验，必须尽可能地将显示性能优化到60fps。所以问题来了--
为什么同样是连贯的视觉体验，电影只需要24fps，游戏需要至少30fps?
之所以如此，是由于电影和游戏画面生成方式有着本质上的不同。
电影的画面是拍摄的实际场景，在快门时间内传感器和胶片持续曝光，场景的动态变化都会被拍摄下来，间隔一段时间后在另一张胶片上再曝光一段时间。如此得到的每一帧画面包含信息量都很大。运动的场景在电影的画面上会有一条运动轨迹，这个现象叫做动态模糊。而游戏的画面是由显卡生成的，每一帧由显卡计算生成的画面都清晰地展示着瞬时信息，但帧与帧之间的过程是缺失的，不会出现刚才所说的动态模糊现象。所以游戏的帧数需要足够高，让帧与帧之间的变化尽量小，如此才会产生较好的游戏体验。现在很多赛车类的单机游戏，当速度变得很快的时候，也会加上模拟动态模糊的特效，虽然是模拟出来的效果，但也在一定程度上起到了优化用户体验的作用。
另外，对于游戏而言，流畅感并不仅仅来自于视觉方面，操作的流畅也是一个不可忽视的问题。决定操作流畅感的，主要是操作响应时间。这是指玩家进行操作后，游戏画面反映出该操作的结果所需要的时间。根据目前大多数游戏引擎运行的方式，操作相应过程至少需要3帧画面的时间间隔才能体现。帧率为30fps时，每帧显示33ms，响应极限大概是100ms；帧率为60fps时，每帧显示16ms，响应极限大概是50ms。单从这来看，对游戏玩家而言，帧率为60fps明显会比30fps流畅。
既然帧率越高，体验越好，究竟为什么移动开发性能优化的目标是60fps，而不是更高呢？
这其中的原因就要从我们使用的设备说起了。液晶显示器刷新率一般都在60帧，开启垂直同步（显示器刷新速率=GPU渲染速率）后，画面也只能锁死在60帧。那为什么要开垂直同步呢，其实是为了解决偶尔发生的画面撕裂的情况。视频播放时，显卡生成图像的频率和显示器刷新图像并显示的频率是互相独立的。前者频率是变化的，而后者频率是固定的，如果二者之间不同步，很容易出现在下一帧图像未渲染完毕时，显示器已经开始绘制显示了。如下图，上下屏出现了横向错开的情况。
l 分辨率
说到分辨率，必然会涉及到像素的概念。像素可被视为图片中不可分割的单位，以一个单一颜色的小格存在。像素是分辨率的单位，通常我们说的相机像素，其实是最大像素值的意思，即相机所支持的最大有效分辨率。例如，500万像素的相机，其分辨率为2560*1920。常用的分辨率单位有：dpi（点每英寸）和ppi（像素每英寸），很多UI设计稿中也会以dpi为单位。
分辨率可以分类为两个方向，显示分辨率和图像分辨率。
显示分辨率，又称屏幕分辨率，是指显示器所能显示的像素有多少。显示器尺寸固定时，可显示像素越多，显示分辨率越高，画面就越精细；显示分辨率一定时，显示器尺寸越小，画面越精细。
图像分辨率，则是单位英寸内所包含的像素点数。图像分辨率一定程度上决定着图像输出的清晰度，和图像尺寸一起决定了文件占用磁盘空间的大小。
同样在此我们引入两个问题：
如何避免通过微信发送的视频或图片，查看时清晰度下降的问题？
微信在网络数据传输时，为了节省用户流量会将视频或图片进行压缩。对方用户收到的图片分辨率会比较低，因而影响了清晰度。这本来是一个贴心的设计，有时候也给用户带来一些困扰。但微信自身也提供了相应的解决方案，即“原图发送”。细心的用户会发现，原图发送对于图片而言不会再降低其分辨率，但以原图形式发送的视频其分辨率还是会下降。如下图分别为iPhone 6s系统相机拍摄视频和通过微信“原图发送”的视频参数对比。源文件分辨率为1920*1080，文件大小108MB，通过微信“原图发送”后的视频文件分辨率为960*544，文件大小为6.67MB。所以如果想发送一个体积较大的视频文件，我们还是需要采取其他的方式。
压缩成低分辨率的视频转为高分辨率，画面会清晰么？
影响视频清晰度的主要因素有三个：一是视频格式，二是视频分辨率，三是我们稍后说到的视频码率。假设其他两个因素相同的情况下，压缩后分辨率低的视频转为高分辨率，一般画面也是不会变清晰的。因为压缩时降低分辨率，信息的损失是不可逆的。非严格意义上说，分辨率下降就是将原来四个像素的颜色混合平均，变成一个像素的颜色。但这并不代表通过这种方式提高分辨率，画面一定不会变清晰。对于色彩变化规律性较强，色彩分布简单有序的视频，在提高分辨率的时候，画质是有可能提升的。
l 码率
码率是数据编码传输时单位时间内传送的比特位数，常用单位为bps(Bit per Second)。通俗一点就是取样率，单位时间内取样率越大，精度越高，处理出来的文件就越接近源文件。但是文件体积与取样率是成正比的，几乎所有的编码格式都很注重如何用最低的码率达到最小的失真（编码时会有数据量的压缩，可以通过控制压缩比来控制编码压缩后的码率）。文件体积与码率的关系为：文件体积（单位：M）=视频时长（单位：s）x码率/8。例如，网络上的一部90分钟1Mbps码率的视频文件，其体积就为5400s x (1Mb/s)/8 = 675MB。通常来说，一个视频文件包括了画面和声音。视频和音频有其各自不同的采样方式和比特率，我们所说的一个视频文件码率大小，一般是指视频文件中音频和视频信息码率的总和。
既然刚才提到了视频文件的几个基本参数，那么帧率，分辨率和码率这几个参数对视频清晰度有怎样的影响呢？
首先我们通过两个计算公式来将这几个参数结合起来：
帧率 x 分辨率 = 压缩前的每秒数据量
压缩前每秒数据量 / 压缩比 = 码率
所谓“清晰”，是指画面细腻，没有马赛克，并不是分辨率越高图像就越清晰。
在码率一定的情况下，分辨率与清晰度成反比关系，分辨率越高，图像越不清晰；在分辨率一定时，码率和清晰度成正比关系，码率越高，图像越清晰。
好的画质是帧率、分辨率和码率三者之间的平衡：
(1) 根据支持的业务，设置适当的帧率。如果限定码率时，帧率越高，编码器就必须加大对单帧画面的压缩比，也就是需要降低画质来承载足够多的帧数；
(2) 码率不是越大越好，因为码率越大每秒钟需要用更多的数据量来对应较高的清晰度，可能意味着更多的费用开支；
(3) 分辨率不可盲目攀高，如上所说，码率一定时，分辨率越高，图像就越不清晰，反而适得其反。
当然，画质能否达到最佳效果，还可能受到很多其他因素的影响。但是协调控制好我们刚才所说的几个基本参数，一般就能让用户收获较好的视觉体验了。
参考文档链接：
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