主要包括视频分辨率、帧率、码率、清晰度、网络带宽等.

1. 视频分辨率

分辨率就是1920×1080分辨率、600×400分辨率等,分辨率影响视频图像的大小.

分辨率与视频图像大小成正比: 视频分辨率越高,图像越大,对应的视频文件本身大小也会越大.

$$ 分辨率\text{px} = \text{VideoWidth} \times \text {VideoHeight} $$

2. 视频码率

视频码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数,一般用的单位是kbps,即千位每秒(1KB/S=8Kbps). 码率是指视频文件在单位时间内使用的数据流量,也叫码流率.

码率越大,说明单位时间内取样率越大,数据流精度就越高,处理出来的文件就越接近原始文件,这样表现出来的的效果就是: 视频画面更清晰画质更高.

码率计算公式为:

$$ 码率(kbps) = 文件大小(KB) * 8 / 时间(秒) $$

[1] - 例如,D5碟,容量4.3G,考虑到音频的不同格式,算为 600M,则剩余容量为4.3x1024-600=3803.2M,所以视频文件应不大于3.7G.

假设视频文件大小为3.446G,视频长度100分钟(6000秒),计算结果: 码率约等于4818kbps(3.446 1024 1024 * 8 / 6000 = 4817.857).

[2] - 再比如,被压缩的1080P的视频,假设视频长度为100分钟,文件大小为1GB.

时间(秒) = 100X60s=6000s;

文件大小(bit) = 1GB=1024MB= 1024X1024KB=1024X1024X1024Byte=1024X1024X1024X8bit=8589934592bit;

视频码率 = 8589934592 / 6000 = 1.4Mbit/s.

也就是说视频的大概码率是1.4Mbit/s

一般来说,如果是1M的宽带,在网上只能看不超过1024kbps的视频,超过1024kbps的视频只能等视频缓冲才能流畅的观看.

码率和质量成正比,但是文件体积也和码率成正比.

码率超过一定数值,对图像的质量没有多大影响.

3. 视频帧率

帧率: FPS,是以帧称为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率(速率). 帧率就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次.

简单来说,帧率是每秒钟要多少帧画面.

由于人类眼睛的特殊生理结构,如果所看画面的帧率高于24的时候,就会认为是连贯的,此现象称之为视觉暂留.

视频帧率影响的是画面流畅感,也就是说视频帧率超高,表现出来的效果就是: 画面越显得流畅.

假设1秒只显1帧,那么一段视频看起来,就有很明显的卡顿感,不流畅不连惯. 当然视频帧率越高,意味着画面越多,画面感越流畅,相应的,视频文件的大小也会随之增加,占用存储空间也就增大了.

4. 视频清晰度

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,分辨率越低,图像越清晰.

在分辨率一定的情况下,码率与清晰度成正比关系,码率越高,图像越清晰;码率越低,图像越不清晰.

5. 网络带宽

网络带宽是指在单位时间(一般指的是1秒钟)内能传输的数据量. 网络和高速公路类似,带宽越大,就类似高速公路的车道越多,其通行能力越强. 网络带宽作为衡量网络特征的一个重要指标.

上行带宽就是本地上传信息到网络上的带宽. 上行速率是指用户电脑向网络发送信息时的数据传输速率,比如用FTP上传文件到网上去,影响上传速度的就是“上行速率”.

下行带宽就是从网络上下载信息的带宽. 下行速率是指用户电脑从网络下载信息时的数据传输速率,比如从FTP服务器上文件下载到用户电脑,影响下传速度的就是“下行速率”.

对于网络摄像头而言,如果只在局域网中使用,一般可以忽略带宽的问题. 但是如果是跨网段通过外网来观看,或者有些家用的消费类监控设备使用wifi连接网络,这就会受到网络传输的带宽的限制.

网络传输带宽指的就是数据传输的速率. 对于流媒体的播放,影响最大的属性就是传输带宽. 如果带宽过低,使得数据传输下载的速度小于视频流播放的数率,那么在视频的播放将会经常出现停顿和缓冲,极大的影响了客户观看的流畅性;而为了保证视频观看的流畅性,在低带宽的条件下,只能选择低品质、低码流的视频进行传输,这样又会影响到客户的光看效果. 所以,一个良好的传输带宽环境是高品质的流媒体体验的重要保证.

720P(100万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps = 0.25MBps,即每路摄像头所需的数据传输带宽为2Mbps,10路摄像机所需的数据传输带宽为:

2Mbps(视频格式的比特率)×10(摄像机的路数)=20Mbps(上行带宽)

即: 采用720P的视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为20Mbps;

1080P(200万像素)的视频格式每路摄像头的比特率为4Mbps = 0.5MBps,即每路摄像头所需的数据传输带宽为4Mbps,10路摄像机所需的数据传输带宽为:

4Mbps(视频格式的比特率)×10(摄像机的路数)=40Mbps(上行带宽)

即: 采用1080P的视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为40Mbps.

6. 网络摄像头的选型

原文: 监控摄像头传输带宽计算 - 2019.12.20

选择网络摄像机、网络视频服务器时,最需要注意的就是其码率(带宽占用率),因为这是网络视频监控系统的瓶颈所在

影响网络摄像机、网络视频服务器码率的因素很多,包括: 压缩方式、分辨率、帧率、画质、画面复杂性、画面变化程度等. 这些因素又可分为内部因素及外部因素:

6.1. 内部因素 - 与产品本身有关

[1] - 压缩方式:

与硬盘录像机一样,网络摄像机、网络视频服务器的压缩方式主要有M-JPEG、MPEG-4、H.264这三种,M-JPEG现已基本淘汰,只有业余级产品才使用,MPEG-4 目前是运用得较多的,因为价格比 H.264 的便宜一些,而H.264在同样的画质情况下,码率约为MPEG-4的70%,当然压缩芯片成本要高一些.

另外,即使采用的是同一种压缩方式,不同厂家产品的码率也存在较大的差异,比如H.264的压缩标准 中有很多条细则,各厂家可以通过简化一部分细则来降低成本,但图像压缩的效率也会受到相应的影响.

[2] - 分辨率:

码率与分辨率成正比关系. 分辨率越高,对应的码率就越高,同时对传输所用的带宽的要求也会更高.

网络摄像机、网络视频服务器的主流分辨率如:

格式分辨率备注
HD 1080P1920x1080200W 像素摄像头
HD 720P960x720(或 1280x720)100W 像素摄像头
WD1960x576
4CIF704x576D1
HD1352x576
DCIF528x384
2CIF704x576
CIF352x288
QCIF176x144

其中,D1与CIF分别相当于DVD与VCD的清晰度,D1的码率是CIF的四倍.

[3] - 帧率:

帧率即画面的流畅性,码率与帧率成正比关系. 完全流畅的画面为25帧/秒. 网络产品的帧率都是可调的,可以通过调低帧率来降低码率,一般调到10~15帧可兼顾码率与流畅性,在不要求观看连续画面的情况下,可将码率调得更低.

[4] - 画质(压缩比):

网络摄像机、网络视频服务器的画质(压缩比)都是可调的,画质越好码率就越高,用户可根据要求来调整.

6.2. 外部因素 - 与产品本身无关

[1] - 画面复杂性:

码率与画面复杂性成正比关系,比如镜头对着一面白墙,码率就很低,而对着一片花丛(监控对象的色彩比较复杂),码率就会马上变高,相差往往有几倍.

[2] - 画面动态变化程度:

码率与画面变化程度成正比关系,比如镜头对着静止的物体,码率就很低,而对着动态活动的人群,码率就会马上变高,最多相差可达十倍.

所以理论上传输码流与像素没有直接关系,而与影像分辨率和比特率有关. 而影像分辨率和像素有关.

300万像素影像近似分辨率应该为2304x1296. 如果按1080P的图像传输,传输码流是4M.

1080P(超高清)压缩码流按4M码流计算, 分辨率是: 1920x1080

960P(准高清) 压缩码流按3M码流计算, 分辨率是: 1280x960
720P(高清) 压缩码流按2M码流计算, 分辨率是: 1280x720
D1(标清) 压缩码流按1.5M码流计算
HD1 压缩码流按1M码流计算
CIF 压缩码流按0.5M码流计算

6.3. 分辨率

网络摄像头100万.200万.300万.400万.500万分辨率多少?传输带宽分别是多少?

500W≈2560x1920

300W≈2048x1536

200W≈1920x1080

200W≈1600x1200

130W≈1280x960

100W≈1280x720

格式分辨率 (像素)画面比例扫描方式
100万/720P1280×72016:9逐行扫描
130万/960P1280×9604:3逐行扫描
200万/1080P1920×108016:9逐行扫描
230万1920×120016:10逐行扫描
300万2048×15364:3逐行扫描
400万2592×152016:9逐行扫描
500万2560×19604:3逐行扫描
600万3072×20483:2逐行扫描
4K 超高清3840×216016:9Progressive
8K 超高清7680×432016:9逐行扫描

6.4. 存储空间

码流大小(单位: kb/s; 即: 比特率÷8)×3600(单位: 秒;1小时的秒数)×24(单位: 小时; 一天的时间长)×30(保存的天数)×50监控点要保存摄像机录像的总数)÷0.9(磁盘格式化的损失10%空间)=所需存储空间的大小(注: 存储单位换算1TB=1024GB; 1GB=1024MB; 1MB=1024KB)

1路存储1天的720P(100万像素)视频格式录像信息的存储空间所需大小为: 256×3600×24×1×1÷0.9÷1024÷1024=23.44GB

1路存储1天的1080P(200万像素)视频格式录像信息的存储空间所需大小为: 512×3600×24×1×1÷0.9=46.88GB

网络摄像头监控存储计算(按小时):

[1] - 720P 百万像素摄像机

正常码流: 2Mb/8 x 3600S≈900MB 1小时约900MB空间;

最大码流: 3Mb/8 x 3600S≈1350MB 1小时约1350MB空间.

[2] - 1080P百万像素摄像机

正常码流: 4Mb/8 x 3600S≈1800MB 1小时约1800MB空间

最大码流: 6Mb/8 *3600S≈2700MB 1小时约2700MB空间

[3] - D1 模拟摄像机

正常码流: 1Mb/8 x 3600S≈450MB 1小时约450MB空间

最大码流: 1.5Mb/8 x 3600S≈675MB 1小时约675MB空间

参考

[1] - 分辨率 - 百度百科

[2] - 视频码率 - 百度百科

[3] - 监控施工中分辨率、帧率、码率、带宽基本理解

Last modification:October 25th, 2020 at 04:07 pm