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  • 音视频基础知识

    音视频基础知识

    1. 比特率

    比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为bps(BitPerSecond),比特率越高,传送的数据越大。比特率表示经过编码(压缩)后的音、视频数据每秒钟需要用多少个比特来表示,而比特就是二进制里面最小的单位,要么是0,要么是1。比特率与音、视频压缩的关系,简单的说就是比特率越高,音、视频的质量就越好,但编码后的文件就越大;假如比特率越少则情况恰好相反。

    我们常见的16Bit16比特),可以记录大概96分贝的动态范围。那么,您可以大概知道,每一个比特大约可以记录6分贝的声音。同理,20Bit可记录的动态范围大概就是120dB24Bit就大概是144dB。假如,我们定义0dB为峰值,那么声音振幅以向下延伸计算,那么,CD音频可的动态范围就是“-96dB0dB。”,依次类推,24BitHD-Audio高清音频的的动态范围就是“-144dB~0dB。”。由此可见,位深度较高时,有更大的动态范围可利用,可以记录更低电平的细节。

    2. 码流

         码流(Data Rate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量,也叫码率或码流率,通俗一点的理解就是取样率,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分,一般我们用的单位是kb/s或者Mb/s。一般来说同样分辨率下,视频文件的码流越大,压缩比就越小,画面质量就越高。码流越大,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,图像质量越好,画质越清晰,要求播放设备的解码能力也越高。

          如何根据图片分辨率算码流大小?

          例如:我们以1920x1080分辨率计算,图片格式为YUV420,帧率为30 FPS,那么码流大小为:1920*1080*(3/2)*8*30/(1024*1024) = 89 Mb/s,至于为什么乘以3/2那就和YUV420格式存储有关系了,8即将Byte转为bit,如果图片格式为RGB24即一帧图片大小为分辨率x3,如果是RGB32即一帧图片大小为分辨率x4

    3. 帧率

    一帧就是一副静止的画面,连续的帧就形成动画,如电视图象等。我们通常说帧数,简单地说,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,通常用fpsFrames Per Second)表示。每一帧都是静止的图象,快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数 (fps) 愈多,所显示的动作就会愈流畅。

    比如我们常见的听人说30帧,25帧,其实就是一秒刷新30或者25帧图片,一般帧率为25,人眼就已经很难察觉图像是不连续的或者影响观看效果了。

    影响FPS值的主要因素就是显卡,一款好的独立显卡会对FPS的提升有着很大的作用。如果FPS值过低可以尝试通过调节一些游戏或者电脑参数来缓解如:降低游戏分辨率、开启垂直同步等等。

    4. 分辨率

    视频分辨率是指视频成像产品所成图像的大小或尺寸。常见的视像分辨率有352×288176×144640×4801024×768。在成像的两组数字中,前者为图片长度,后者为图片的宽度,两者相乘得出的是图片的像素,长宽比一般为43.  目前监控行业中主要使用Qcif(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1(704×576)等几种分辨率。

    5. 帧率、码流和分辨率之间的关系

    帧率、码流与分辨率之间关系

    公式:

    带宽 / (码流 * 8) = 同时在线人数

    文件大小时间×码率/8

    一个视频文件的大小为5.86M,播放时长为37:

    1,该文件对应的码流就是

    5.86 * 1024 * 1024 * 8 / (3 * 60 + 7) =262872.95657754bps

    2,10M独享带宽能支撑的同时在线人数

    10* 1024 * 1024 / 262872.95657754 =39.889078498294

    3,支撑1000人同时在线的系统最少需要的带宽数为

    262872* 1000 / (1024 * 1024) = 250.69427490234M

    备注:流量速度单位换算

    6. 视频会议中的AEC、AGC、ANS是什么?

    l AGC是自动增益补偿功能(Automatic Gain Control),AGC可以自动调麦克风的收音量,使与会者收到一定的音量水平,不会因发言者与麦克风的距离改变时,声音有忽大忽小声的缺点。

    l ANS是背景噪音抑制功能(Automatic Noise Suppression),ANS可探测出背景固定频率的杂音并消除背景噪音,例如:风扇、空调声自动滤除。呈现出与会者清晰的声音。

    l AEC是回声消除器(Acoustic Echo Canceller, AEC是对扬声器信号与由它产生的多路径回声的相关性为基础,建立远端信号的语音模型,利用它对回声进行估计,并不断地修改滤波器的系数,使得估计值更加逼近真实的回声。然后,将回声估计值从话筒的输入信号中减去,从而达到消除回声的目的,AEC还将话筒的输入与扬声器过去的值相比较,从而消除延长延迟的多次反射的声学回声。根椐存储器存放的过去的扬声器的输出值的多少,AEC可以消除各种延迟的回声

    7.上行带宽和下行带宽

    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上传文件到网上往,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

    8.采样率

     采样率(也称为采样速度或者采样频率)定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样率是指将模拟信号转换成数字信号时的采样频率,也就是单位时间内采样多少点。一个采样点数据有多少个比特。

     

           我们人耳能听到的声音一般在20Hz~20KHz之间,根据奈奎斯特采样定理,采样频率fs大于信号中最高频率fmax2倍时,采样之后的数字信号便能完整的反应真实信号。所以44.1KHz为常见的采样率。

     

           人的发音器官发出的声音频率大约是80~3400Hz,但人说话的信号平率通常为300~3000Hz,人们把这种频率范围的信号称为话音(speech)信号。

     

           采样率类似于动态影像的帧数,比如电影的采样率是24赫兹,PAL制式的采样率是25赫兹,NTSC制式的采样率是30赫兹。当我们把采样到的一个个静止画面再以采样率同样的速度回放时,看到的就是连续的画面。同样的道理,把以44.1kHZ采样率记录的CD以同样的速率播放时,就能听到连续的声音。显然,这个采样率越高,听到的声音和看到的图像就越连贯。当然,人的听觉和视觉器官能分辨的采样率是有限的,基本上高于44.1kHZ采样的声音,绝大部分人已经觉察不到其中的分别了。

     

    而声音的位数就相当于画面的颜色数,表示每个取样的数据量,当然数据量越大,回放的声音越准确,不至于把开水壶的叫声和火车的鸣笛混淆。同样的道理,对于画面来说就是更清晰和准确,不至于把血和西红柿酱混淆。不过受人的器官的机能限制,16位的声音和24位的画面基本已经是普通人类的极限了,更高位数就只能靠仪器才能分辨出来了。比如电话就是3kHZ取样的7位声音,而CD44.1kHZ取样的16位声音,所以CD就比电话更清楚。

    9.采样位深

    我们常见的16Bit16比特),可以记录大概96分贝的动态范围。那么,您可以大概知道,每一个比特大约可以记录6分贝的声音。同理,20Bit可记录的动态范围大概就是120dB24Bit就大概是144dB。假如,我们定义0dB为峰值,那么声音振幅以向下延伸计算,那么,CD音频可的动态范围就是“-96dB0dB。”,依次类推,24BitHD-Audio高清音频的的动态范围就是“-144dB~0dB。”。由此可见,位深度较高时,有更大的动态范围可利用,可以记录更低电平的细节。

    10.什么是回音
         在一般的VOIP软件或视频会议系统中,假设我们只有A和B两个人在通话,首先,A的声音传给B,B然后用喇叭放出来,而这时B的MIC则会采集到喇叭放出来的声音,然后传回给A,如果这个传输的过程中时延足够大,A就会听到自己刚才说的话,这就是回音

    什么是回音消除?
         回音消除的作用就是在B端对B采集到的声音进行处理,把采集到的声音中包含的A的声音去掉之后在传给A,这样A就不会听到自己说过的话了。

    回音的产生主要有两种原因:

    1、

     

    图中的男子说话,语音信号(speech1)传到女士所在的房间,由于空间的反射,形成回音speech1(Echo)重新从麦克风输入,同时叠加了女士的语音信号(speech2)。此时男子将会听到女士的声音叠加了自己的声音,影响了正常的通话质量。此时在女士所在房间应用回音抵消模块,可以抵消掉男子的回音,让男子只听到女士的声音

    2、由于2-4线转换引入的线路回音(见下图)

     

    ADSL Modem和交换机上都存在2-4线转换的电路,由于电路存在不匹配的问题,会有一部分的信号被反馈回来,形成了回音。如果在交换机侧不加回音抵消功能,打电话的人就会自己听到自己的声音

     

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