實時視頻帶寬的計算過程

打開淘寶，四處可見的安全相機，他們可以讓你打開手機APP就隨時查看家里的情況。打開電腦，我們隨時都可以查看某場演講的直播。今天我們來講的，就是這種實時視頻到底會占用多少的帶寬，結(jié)合上一講，你就可以了解對于有實時視頻需求的產(chǎn)品，他對網(wǎng)絡(luò)的需求是怎么樣的。

要搞清楚這個問題，首先要從圖像說起。

1.圖像

1.1 什么是圖像

什么是圖像？簡單說圖像就是很多帶有顏色的點組成的，這些點就是像素點。而像素，也是圖像顯示的基本單位。

我們通常提到的一張圖片是1920 * 1080，意思是說長度為1920個像素點，寬度為1080個像素點，1920 * 1080 = 2073600，也就是說這張圖片總共有200多萬個像素點，也就是我們通常說的200萬像素。

1.2 圖像有多大

想要搞清楚圖像有多大，就得先搞清楚一個像素點是多少個比特（bit），而想搞清楚一個像素點是多少個bit，就要從顏色開始說起。

我們知道任何顏色都可以用紅色、綠色、藍色按照一定的比例調(diào)配出來，而這三種顏色也被稱為三原色。

而在計算機里，顏色是用數(shù)字來表示的，R、G、B被稱為“基色分量”，他們的值分別是從0到255，一種256個等級。因此，任何顏色都可以用R、G、B的三個值的組合來表示。通過RGB的方式，我們可以表達256 * 256 * 256 = 16777216種顏色，這種表示方式，也稱為1600萬色。

剛才提到，RGB三原色中每一個顏色有256個數(shù)值，正好是2的8次方，我們知道在計算機里一個數(shù)字是1bit，那么用8位的二進制數(shù)來表達，剛好能表達256個數(shù)值，那么剛好就是8bit可以表達一個原色，也就是說RGB三原色每個顏色占用8bit，三個顏色就是24bit，這種方式表達的顏色也被稱為24位色。

以1080p的圖片為例，像素點是2073600個，用24位色表示，每張圖片就是 2073600 * 24 bit = 49766400 bit。

結(jié)合上一節(jié)課的知識，我們得到49766400 / 8 / 1024 / 1024 = 5.9MB，就是說這張圖片的大小是5.9MB。

2.視頻

2.1 什么是視頻

我們提到的視頻，其實就是若干張圖片連續(xù)播放的結(jié)果，通常的視頻有如下的幾張格式：

視頻格式	長寬比	分辨率	像素
720p	16:9	1280 * 720	921600
1080p	16:9	1920 * 1080	2073600
2K	16:9	1920 * 1080	82073600
4K	16:9	3840 * 2160	8294400
8K	16:9	7680 * 4320	33177600

好的，我們繼續(xù)回到視頻，那么多張圖片通常要怎么樣去連續(xù)的播放呢，這就涉及到一個概念，幀率。

2.2 視頻有多大

視頻其實是由若干圖片構(gòu)成的，在視頻中，一幀就是一個畫面，也就是一張圖片，而幀率是指每秒鐘圖片的數(shù)量，單位是FPS（Frame per second）。

常見的幀率有24fps、30fps、60fps，其中24fps是電影的標準，那我們就用24fps來繼續(xù)計算我們要得到的帶寬。

按照上邊的結(jié)果，每秒的視頻就是：49766400 * 24 = 1194393600bit，我們知道1B=8bit，所以每秒的視頻就是149299200B。

換言之，每秒的視頻就是149299200/1024/1024=142MB。這個數(shù)據(jù)是很嚇人的，1秒142MB，那我們刷會兒抖音流量豈不是分分鐘爆炸，這是因為我們對視頻進行了壓縮，接下來我們就來說說視頻的壓縮。

2.3 視頻的壓縮

通常一段視頻從錄制到播放需要經(jīng)過如下流程：

?攝像機錄像?預(yù)處理（A/D轉(zhuǎn)換）?預(yù)處理（YUV轉(zhuǎn)換等）?壓縮編碼?數(shù)據(jù)封裝及傳輸?解碼?圖像格式變換?播放

錄像機錄像以及預(yù)處理不是我們要講的重點，這里就先不展開了，我們只要知道做完這些預(yù)處理后，就要開始正式的編碼了，而目前編碼的主流格式是H.264和H.265。這些編碼有很強的壓縮率，通過可以實現(xiàn)300～500:1的壓縮率，換言之，如果1080p的視頻采用H.264的編碼格式，那么每秒就是1194393600bit / 300 = 3981312 bit/s，而這里的3981312 bit/s就是碼流，也就是視頻文件在單位時間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量。

3.結(jié)論

綜上所述，我們1080p，24fps，采用H.264格式的視頻，

碼流為：3981312 bit/s

帶寬為：3981312 / 1024 / 1024 = 3.79Mbps

通常我們網(wǎng)絡(luò)帶寬需求 = 視頻碼流 * 1.3，因此， 

網(wǎng)絡(luò)帶寬需求為：3.79 Mbps * 1.3 = 4.9 Mbps

同樣我們也知道，4.9Mbps的帶寬理論速度為：4.9/8=0.612MB/s，也就是我們常說的627k的網(wǎng)速。