探索 FFmpeg Basics 音视频技术（3）：比特率/帧率/文件大小

这个系列文章我们来介绍一位海外工程师如何探索 FFmpeg Basics 音视频技术，对于想要开始学习音视频技术的朋友，这些文章是份不错的入门资料，这是第 3 篇：FFmpeg  比特率/帧率/文件大小。

—— 来自公众号“关键帧Keyframe”的分享

比特率和帧速率是视频的基本特征，它们的正确设置对整体视频质量至关重要。如果我们知道所有包含的媒体流的比特率和持续时间，我们可以计算输出文件的最终大小。由于在使用 FFmpeg 工具时对帧速率和比特率的理解很重要，因此本文对每个术语进行了简要介绍。

1、帧率（频率）的介绍

帧率是指视频文件中每秒编码的帧数（FPS 或 fps）。人眼需要至少约 15 fps 才能感知到连续运动。帧率也称为帧频，其单位是赫兹（Hz）。LCD 显示器通常具有 60 Hz 的频率。

帧率分为两种类型：隔行（FPS 编号后带 “i”）和逐行（FPS 编号后带 “p”）。

在电视中使用隔行帧率：

• NTSC 标准使用 60i fps，即每秒隔行扫描 60 次（30 帧）。
• PAL 和 SECAM 标准使用 50i fps，即每秒 50 隔行场，相当于 25 帧。24p、25p 和 30p 的逐行帧率常用于电影行业。高端 HDTV 产品采用较高的 50p/60p 帧率。

常见视频帧率如下表所示：

2、帧率设置

要设置视频帧率，需在输出文件前使用 -r 选项，语法如下：

ffmpeg -i input -r fps output

例如，将电影文件的帧率从 25 fps 更改为 30 fps，可使用以下命令：

ffmpeg -i input.avi -r 30 output.mp4

3、使用 fps 过滤器

另一种设置帧速率的方法是使用 fps 过滤器，在过滤链中特别有用。

例如，将 .mpg 文件的输入帧速率更改为 25，可使用以下命令：

ffmpeg -i clip.mpg -vf fps=fps=25 clip.webm

4、预定义的帧速率值

除了数值外，两种设置帧率的方法都接受以下预定义的文本值：

帧速率的预定义缩写：

例如，将帧率设置为 29.97 fps，以下三个命令可达到相同结果：

ffmpeg -i input.avi -r 29.97 output.mpg
ffmpeg -i input.avi -r 30000/1001 output.mpg
ffmpeg -i input.avi -r ntsc output.mpg

5、比特率介绍

比特率（也称为比特率或数据率）是决定音频或视频整体质量的参数。它规定了每单位时间处理的位数。在 FFmpeg 中，比特率以每秒位数表示。

比特率类型：

6、设置比特率

比特率决定了存储 1 秒编码流所需的位数，使用 -b 选项设置，并建议使用 -b:a 或 -b:v 来区分音频和视频流。例如，要设置总体比特率为 1.5 Mbit/s，可以使用以下命令：

ffmpeg -i film.avi -b 1.5M film.mp4

如果可能，ffmpeg 会使用可变比特率（VBR），并对静态部分进行较少比特编码，而对快速运动的场景进行更多比特编码。通常，ffmpeg 使用高级编解码器来降低输出文件的比特率和相应文件大小，例如：

ffmpeg -i input.avi -b:v 1500k output.mp4

7、设置恒定比特率（CBR）

对于视频会议等实时视频流，由于传输的数据不能缓冲，因此可以使用恒定比特率。要设置恒定输出比特率，三个参数必须具有相同值：比特率（-b 选项）、最小速率（-minrate）和最大速率（-maxrate）。可以在 minrate 和 maxrate 选项后添加流指示符，并且 maxrate 选项需要设置一个 -bufsize 选项（比特率控制缓冲区大小）。例如，要设置 0.5 Mbit/s 的 CBR，可以使用以下命令：

ffmpeg -i in.avi -b 0.5M -minrate 0.5M -maxrate 0.5M -bufsize 1M out.mkv

8、设置输出文件的最大尺寸

为了限制输出文件的大小，我们使用 -fs 选项（文件大小的缩写），期望值以字节为单位。例如，要指定 10 兆字节的最大输出文件大小，可以使用以下命令：

ffmpeg -i input.avi -fs 10MB output.mp4

9、文件大小计算

编码输出的最终文件大小是音频和视频流大小的总和。以字节为单位的视频流大小计算公式为（比特转换为字节需除以 8）：

video_size = video_bitrate * time_in_seconds / 8

如果音频未压缩，其大小计算公式为：

audio_size = sampling_rate * bit_depth * channels * time_in_seconds / 8

要计算压缩音频流的文件大小，需要知道其比特率并使用以下公式：

audio_size = bitrate * time_in_seconds / 8

例如，使用 1500 kbits/s 的视频比特率和 128 kbits/s 的音频比特率计算 10 分钟视频剪辑的最终大小，可以使用以下公式：

file_size = video_size + audio_size
file_size = (video_bitrate + audio_bitrate) * time_in_seconds / 8
file_size = (1500 kbit/s + 128 kbits/s) * 600 s
file_size = 1628 kbit/s * 600 s
file_size = 976800 kb = 976800000 b / 8 = 122100000 B / 1024 = 119238.28125 KB
file_size = 119238.28125 KB / 1024 = 116.443634033203125 MB ≈ 116.44 MB

• 1 字节（B）= 8 比特（b）
• 1 千字节（kB 或 KB）= 1024 B
• 1 兆字节（MB）= 1024 KB，依此类推。

实际文件大小可能比计算值略大，因为包含复用开销和文件元数据。

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