【学习笔记】码率&带宽&RGB&YUV

【学习笔记】码率&带宽&RGB&YUV

一、码率

码率（Bit Rate）指单位时间内传输或存储的比特（bit）数量，单位为 bps（bit per second，比特 / 秒），常用单位还有 kbps（千比特 / 秒）、Mbps（兆比特 / 秒）。

码率：相当于 “每秒需要流出的水量”—— 水流需求（码率）不能超过水管直径的最大承载能力（带宽），否则水流会中断（视频卡顿）。

1080p 电影若码率为 20Mbps，画面细节（如人物发丝、建筑纹理）清晰；若压缩至 2Mbps，快速运动场景可能出现 “拖影” 或色块。

二、带宽

带宽（Bandwidth）指单位时间内网络连接可传输的数据量，单位与码率一致（bps、kbps、Mbps 等）。

带宽：相当于 “水管的直径”—— 直径越大（带宽越高），每秒能流过的水量（数据量）越多；

带宽的分类：物理带宽与有效带宽

1. 物理带宽（理论最大值）

定义：网络设备（如路由器、网线）或服务套餐标称的最大传输速率，由硬件规格或运营商服务决定。

案例：千兆宽带（1000Mbps）的物理带宽理论上每秒可传输约 125MB 数据（1000Mbps÷8=125MB/s）。

六类网线支持最高 1000Mbps 带宽，而超六类网线可支持 10Gbps。

2. 有效带宽（实际可用值）

定义：受网络拥堵、设备性能、信号干扰等因素影响，实际能达到的传输速率，通常低于物理带宽。

影响因素：网络拥塞：同一时间多人使用同一网络，有效带宽会被分摊（如 100Mbps 宽带若 10 人同时使用，每人平均约 10Mbps）。

设备瓶颈：路由器处理能力不足、无线信号衰减（如隔墙后 WiFi 带宽下降）。

协议开销：网络传输协议（如 TCP/IP）需额外传输控制信息，占用部分带宽（约 5%-10%）。

三、码率带宽联系

码率是内容属性：由视频的分辨率、帧率、编码算法（如 H.264/H.265）决定，例如：同分辨率下，H.265 编码的码率约为 H.264 的 1/2（因压缩效率更高），即 1080p H.264 需 4Mbps，H.265 仅需 2Mbps。

带宽是网络属性：由物理硬件（如网线、路由器）和网络环境（如用户数量、信号强度）决定，与内容无关。

指标	定义	单位	核心属性
码率（Bitrate）	指视频或音频文件每秒播放的数据量，反映内容的编码密度（数据压缩后的信息量）。	bps（比特 / 秒），如 1Mbps（1 兆比特 / 秒）	由编码算法（如 H.264/H.265）、分辨率、帧率等决定，是内容本身的 “数据量属性”。
带宽（Bandwidth）	指网络连接每秒可传输的数据量，反映网络通道的传输能力（如宽带套餐的 100Mbps、WiFi 的理论速率）。	同上bps、Mbps 等	由网络硬件（路由器、网线）、运营商服务、网络拥堵等决定，是传输通道的 “容量属性”

不同网络环境下的码率策略

网络场景	典型带宽	适配码率	目的
5G / 千兆 WiFi	100Mbps+	4K 20-50Mbps、1080p 10Mbps	最大化画质，充分利用高带宽。
4G / 家庭百兆宽带	10-50Mbps	1080p 4-8Mbps、720p 1-3Mbps	平衡画质与流畅度，避免带宽不足卡顿。
卫星网络 / 弱信号 WiFi	1-5Mbps	标清（480p）500kbps-1Mbps	优先保证播

四、网线种类

网络类型	5类线	超5类线	6类线	超6类线	7类线
都是双绞线	双绞线	双绞线	双绞线	双绞线	双绞线
双绞线类型	非屏蔽双绞线	非屏蔽双绞线(UTP)、和，屏蔽双绞线(STP)	非屏蔽双绞线	屏蔽双绞线(STP)	屏蔽双绞线(STP)
标识	CAT5	CAT5-e	CAT6	CAT6A	CAT7
结构特点		十字骨架	十字骨架	十字骨架	有两层屏蔽层
传输频率	100MHz		1MHz～250MHz	200-500MHz	500MHz+
传输带宽	100M	155M	200M
最高传输速率	100Mbps	1000Mbps	1Gbps	1000Mbps	10Gbps
适用于	适用于百兆以下的网	适用于千兆以下的网	架设千兆网传输速率高于1Gbps的应用	传输10Gbps以太网的布线系统	万兆网络

五、RGB&YUV

一文读懂 YUV 的采样与格式 - 知乎

RGB 和 YUV 是两种常见的色彩空间表示方法，广泛应用于图像和视频处理领域。

​ ● 显示设备：电脑屏幕、电视、手机屏幕等直接以 RGB 模式驱动像素发光。

​ ● 图像处理：Photoshop、OpenCV 等软件和库的基础色彩模型RGB。

​ ● 视频编码：H.264、H.265（HEVC）等编码标准基于 YUV 格式，便于压缩和优化。

​ ● 摄像头输出：多数摄像头传感器直接输出 YUV 格式数据，避免 RGB 转换开销。

维度	RGB 采样	YUV 采样
色彩模型	三原色叠加（R/G/B 独立）	亮度 + 色度（Y/U/V 分离）
采样压缩	通常无压缩（除 RGB 565 等特例）	色度通道可降采样（如 4:2:0）
数据量	RGB 8bit=24bit / 像素	8bit 位深的 YUV 4:2:2，每个像素占用 16bit（即 2 字节），8bit位深的YUV 4:2:0≈12bit / 像素（约 1/2）
应用场景	显示、图像处理、无损存储	视频拍摄、传输、存储（如 H.264/H.265 编码）
典型采样格式	RGB 8bit/10bit/12bit（无比例表示）	4:4:4、4:2:2、4:2:0
位深定义	每个通道独立位深，总色深 = 3× 单通道位深	Y、U、V 位深可不同，常结合采样格式描述（如 4:2:2 10bit）

采样格式	位深	Y 通道 / 像素	U/V 通道 / 像素	总数据量 / 像素
YUV 4:4:4	8bit	8bit	U=8bit，V=8bit	8+8+8=24bit
YUV 4:2:2	8bit	8bit	U=4bit，V=4bit	8+4+4=16bit
YUV 4:2:0	8bit	8bit	U=2bit，V=2bit	8+2+2=12bit

位深	单通道量化等级	总色彩数	每像素数据量	色彩断层示例	典型应用场景
RGB 8bit	256 级（0-255）	≈1678 万色	24bit（3 字节）	明显（如渐变天空出现色块）	手机屏幕、JPEG 图片、SDR 视频
RGB 10bit	1024 级（0-1023）	≈10.7 亿色	30bit（3.75 字节）	轻微（肉眼难察觉断层）	HDR 显示器、专业视频调色、4K HDR 视频
RGB 12bit	4096 级（0-4095）	≈687 亿色	36bit（4.5 字节）	几乎不可见	电影机 RAW 录制、医疗影像、天文摄影