PCM音频文件大小计算
让我们先来计算一下PCM(脉冲编码调制)音频文件的大小。
给定参数：
- 采样率：44,100 Hz (即每秒44,100个样本)
- 位深度：16 bit (每个样本占16位，即2字节)
- 声道数：2 (立体声)
- 时长：假设为1分钟(60秒)
计算公式：
文件大小 = 采样率 × 位深度 × 声道数 × 时长具体计算：
44,100 samples/s × 16 bits/sample × 2 channels × 60 s
= 44,100 × 16 × 2 × 60 bits
= 84,672,000 bits
// 这里算出来的是bits，我们要先换算成字节，然后kb，再到mb
// 已知每8bit就是一个字节，故：
84,672,000 ÷ 8 ÷ 1024 ÷ 1024 ≈ 10.09 MB所以，1分钟的44.1kHz、16bit、立体声PCM音频大约为10.09MB。
RGB和YUV视频文件大小计算
在视频处理中，与音频一样，色深指每个颜色通道（R/G/B）用多少比特（bit）来表示。视频默认是8bit色深，也就是1个字节。当然也有每个分量从8bit增加到10bit（但通常存储为16bit对齐，实际占用2字节）。要计算RGB视频的文件大小，还需要涉及到颜色通道的概念：
1. 像素与颜色通道的关系
- 一个像素的颜色 由三种基本分量混合而成：红（R）、绿（G）、蓝（B）。
- 在标准的 RGB 表示中，每个通道（R/G/B）通常用 **1 字节（8 比特）**存储，因此一个像素需要占用：
1 像素 = R（1字节） + G（1字节） + B（1字节） = 3 字节。
2. 计算一帧 1080P 视频的原始大小
- 分辨率 1920×1080 ：表示一帧有
1920 × 1080 = 2,073,600 个像素。 - 每个像素 3 字节 ：因此一帧的原始数据量为：
2,073,600 像素 × 3 字节/像素 = 6,220,800 字节 ≈ 6.22 MB。
3. 为什么需要分开存储 R、G、B？
- 颜色深度：每个通道的 1 字节（256 级）可以表示颜色的强度（如 R=255 表示红色最亮，G=0 表示无绿色）。通过组合三个通道的值，才能得到最终颜色（例如黄色是 R=255, G=255, B=0）。
- 灵活性：分开存储允许单独处理某个颜色通道（如调色时只增强红色）。
下面说说YUV格式的视频文件大小怎么计算：
YUV444、YUV422、YUV420 是视频编码中常用的 色彩子采样（Chroma Subsampling） 格式，目的是通过减少色度（UV）信息的数据量来压缩视频（人眼对亮度更敏感，对色度不敏感）。下面用直观的方式解释它们的区别：
1. YUV 是什么？
YUV 是一种颜色编码系统，将颜色信息分为：
- Y（Luma）：亮度分量（黑白信息，最重要）。
- U/V（Chroma）：色度分量（颜色信息，可压缩）。
类比：黑白照片（Y） + 彩色滤镜（UV）。
2. 数字的含义（4:4:4、4:2:2、4:2:0）
这些数字表示 色度分量（UV）相对于亮度分量（Y）的采样比例 ，格式为 Y:U:V。
以 4×2 像素块 一共8个像素为例（每行4像素，共2行）：
(1) YUV444（无压缩）
- Y：每个像素独立采样，也就是每个像素都采集一次Y的数据（共 8 个 Y）。
- U/V：每个像素独立采样，也就是每个像素都采集一次UV的数据（共 8 个 U 和 8 个 V）。
- 数据量 ：
Y:U:V = 8:8:8→ 无子采样，等同于 RGB 的原始数据量。
(2) YUV422（横向压缩）
- Y：每个像素独立采样（8 个 Y）。
- U/V ：每 横向2像素共用1个UV，也就是2个Y共享一个UV（每行 4 像素 → 2 个 U/V，共 4 个 U 和 4 个 V）。
- 数据量 ：
Y:U:V = 8:4:4→ 色度数据减少一半（相比 444）。
(3) YUV420（横向+纵向压缩）
- Y：每个像素独立采样（8 个 Y）。
- U/V ：每 2×2 像素块共用1个UV也就是4个Y共享一个UV（4 像素 → 1 个 U/V，共 2 个 U 和 2 个 V）。
- 数据量 ：
Y:U:V = 8:2:2→ 色度数据减少到 1/4（相比 444）。
3. 直观对比图
| 格式 | 亮度（Y） | 色度（UV） | 数据量（比例） |
|---|---|---|---|
| YUV444 | !Y全采样 | !UV全采样 | 8:8:8（100%） |
| YUV422 | !Y全采样 | !UV横向2像素共用1个 | 8:4:4（66%） |
| YUV420 | !Y全采样 | !UV2x2像素块共用1个 | 8:2:2（50%） |
4. 为什么需要 YUV 子采样？
- 人眼特性：对亮度（Y）敏感，对色度（UV）不敏感。
- 节省带宽 ：YUV420 的数据量仅为 RGB 或 YUV444 的 一半，但视觉损失较小。
- 应用场景 ：
- YUV444：专业视频编辑、医疗影像（需要无损色度）。
- YUV422：广播电视、高清摄像（平衡质量与带宽）。
- YUV420：流媒体（H.264/H.265）、网络视频（高效压缩）。
5. 计算数据量（以 1080P 为例）
假设每像素的 Y 占用 1 字节，UV 根据子采样变化：
- YUV444 ：
1920×1080 × (1 + 1 + 1) = 6,220,800 字节（同 RGB）。 - YUV422 ：
1920×1080 × (1 + 0.5 + 0.5) = 4,147,200 字节（减少 33%）。 - YUV420 ：
1920×1080 × (1 + 0.25 + 0.25) = 3,110,400 字节（减少 50%）。
6. 扩展知识
- YUV 的其他变种：如 YUV411（更激进压缩）、YUV410（极少用）。
- 与 RGB 的转换：YUV 和 RGB 可以互相转换，但子采样会导致色度信息丢失（不可逆）。
- 现代编码器：H.264/H.265 默认使用 YUV420，进一步通过 DCT、运动补偿等技术压缩。
附：快速记忆口诀
"Y全有，U和V，看数字怎么分"
- 4:2:0 → 四像素 共用一个UV。
- 4:2:2 → 两像素 横向分一个UV。
- 4:4:4 → 像素 谁也不共享，全保留！