Частота кадров в секунду какая лучше

Оптимальная частота кадров для камер видеонаблюдения — Business Security

2018-07-09

2018-07-15

Security

Оптимальная частота кадров для камер видеонаблюдения

Данный обзор является самой обширной инструкцией по настройке частоты кадров средств видеонаблюдения. Для начала нам необходимо будет узнать скорость движения объектов за которыми следят камеры, обычно ими являются люди.

Какую частоту кадров выбрать для видео
Прогулочный шаг
Бег
Карточная игра
На что влияет частота кадров в видео?
Медленный спуск затвора
Диапазон частот видеосигнала
Частота кадров в секунду. Какая лучше для видео?

Какую частоту кадров выбрать для видео

Чем быстрее движется человек, тем больше вероятность, что вы пропустите действие. Вы знаете, что такое «скорость» частоты кадров – 1 кадр в секунду, 10 кадров в секунду, 30 и т.д., но сколько кадров вам необходимо для того, чтобы получить качественное изображение?

Человек, идущий прогулочным шагом, проходит около 1,2 м/сек, проходя через поле зрения шириной 6м примерно за 5 секунд. Бегущий человек покрывает 6-метровое поле примерно за 1, 25 сек, т.е. за секунду он пробегает расстояние в 4,6 м.

Например, если у вас установлена скорость 1 кадр/сек, то за это время человек легко может покрыть расстояние от 1,2 м до 4,6 м. Этот факт необходимо держать в уме при выборе частоты кадров.

В данной инструкции мы рассмотрим:

• С какой скоростью движутся люди и как это соотносится с частотой кадров.
• Прогулочный шаг: какие риски существуют при записи спокойно шагающего человека на скорости 1, 10 и 30 кадр/сек.
• Бег: что вы сможете уловить при записи бегущего человека на скорости 1, 10 и 30 кадр/сек.
• Поворот головы: насколько четкий снимок головы вы получите при частоте кадров 1, 10 и 30?
• Карточная игра: что вы упустите при съемке раздачи карт на скорости 1, 10 и 30 кадр/сек.
• Скорость спуска затвора и частота кадров: как соотносятся эти два показателя.
• Пропускная способность и частота кадров: насколько повышается диапазон частот с увеличением частоты кадров?
• Среднестатистическая частота кадров: какой средний показатель средней частоты в данной сфере.

Прогулочный шаг

По мере того, как наш объект проходит через поле зрения мы наблюдаем насколько далеко он продвигается от одного кадра к другому.

На уровне 30 и 10 кадр/сек он успевает завершить полный проход.

Однако при частоте 1кадр/сек он прошел около 1,2 м между кадрами, что соответствует нашим расчетам прогулочной скорости – 1,2 м/сек. 

Бег

Когда наш объект пробегает через поле обзора на уровне 30 кадр/сек камера еще улавливает его в середине пути, тогда как на уровне 10 кадр/сек он пробегает 0,3 м между кадрами. В примере с 1 кадр/сек только один кадр зафиксировал человека, между кадрами поле обзора оставалось пустым, во втором кадре мы смогли увидеть лишь его ногу.

Карточная игра

В данном тесте наш объект выполняет раздачу карт, при этом спуск затвора настроен по умолчанию(1/30).

В примерах с частотой 30 и 10 кадр/сек можно увидеть как каждая карта снимается с колоды и выкладывается на стол. Однако в примере с 1кадр/сек мы успеваем увидеть только тот момент, как карты появляются на столе, а не само движение раздающего, поскольку частота кадров слишком низкая.

Для новой раздачи карт мы подняли минимальный уровень спуска до 1/4000 секунды. Внизу можно увидеть размытое движение руки на левом снимке и 2 читаемых карты на снимке, выполненном с максимальной скоростью.

Скорость 1/4000 сек полностью исключает размытость. Скорость на уровне 1/1000 и 1/2000 значительно снижает размытость, но при этом размытость присутствует вокруг пальцев раздающего и по краям карт при просмотре записей кадр за кадром.

Если ваши снимки размыты, то необходимо настроить скорость спуска затвора, а не частоту кадров.

Медленный спуск затвора

С другой стороны некоторым пользователям необходимо снизить скорость спуска, а не частоту кадров (например, ¼ сек для камеры с настройками 1/30 сек). Это не только является причиной размытия движущихся объектов, но так же вызывает потерю кадров.

Основной вывод: частота кадров в секунду не может быть выше, чем число выдержки в секунду.

Если у вас установлена скорость спуска затвора ¼ сек, то затвор/выдержка открывается и закрывается только 4 раза/сек (т.е. ¼сек + ¼ сек + ¼ сек + ¼ сек = 1 сек).

И поскольку это происходит только 4 раза, то вы можете получить только 4 кадра в эту секунду.

Некоторые производители выпускают камеры с медленным спуском, просто копируя одну и ту же частоту снова и снова.

Например, если у вас спуск равен 1/15 сек, вы сможете получить только 15 выдержек и, следовательно, 15 кадров.

Будьте осторожны с медленным спуском. Помимо размытого изображения вы можете также потерять кадры или зря потратить гигабайты хранилища.

Диапазон частот видеосигнала

Частота кадров влияет на пропускную способность, но для современных кодеков, например, для Н.264, она меньше, чем линейная.

Поэтому, если вы повышаете частоту кадров в 10 раз, то повышение диапазона частот будет гораздо меньшим, частенько в 3 или 5 раз больше.

Для иллюстрации данного момента мы взяли результаты при частоте 30, 10 и 1 кадр/сек, чтобы продемонстрировать изменение битрейта при регулировке настроек в условиях нашего конференц-зала. Средние показатели битрейта были следующие:

• 1 кадр/сек-  0.179 Mбит/сек
• При 10 кадр/сек с увеличенным в 10 раз количеством кадров использовалось в 4 раза больше объема диапазона, чем при 1 кадр/сек (0.693 Мбит/сек)
• При 30 кадр/сек (в 3 раза больше кадров) использовалась пропускная способность в 2 раза больше, чем при 10 кадр/сек и в 7 раз выше, чем с 1 кадр/сек (1.299 Mбит/сек)

Данные измерения были проведены на уровне 1 кадр/сек – самая распространенная настройка профессиональных камер наблюдения.

Частота кадров в секунду какая лучше для видео

Средний показатель в данной сфере ~8-10кадр/сек, т.е. основываясь на этом показателе можно сказать, что подобный уровень обеспечивает достаточное количество кадров, чтобы четко передать большинство действий и одновременно минимизировать объем хранилища данных.

Как было сказано выше повышение частоты кадров с 10 до 30 может увеличить объем использования памяти и при этом не слишком повлияет на детали.

Из нашего обзора средняя частота кадров, используемая для записи  следует (см. таблицу):

Перевод с сайта www.ipvm.com.

Перевел: Труш Борис Викторович
ООО «Единые Электронные Системы»

!!

Источник: http://seccom.ru/optimalnaya-chastota-kadrov-dlya-kamer-videonablyudeniya/

Какую частоту кадров выбрать для видео на канал

В начале кинопленка была очень дорогая – на столько, что для того, чтобы ее экономить, режиссеры пытались использовать наименьшее количество кадров, которое обеспечивало плавность движения.

Этот порог колебался от 16 до 24 кадров в секунду и в конечном счете был выбран единый уровень в 24 кадра в секунду.

Такой стандарт установился на многие десятилетия и до сих пор используется в кинематографии.

Когда появилось телевидение, в разных странах начали использовать разное количество кадров в секунду, в зависимости от частоты напряжения переменного тока в электросети. Таким образом, произошел раскол в мировых стандартах.

Страны, в которых частота напряжения составляла 60 Гц, такие как США и Япония, приняли решение на введение телевидения на скорости 30 кадров в секунду, а страны с частотой 50 Гц (в основном, в Европе и Азии) выбрали стандарт 25 кадров в секунду.

Цифровая эра принесла огромные технологические изменения. Во-первых, большинство камер и дисплеев может поддерживать несколько различных скоростей записи, так что вы можете продолжать использовать все старые стандарты частоты кадров.

Во-вторых, появились новые возможности.

Посмотрите разницу между 24 кадрами и 60 кадрами в секунду

Какое количество кадров выбрать

Выбор количества кадров зависит от творческого видения и эффекта, который Вы хотите получить.

Меньшая скорость делает так, что мозг подсознательно признает, что наблюдаемое изображение является «фальшивкой», поэтому выбор 24 кадров в секунду может отлично подчеркнуть концепцию на основе воображения, например, в сказках и других нереальных фильмах.

Чем выше количество кадров, тем более реалистично выглядят сцены, поэтому такая скорость идеально подходит для современных художественных, документальных или фильмов в стиле экшен.

 Хотя 60 кадров в секунду является лучшим технически решением для достижения плавности, но покадровые анимационные ролики отлично выглядят и при 12 кадрах в секунду, а увидеть мяч во время матча, записанного с частотой 24 кадра в секунду – это уже практически невозможно.

Часто разработчики пытаются придерживаться частоты кадров традиционно используемой в их регионе, т.е. 29,97 кадра в секунду в США и Японии и 25 кадров в секунду в Европе и большинстве стран Азии. Постарайтесь, чтобы ваш выбор был продуман.

Помните, что человеческий глаз является сложным устройством и не распознает отдельных кадров, поэтому эти рекомендации не следует рассматривать в качестве доказанных научно фактов, а, скорее, как результат многолетних наблюдений разных людей.

Ниже вы найдете информацию об общих цифрах кадров, используемых в фильмах и клипах:

• 12 кадров в секунду: абсолютный минимум, необходимый для появления движения. Меньшие скорости будут восприниматься как набор отдельных изображений.
• 24 кадра в секунду: минимальное значение, при котором движение выглядит достаточно плавно. Это неплохой вариант, который подойдет для создания атмосферы старого фильма.
• 25 кадров в секунду: ТВ-стандарт в ЕС и большинстве стран Азии.
• 30 кадров в секунду (точнее 29,97): стандарт, применяемый в США и Японии.
• 48 кадров в секунду: значение в два раза выше, чем в традиционных фильмах.
• 60 кадров в секунду: в настоящее время наиболее передовая скорость записи. Большинство людей не видит особой разницы в плавности движений при съемке выше 60 кадров в секунду. Это количество кадров, отлично подходит для отображения динамичного экшена.

Этот фильм, снятый с частотой 12 кадров в секунду, показывает, какого эффект можно достичь при помощи записи с малым числом кадров.

Калифорния со скоростью 60 кадров в секунду

Этот фильм снят с частотой 60 кадров в секунду, имеет более четкое и более плавное изображение. Он полная противоположность предыдущего примера.

Помните, что необходимо изменить настройки качества отображения видео в на 720p или 1080p (нажав на значок шестеренки в плеере ).

Высокая частота кадров – лучшее решение для

До недавнего времени максимальное количество кадров на составляло 30 кадров в секунду, но, в настоящее время, уже можно просматривать видео с 60 кадрами в секунду (а также, конечно, с 48 и 50 кадрами в секунду).

Разработчики любят создавать анимации и видео из игр в формате 60 кадров в секунду, потому что такая скорость позволяет использовать эффектное изображение с игровой консоли, отображаемого с высокой частотой кадров, – в результате, запись получается более четкой и более плавной.

Прямые трансляции также могут быть показаны с большим количеством кадров в секунду.

Когда вы начнете транслировать в прямом эфире на со скоростью 60 кадров/сек, система перекодирует поток на стандартный 720p60 и 1080p60.

Благодаря этому изображение будет плавным в степени, достаточной для презентаций, игр и других динамических материалов.

При съемке панорамных видео запись со скоростью 60 кадров в секунду помогает сохранить четкость и плавность движений, а слишком быстрый поворот камеры при более низких скоростях записи кадров может вызвать нестабильность изображения или потерю фокуса.

Это происходит потому, что при записи с меньшим количеством кадров, например, с 24 кадрами в секунду, затвор камеры остается открытым дольше, что приводит к размытости движения. А при 60 кадрах в секунду, можно записать шаг, который будет выглядеть естественно, и сократить время открытия диафрагмы, что даёт кристально чистое изображение.

Высокая частота кадров может быть также полезна во время затемнения и осветления изображений, когда при более низких значениях может произойти потеря качества изображения.

Конечно, вы не должны использовать одну фиксированную частоту кадров во всем фильме. Например, вы можете выбрать 24 кадра в секунду, чтобы получить романтический эффект, а потом перейти на 60 кадров в секунду, когда это потребуется:

• Взрывы: взрывы в кино, снятые с частотой 24 кадра в секунду, выглядят либо четкими, но прерывистыми, либо размытыми, но плавными. При большем числе кадров в секунду можно отобразить очень быстрые взрывы детально, с высокой плавностью и четкостью..
• Жидкости: при высокой частоте кадров Вы получаете возможность расширенных настроек диафрагмы при съемке быстро движущихся жидкостей.
• Динамические сцены: например, бокс, борьба и т.д.
• Выстрелы и другие быстро движущиеся объекты: размытие движения при более низких частотах кадров делают невозможным отслеживание быстро движущихся объектов. В сценах, снятых с большим количеством кадров в секунду эта проблема не возникает.

В сценах с быстрым действием и большим количеством мелких, движущихся объектов, как в этом клипе Nintendo, частота в 60 кадров в секунду позволяет зафиксировать все мельчайшие детали, сохраняя при этом необычайную плавность изображения.

Запишите минутное видео с большим, а потом, с небольшим количеством кадров. Поделитесь этой записью с сообществом и спросите участников, что им понравилось в этих фильмах.

Источник: https://webznam.ru/publ/google/kadrov_video_na_kanal_youtube/11-1-0-621

Что такое FPS/Частота кадров? Часть 1. Взаимодействие с монитором

Каждый из вас сталкивался с проблемой, когда игры на вашем компьютере начинали тормозить, и счастливый тот человек, у которого есть на руках деньги на новое железо.

Сегодня постараемся разобраться какую «Частоту кадров»(далее FPS) можно считать достаточной, и насколько большую частоту кадров может различить человек.

Что такое «Золотой стандарт» и для чего он нужен именно вам?

Большинство из вас понимает частоту кадров, как количество сменяемых изображений за одну секунду видеопотока.

Все просто.

Какую максимальную частоту кадров может различить человек?

Не существует такого значения, это миф. Если вы живете с этим мифом в голове, то вас ждут большие прения с самим собой во время чтения материала ниже.

Человеческий глаз состоит из множества рецепторов, которые постоянно направляют информацию в мозг. Вы не можете назвать ни количество рецепторов, ни пропускной способности до мозга, поэтому выбросите из головы этот миф.

Если бы такое количество существовало, это было бы доказано наукой.

Взаимодействие монитора и видеокарты

Для начала важно донести до вас два простых понятия.

Частота кадров/FPS(англ. Framerate, далее FPS) — количество кадров обработанных вашей видеокартой за секунду.

Это абсолютно хаотичная величина, которая зависит от ваших текущих задач, мощности видеокарты, загруженности сцен, общего обслуживания компьютера и т.д.

За короткий промежуток времени в одной и той же игре частота кадров может сильно разниться, может быть как высокой, так и низкой.

Нагружаем сцену, и наши FPS тают на глазах.

Чем же так важен высокий показатель FPS ? Дело в том, что при низком показателе FPS картинка станет дерганой, и мы не сможем увидеть плавные движения или отдельно взятые изображения. При постоянном FPS можно посчитать время обработки одного кадра : при 30 FPS — 33 миллисекунды, при 60 FPS — 16 миллисекунд. Можно сделать вывод : двукратное увеличение FPS требует двукратного увеличения скорости обработки одного кадра.

Частота обновления монитора(англ. Refresh rate) — частота с которой ваш монитор обновляет все свои пиксели. И в отличие от FPS, частота обновления монитора (далее «герц», потому что так проще и короче, не придавайте слову «герц» особого значения) фиксированная, другими словами постоянная.

Если ваш монитор с 60 герцами, раз в 1секунда/60герц =16.6 миллисекунд происходит мерцание экрана и смена кадра. Вы должны помнить наблюдение из детства, а у кого-то из юношества, когда мы направляли первые телефоны с камерой на телевизоры оснащенные электронно-лучевой трубкой.

Буферной зоной назовем место, где монитор хранит готовый кадр на вывод(на деле технология может отличаться, но суть та же).

Для примера взаимодействия мы возьмем монитор с частотой 60 Гц.

Рассмотрим 3 случая

1. Среднее количество FPS не превышает вашу частоту монитора 60 Гц.

В период между мерцаниями вашего монитора источник-видеокарта направляет в буфер не больше одного кадра. Чем сильнее будет проседать FPS, тем чаще мы будем сталкиваться с тем, что обновление монитора не обновляет кадр.

После того как ваш кадр отрендерится, он моментально отправляется с видеосигналом в буфер. Когда настает время, наш герц выводит содержимое буфера на экран.

2. Среднее количество FPS превышает вашу частоту монитора 60 Гц.

Здесь уже посложнее, количество FPS на одно мерцание монитора.(далее — вычислительный отрезок)

Другими словами Хаос с большей буквы. Ваша видеокарта успевает отправить больше одного кадра на одно мерцание монитора.

Проиллюстрирован случай, когда вы имеете 300+ FPS. В период между обновлением монитора источник-видеокарта успевает отрендерить больше 5 кадров.

За это время все эти кадры приходят в буфер, и каждый новый вытесняет предыдущий, и этот предыдущий исчезает из цифрового поля.

Помимо этого, есть один очень интересный момент: настал момент монитору обновиться, а в это же время в буфер приходит информация о новом кадре, таким образом, монитор начинает выводить информацию двух разных кадров. Последствия для вас — разрыв экрана.

Как же избежать этих «разрывов» ? Существует несколько технологий синхронизации кадров с частотой обновления монитора, другими словами, эти технологии помещают FPS и герцы на одну волну.

3. Включена вертикальная синхронизация.

Хаосу тут не место. Ваша видеокарта рендерит кадр под обновление монитора.

Технология горизонтальной синхронизации от NVIDIA. В монитор встраивается чип, который заставляет монитор обновится, когда придет новый кадр(в пределах своей частоты обновления). Тут все слишком хорошо и скучно, чтобы про это говорить

Плюсы
• Пропадают разрывы изображений.
• карта работает не на полную мощность, тем самым понижая свою температуру и уменьшая уровень шума.

Минусы
• Снижение частоты кадров до частоты монитора. Но вы же вроде не можете увидеть больше кадров на 60 гц мониторе?
• Повышение отклика всех ваших действий в игре. Почему? Попробую и это вам объяснить.
• Ваш «регулировщик» на видеокарте, так же как и остальные ее элементы потребляет вычислительные ресурсы. Значит на обработку кадров их остается меньше.
• Перед включением вертикальной синхронизации, убедитесь что вы имеете «запас» по FPS. Если видеокарта не сможет осилить требуемый FPS, она опустит его до следующего кратного значения. В нашем случае — 30 FPS, а никто не хочет играть с 30 FPS, если вы не «консольщик», о них чуть позже.

Вы только что прочитали про взаимодействие монитора и видеокарты, и, скорее всего, решили для себя, включу эту «вашу синхронизацию» и бед не буду знать. И здесь есть свои тонкости. Встречали ли вы людей, которые утверждали вам, что мало видят разницу между 60 и 120 FPS, а даже видят ее на 60 Гц мониторе? Да они умом тронулись. Или нет? Находясь рядом с игроком и смотря как он играет, разницу вы не увидите. Но все меняется если вы и есть игрок, который взаимодействует с игровым миром.

Перед нами три герца. Между ними 2 вычислительных отрезка, в одном из которых произошло событие спустя 12 миллисекунд после обновления монитора.

Красная линия это игровой «тик»(момент), причем неважно какой именно. Это может быть первый кадр взрыва гранаты, вы можете одним тиком повернуть камеру, зажжется свет.

Абсолютно неважно!

Как мы помним, монитор обновляется каждые 1000миллисекунд/60 = 16.66 миллисекунд. В первом случае мы не знаем, успел ли кадр отрендериться тогда, когда уже произошел наш «тик».Но во втором случае, мы ясно видим, что последний отрендеренный кадр появился уже после «тика», поэтому он содержит информацию о нем. И мы через 16.66/5 ≈ 3.33миллисекунды увидим наш «тик» на мониторе. В то же время в первом случае кадр пропускает «тик», и мы увидим его только на следующем рендере, а именно через 16.66+(16.66-12) = 21.13 миллисекунд. Совокупность «тиков» и создает разницу 60 и 120 FPS на 60 Гц мониторе. Объяснить или показать на видео эту разницу невозможно, вам необходимо самостоятельно это прощупать. Мы проигнорировали все остальные отклики и задержки связанные с компьютерным железом, начиная от отклика мыши и заканчивая скоростью видеосигнала, потому что это неважно. Суть от этого не меняется.

Также я проигнорировал случай с включенной вертикальной синхронизацией, потому что он самый «плохой», т.к.

«регулировщик» рендерит и отправляет кадр перед самым обновлением монитора, задержка каждого «тика» будет составлять до 32 миллисекунд, а это задержка кадра как при 30 FPS, надеюсь в 30 FPS вы изъяны видите.

Это «второй минус» вертикальной синхронизации из перечисленных мною выше, его очень легко почувствовать если включить/выключить синхронизацию прямо в игре.

Наглядная демонстрация геймплея, при котором происходит очень много наших «тиков», а именно поворотов камеры. Если поводить подобным образом камерой в CS:GO при 60 и 120 FPS на 60 Гц мониторе, и все равно не понять разницу. То постарайтесь не думать об этом, это не ваше

«Золотой стандарт»

Начнем с того, что никакого «золотого стандарта» не существует. Есть требования игроков с одной стороны, которые в свою очередь могут различаться, и технические возможности разработчиков с другой.

Будь у разработчиков возможность выпускать все проекты с миллионами FPS, они бы не стали ее упускать. Все же мы постараемся определить некоторую зону комфорта и плавного изображения. Разберем несколько случаев.

Xbox One и PS4

На момент разработки этих консолей выбор графической системы пал на близкий аналог Radeon HD 7850. Попробуйте взять эту HD 7850 и что-нибудь исполнить в современных играх. Найдутся игры, которые просядут ниже 30 FPS. Что в таком случае делают разработчики? Уменьшают обсчитываемое разрешение. Возьмите любой последний Assassin's Creed, обе консоли работают в режиме 900p 30 fps, это еще в самом лучшем случае, нетрудно найти тест на , когда консоли не могут поддерживать и 30 FPS. Можно ли назвать 30 FPS Золотым стандартом? Нет! Это дно, ниже которого падать некуда.

Пока «хавают», ситуация вряд ли изменится. Главное, чтобы консоли не стали стоить по 1000$.

VR Виртуальная реальность работает на частоте кадров 90+, в этом случае экран максимально близко к вашим глазам, и низкий FPS будет более заметен, что приведет к утомлению и ухудшению здоровья. Вернемся к мониторам. Плавность изображения достигается тогда, когда мы не видим переход от одного кадра к другому. К сожалению, тут мы возвращаемся опять к тому, что столько людей, столько разных мнений. В этой статье моя задача состояла в том, чтобы объяснить вам преимущество 60+ FPS на 60 Гц мониторе. От себя оставлю некоторые рекомендации видеокарт для игры на FullHD мониторах. Ниже вы можете ознакомиться с тестами этих видеокарт на нашем сайте.

30 FPS

NVIDIA GeForce GTX 950 сильно превосходит по мощности обе консоли, поэтому пока на консолях играют, вы без дела не останетесь.

60 FPS в этом году

NVIDIA GeForce GTX 1060 показывает отличные результаты в играх при компромиссной цене.

60 FPS в будущих экспериментах от Ubisoft

NVIDIA GeForce GTX 1070 имеет отличную производительность и сильно выигрывает в цене на фоне «старшего брата».

Источник: https://megaobzor.com/chto-takoe-fps.html

Зачем нам высокая частота кадров(HFR)?

Развитие кинематографа, благодаря появлению новых технологий, дало нам новые возможности для реализации наших идей.

Эта статья посвящена одной из сторон «нового поколения кино» — влиянию высокой частоты кадров(HFR — high frame rate) с ее мотивацией и противоречивостью, на глаз зрителя, а так же тому, что нас ждет в будущем.

Немного истории

Что такое частота кадров? Ка́дровая частота́ (fps-frames per second)— количество сменяемых кадров за единицу времени в телевидении и кинематографе.

Хотя современное кино и использует 24 кадра в секунду, ранние фильмы производили с довольно разнообразной частотой кадров.

В 1930х многие немые фильмы выпускались с частотой 15-20fps, и с этого самого момента развитие иллюзии движущихся картинок и началось.

Затем, с развитием звука, частота кадров увеличилась до стандарта в 24 кадра, из-за того что это было минимальным количеством кадров, которое требовалось для нормального воспроизведения звука с 35 мм кинопленки. Пример 5fps. То же видео, но 15fps.

В любом случае, общей стратегией было использовать минимальное количество кадров. И не появлялось никаких идей вроде: «Давайте сделаем фильм более реалистичным!» — материал просто должен был быть приемлимого качества и цены. Однако, с появлением цифрового видео, мы больше не загнаны в рамки «старых правил». Новые фильмы начинают использовать высокую частоту кадров(HFR). Уже сейчас HFR используется в трансляции спортивных программ и в кино — Аватар 2 будет, а Хоббит уже использует.

Частоты киносъёмки и кинопроекции

• 16 — стандартная частота съёмки и проекции немого кинематографа;
• 18 — стандартная частота съёмки и проекции любительского формата «8 Супер»;
• 23,976 — частота телекинопроекции в американском стандарте разложения 525/60, применяемая для интерполяции без потерь;
• 24 — общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции;
• 25 — частота киносъёмки, применяемая при производстве телефильмов и телерепортажей для перевода в европейский стандарт разложения 625/50;
• 29,97 — точная кадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
• 30 — частота киносъёмки раннего варианта широкоформатной киносистемы «Tодд-AO»;
• 48 — частота съёмки и проекции по системе IMAX HD;
• 50 — частота полукадров европейского стандарта разложения. Используется в электронных камерах для ТВЧ;
• 59,94 — точная полукадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC;
• 60 — частота киносъёмки в американском стандарте ТВЧ и системе «Шоускан» (англ. Showscan).

Для чего все это?

Даже если 15 кадров в секунду и достаточно для создания иллюзии движения, то для создания «эффекта погружения» нужно больше кадров.

Визуальные исследования показали, что даже если нельзя различить отдельных изображений, частота кадров порядка 60-80 делает видео более реалистичным, усиливая четкость и увеличивая плавность движений.

HFR уменьшает количество визуальных артефактов движения — особенно это заметно при просмотре в кино. Движущиеся объекты могут иметь, например, стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект (греч.

strobos кружение, вихрь + skopeo рассматривать, наблюдать) — возникновение зрительной иллюзии неподвижности или мнимого движения предмета при его прерывистом (с определенной периодичностью) визуальном наблюдении.

Если частота кадров в фильме слишком низкая, то будет казаться что фильм дергается(стробоскопический эффект). Говорят, что человеческий глаз не может различить 30 и 60 кадров в секунду.

И они, в общем-то, правы — глаз не может, а вот мозг может! Можете взглянуть на еще один отличный пример разницы в частоте кадров здесь. Анимация при 15 кадрах в секунду достаточно дерганная, при 30 выглядит довольно хорошо, а вот при 60 вообще великолепна.

Motion blur — это естественный эффект, получаемый при съемке окружающего мира через равные отрезки времени(т.е. стандартная видеосъемка). Когда фильм записан при 25 кадрах в секунду, то выдержка у каждого снимка около 40 миллисекунд т.е. 1/25ая секунды). Все изменения произошедшие перед камерой за эти 40 миллисекунд в конечном счете окажутся в кадре. Без motion blur, анимация не была бы такой плавной, казалось бы, что изображение «прыгает».

По этой ссылке вы можете перейти на сайте, где симулируется различная частота кадров и получаемое при этом изображение.

Кроме того, не для кого не секрет, что из HFR видео можно вытащить более четкие кадры. В будущем это может оказаться полезным, скажем, для фэшн показа, где из видеоряда просто будут извлекаться необходимые фото для журналов или рекламы. Если же нет необходимости в HFR, то при съемке в 48fps, и последующей обработке с пропуском кадров, можно легко получить 24fps. 10 fps 24 fps 60 fps Еще HFR может сделать просмотр видео более комфортным, благодаря уменьшению напряжения и усталости глаз. Т.к. система визуального восприятия человека устроена так, что безостановочно анализирует получаемую информацию, то прерывистое видео при длительном просмотре может быть очень утомительным — так же как глаза утомляются при мерцании ЭЛТ мониторов или флюрорисцентных ламп. С эффектом 3D в особенности, просмотр сопровождается утомлением глаз и является одной из главных причин, почему многие не снимают фильмы в 3D. Теоретически, проекторы станут ярче с использованием HFR. При 24fps, обычно проекторы показывают каждый кадр 2-3 раза при общей частоте обновления 48-72 Hz. Однако, если вспышки слишком яркие, то будет казаться, что каждый кадр мерцает. С HFR, кадр мерцает меньшее количество раз — предотвращая более яркое отображение, которое вызывает мерцание. Это особенно актуально для 3D т.к. традиционная техника проектирования изображения достаточно тусклая. Яркость при 2D Яркость при 3D Во время продолжительного экшна на экране, наша система визуального восприятия часто находится в возбужденном состоянии, что в свою очередь, притупляет чувство времени и повышает восприимчивость к визуальной информации. Гонки на машинах, сцены боя, съемка от первого лица и с воздуха особенно важны. HFR наделяет такие типы сцен четкостью, плавностью т.е. тем, что невозможно достигнуть при обычной съемке:

24 fps

60 fps Обратите внимание, пример с HFR — видео более плавное, особенно когда мотоцикл в воздухе. Такие улучшения часто намного лучше смотрятся на большом экране. Восприятие еще зависит и от самого содержания сцены. Так, в сценах ниже разница четче выражена из-за типа съемки и количества моушн блера. По-просту, экшн, сцены от первого лица и другие динамические кадры только выигрывают от HFR.

Другие стороны HFR

Но несмотря на обилие плюсов, HFR вызывает противоречия. За последние 80 лет, зрители привыкли к 24 fps и для них традиционное кино выглядит именно так. Обычно такие фильмы сопровождает более выраженный моушн блер и сниженный темп, вместе с определенными техниками съемки для избежания появления артефактов движения.

Многие, однако, начали использовать понятие «супер реалистичный» для HFR съемки. И это понятно, ведь HFR и была так задумана, чтобы быть отличной от стандартной съемки.
Однако, некоторые противоречия были вызваны ложными исследованиями, основанными на технологиях не являющихся действительным HFR.

Например, современное телевидение часто старается симулировать HFR, добавляя дополнительные кадры(интерполяция) между реально существующими. Здесь обычное видео, снятое при 24fps. А здесь видео с интерполяцией.

В отличие от HFR, в подходе с интерполяцией отсутствует моушн блер и изображение может иногда быть смазанным т.е. аналогично видео, когда используют угол затвора в 360 градусов или видео на экране ранних LCD экранов с эффектом шлейфа.

Более того, HFR не так важен для домашнего телевизора как для кинотеатра с большим экраном. На ранних стадиях, технология HFR так же столкнулась с сопротивлением по разным причинам.

Изначально цена была слишком завышена, не было так много камер и проекторов(для многих достаточно просто обновить прошивку) поддерживающих эту технологию. Сейчас одним из сдерживающих факторов может являться время для рендеринга (которое иногда может быть в 2 раза больше положенного), но и этот минус вскоре уйдет с появлением более мощных компьютеров.

Выводы

Когда впервые появились компакт диски, многие критиковали их за то, что музыка стала слишком чистой и отсутствовал характерный звук виниловой пластики. Это очнеь похоже на ситуацию с HFR.

Проще говоря, низкой частоте кадров всегда найдется применение, но использование HFR предпочтительней т.к. всегда можно вернуться к более низкой частоте.

Однако, как уже говорилось выше не везде необходимо использование HFR, так что со временем, технология может просто стать инструментом подобно тому, как сейчас используют угол затвора.

Огромный шаг был сделан и в отношении разрешения — с развитием 4к кино — что тоже заслуживает детального рассмотрения и исследования.

Более высокая частота, 4к+ разрешение все больше и больше приближают нас к отражению реальности в кино. Недавно вышел фильм Питера Джэксона «Хоббит», снятый при 48 кадрах в секунду(что в 2 раза больше стандарта киношной съемки в 24).

Питер тогда сказал:

«Многие кинокритики холодно отнесутся к отсутствию размытие при движении и стробоскопическим артефактам, но вся наша съемочная команда-многие из которых являются экспертами в кино —после выхода фильма поддерживают меня. К новой частоте кадров быстро привыкаешь и начинаешь воспринимать более естественно. Это похоже на то время, когда CD-диски вытеснили виниловые пластинки. Я считаю что то же самое будет в кино и мы очень быстро приближаемся к тому моменту, когда фильмы с высокой частотой кадров будут выпускаться массово.»

Но есть и другой взгляд на эту ситуацию. Например, Найм Сезерлэнд(Naim Sutherland) так относится к высокой частоте кадров:

«Цель кинематографа не в том, чтобы зеркально отразить нашу реальность или детально показать ее. Я, например, хочу создать небольшую физическую связь между вами и моими фильмами.

Я хочу погрузить зрителя в мир самой истории, чтобы он поверил в нее и забыл о себе, своей жизни и был только с фильмом наедине.

Не показывая достаточно информации визуально, мы заставляем мозг работать и самому заполнять пробелы информации… что еще больше погружает зрителя в фильм. И это является частью того, когда зритель смеется, плачет, или пугается.»

Взято с www.red.com/

Источник: http://skillville.ru/media/zachem-nam-vysokaya-chastota-kadrovhfr.html

Разберёмся с кадрами в секунду

В этой заметке расскажу откуда появились 24 кадра в секунду, почему в США их 29,97. Зачем играм так много FPS и почему 25 кадр не работает.

Вступление

Любая анимация существует благодаря инертности зрения. Если изображения сменяются достаточно быстро, то мозг не видит их по отдельности, а создаёт иллюзию непрерывного движения.

Скорость смены изображений должна быть выше 10-12 в секунду, иначе мозг воспринимает картинки по-отдельности. Казалось бы, вот и подходящая для человека кадровая частота — 12 FPS и больше.

Но не всё так просто.

Немые фильмы

Представьте себе ленту немого фильма, в которой 1 500 отдельных изображений. Если мы покажем фильм со скоростью 12 кадров в секунду, то увидим что-то такое. Гифку сделал по ссылке, чтобы не раздражала мерцанием.

Движение есть, но мерцание в кадре всё портит. Оно появилось из-за того, что мы должны закрыть проектор, чтобы прокрутить ленту дальше и показать новое изображение.

По словам Томаса Эдисона, наше зрение не заметит мерцание, если мы будем прокручивать ленту со скоростью 46 кадров в секунду. Но это не лучший вариант, и вот почему.

Сейчас у нас фильм состоит из 1 500 изображений и мы его проигрываем со скоростью 12 кадров в секунду.Получается 1 500 кадров / 12 кадров в секунду = 125 секунд

Значит, нам достаточно 1 500 кадров, что создать двухминутный фильм.

Со скоростью 46 кадров в секунду наш фильм будет идти всего 32 секунды.

То есть, чтобы восстановить хронометраж мы должны создать не 1 500 кадров, а 5 750 = 125 секунд * 46 кадров в секунду.

Кинолента будет длиннее в четыре раза, количество кадров больше, а значит отснять, смонтировать и показать фильм выйдет намного дороже.

Легче изменить конструкцию проектора. Поэтому вместо обычного обтюратора поставили трёхлезвийный.

Теперь один кадр показывают три раза и только потом сменяют на новый. Получается частота кадров (хоть и одинаковых) увеличилась. Количество мерцания увеличилось по количеству, но в три раза сократилось по времени. Таким образом инертность зрения стала «съедать» мерцание в кадре.

Мы взяли 16 FPS, а не 12 или 14, так как 16 — минимальное целое число, которое умножается на 3 и в результате даёт число больше 46.

Вот мы и получили первую кадровую частоту — 16 FPS для немых фильмов. Плюс немых фильмов в том, что мы можем легко увеличить или уменьшить количество кадров в секунду, это повлияет только на скорость воспроизведения. Ручку проектора крутил человек и мог варьировать скорость кадров от 14 до 26 FPS.

Звук

Всё сложнее стало со звуком. Теперь нельзя крутить фильм быстрее или медленнее. Нужно соблюдать постоянную кадровую частоту, чтобы скорость, а значит и тембр голоса не изменялся на протяжении фильма.

С 16 FPS была проблема, звук не звучал точно, как задумывалось. Нужно было выбрать новую частоту, чтобы она была больше 16 и в итоге давала 48 проецируемых FPS. В итоге, вместо трёхлезвийного обтюратора стали использовать двулезвийный.

И утвердили новый фрейм рейт — 24 FPS.

Тут вроде становится понятно — мы и сейчас используем 24 FPS. Тогда зачем нам 25, 30 и тем более 29,97?

Телевизор

Когда решили транслировать изображение по телевизору возникли новые проблемы. Показывать два раза один и тот же кадр было не вариант, да и технически это было сложновато. Ещё надо передать аналоговый сигнал по радиоволнам.

И чем больше кадров, тем больше вес файла — значит канал передачи должен быть шире, а значит и дороже. Поэтому стали передавать кадры по половинкам — полукадрами. Разбиваем изображение на полосы и показываем сначала все нечётные, а потом все чётные.

Инертность зрения делает своё дело и мы видим целый кадр.

Кадр из людей в чёрном 3
В телевизоре происходит то же самое, только намного быстрее.

Чтобы не было лишних шумов и конструкция телевизора была проще, полукадры решили обновлять с частотой электросети. Для Европы это 50 Гц. Получилось 50 полукадров в секунду или 25 целых кадров в секунду. В США частота электросетей 60 Гц, значит полукадров будет 60, а кадров соответственно 30.

И вот вроде как всё хорошо, но тут появляется цвет.

Цвет

Теперь через тот же канал нужно донести больше информации. Мы должны передать чёрно-белое изображение для старых телевизоров, цветное изображение и звук. И сделать это было довольно сложно.

Потому что как только мы добавляем в электромагнитный спектр информацию о цвете его частота пересекается со звуком и создаёт помехи.

Чтобы чётко разделить цвет и звук решили снизить частоту полукадров на 0,1%.

60 полукадров — 0,1% = 59,94 полукадров в секунду
59,94 полукадров в секунду/2 = 29,97 кадров в секунду

Система вещания с такой странной кадровой частотой называется NTSC и использовалась в США и ещё парочке стран.

В Европе таких сложностей не было, в качестве стандарта сразу взяли PAL, который был создан, чтобы решить проблемы с цветом. Поэтому как было 25 кадров в секунду, так и осталось.

>30 FPS

Зачем же тогда делают фильмы в 60 FPS?
Дело в том, что камера размывает любое резкое движение в сторону направления объекта. Величина размытия зависит от расстояния, которое объект прошёл за 1 кадр. И чем больше количество кадров в секунду, тем меньше размытие.

1 секунда / 25 фпс = 0,04
1 секунда / 60 фпс = 0,016

Это называется моушн-блюр.

Разница между фильмами с 25 FPS и 60 FPS только в плавности движения. Резкие движения в фильме выглядят менее размытыми. За счёт этого картинка кажется более реалистичной. Вот в этом и смысл.

25 кадр

Представьте, что мы берём книгу в которой 24 страницы — 23 белые и 1 красная. Если мы пролистнём книгу за одну секунду, то точно заметим, что одна страница другого цвета. Если страниц в книге 25, то ничего не изменится.

Страница не станет невидимой и тем более не будет влиять на подсознание, она просто пролистнётся не за 1/24 секунды, а за 1/25. Вот и вся разница. Даже если страниц будет больше 100 — глаз поймёт, что одна из них отличается.

Абсолютно то же самое с видео.

Наше зрение не ограничивается считыванием какого-то определённого количества кадров в секунду. Различия между кадрами будут заметны и на двухстах, и на пятистах кадрах в секунду.

Слоумоушн и таймлапс

Слоумоушн это, когда мы снимаем видео с большей частотой кадров, а смотрим с меньшей — снимаем в 120, смотрим в 25.

Снимем на айфон 6 секунд в 120 FPS. Это значит, что за секунду он создаст 120 изображений. За 6 секунд — 720. А смотреть мы их будем в 25 FPS. Это значит, что 720 изображений / 25 FPS мы будем смотреть почти 29 секунд. За это время мы и рассмотрим все детали.

А если мы возьмём высокоскоростную камеру, снимем 1 секунду с фреймрейтом 5 000 FPS и посмотрим в 25 FPS.

27 000 * 1 / 25 = 1 080 секунд или 18 минут

Одну секунду реального времени мы смотрим целых 18 минут. Можно в деталях рассмотреть выстрел пистолета под водой.

После таких расчётов становится понятно почему Slow Mo Guys не выкладывают свои ролики в 60 FPS. Мы просто увидим меньше деталей.

27 000 * 1 / 60 = 450 секунд или 7 минут 30 секунд

Также, есть противоположность для слоумоушна — timelapse. Снимаем видео с меньшей частотой, а проигрываем с большей. Ставим штатив на балкон и делаем одну фотографию в день на протяжении года.

Получается, что у нас получилось видео с частотой кадров — 1 кадр в день. За год у нас получилось 365 кадров. Теперь мы включаем скорость 25 FPS.

В итоге, получаем 365 / 25 = 14,6 секунд в которые уместился целый год.

Игры

Почему тогда играм недостаточно 25 FPS? А нужно намного больше: 60 или даже 100 FPS.

Как написано в абзаце про фильмы с 60 FPS — камера всегда снимает с небольшим размытием в движении. Компьютер же создаёт абсолютно чёткие изображения. Из-за этого мозгу сложнее складывать их в непрерывную картинку. И чем больше движения в игре, тем больше чётких кадров нам нужно для корректного восприятия.

Для сапёра нам хватит и 2 FPS. Два раза в секунду компьютер будет обновлять изображение на мониторе и показывать попали мы в бомбу или нет. А для Counter-Strike не хватит и 30. Просто потому, что движения там слишком динамичные.

На восприятие также влияет то, что фильмы мы смотрим с постоянной кадровой частотой. В играх же, в зависимости от происходящего, FPS меняется. Как только FPS резко падает, мозг сразу же замечает это. То же самое было бы и с фильмами, если бы кадров в секунду было то 25, то 60.

FPS для игр важен не только для комфортного восприятия игры. Частота кадров равна частоте обновления физической модели. Это значит, чем больше FPS, тем чаще компьютер проверяет сделали вы выстрел или нет. Иногда эти доли секунды важны.

Похоже, что всё, что хотел рассказать — рассказал. Вот кратко все тезисы этой заметки.

Итоги

1) Первый фрейм рейт — 16 FPS2) Звук увеличил кадровую частоту и сделал её постоянной — 24 FPS3) Частота электросети определила новую кадровую частоту для телевизоров — 25 FPS и 30 FPS4) Цвет превратил 30 FPS в 29,97 FPS из-за того, что не дружил со звуком5) Фильмы в 60 FPS плавнее6) Слоумоушн — снимаем с бóльшим FPS, смотрим с меньшим. В таймлапсе наоборот7) Игры генерируют абсолютно чёткие кадры, поэтому нужно больше FPS, чтобы создать плавное движение

В фильмах кадры в секунду постоянные, в играх зависят от ситуации

Источники

The History of Frame Rate for Film
Why is TV 29.97 frames per second?
Почему нам мало 30 fps?
Why aren’t Slow Mo Guys videos 60fps?

Источник: https://balyberdin.com/hey/all/about-fps/