Секундына көрсетілетін кадрлар саны

Кіріспе

Бір секундта көрсетілген кадрлар саны

Кадр жылдамдығы (көбінесе FPS немесе секунд сайын кадрлар деп аталады) – тізбектелген бейнелердің (кадрлардың) түсірілу немесе көрсетілу жиілігі (көрсеткіші). Бұл анықтама фильм және бейнекамераларға, компьютерлік анимацияға және қозғалысты түсіру жүйелеріне қатысты. Осы жағдайларда кадр жылдамдығы, герцте көрсетілетін кадр жылдамдығы және жаңару жылдамдығымен алмастырыла алады. Сонымен қатар, компьютерлік графиканың өнімділігі тұрғысынан алғанда, FPS – жүйенің, әсіресе GPU-ның кадрларды жасау жылдамдығы, ал жаңару жылдамдығы – дисплейдің аяқталған кадрларды көрсету жиілігі. Электрондық камераның сипаттамаларында кадр жылдамдығы кадрларды түсірудің ең жоғары мүмкін жылдамдығын білдіреді, бірақ іс жүзінде басқа параметрлер (мысалы, экспозиция уақыты) нақты жиілікті кадр жылдамдығынан төменге дейін төмендетуі мүмкін.

Адамның көру қабілеті

Адамның көру қабілетінің уақытқа сезімталдығы мен ажыратымдылығы визуалды стимулдың түріне және ерекшеліктеріне байланысты өзгереді, сондай-ақ жеке адамдар арасында да айырмашылықтар болады. Адамның көру жүйесі секундына 10-12 бейнені өңдеп, оларды жеке-жеке қабылдай алады, ал одан жоғары жылдамдықтар қозғалыс ретінде сезіледі. Модуляцияланған жарық (мысалы, компьютер дисплейі) зерттеуге қатысушылардың көпшілігі үшін 50 Гц-тен жоғары жиілікте тұрақты деп қабылданады. Модуляцияланған жарықтың тұрақты болып көрінуі жалтыраудың бірігу шегі деп аталады. Дегенмен, егер модульденген жарық біркелкі болмаса және бейнесі болса, онда жалтыраудың бірігу шегі жүздеген герцке дейін жоғарылайды. Бейнелерді тануға қатысты, адамдар бірнеше суреттердің үздірілмейтін тізбегінен белгілі бір суретті тани алады, олардың әрқайсысы 13 миллисекундқа созылады. Көздің инерциясы кейде өте қысқа, бір миллисекундтық визуалды стимулды 100 мс-тан 400 мс-қа дейін созылғандай сезінуге себеп болады. Өте қысқа бірнеше стимулдар кейде бір стимул ретінде қабылданады, мысалы, 10 мс жасыл жарық шығарылғаннан кейін дереу 10 мс қызыл жарық шығарылса, ол бір сары жарық шығарылғандай сезіледі.

Үнсіз фильмдер

Алғашқы үнсіз фильмдерде кадрлар жылдамдығы секундына 16-дан 24 кадрға (fps) дейін болатын, бірақ камералар қолмен айналдырылатындықтан, көңіл-күйге сәйкес сахна барысында бұл жылдамдық өзгеріп тұратын. Кинотеатрларда проектордағы пленканы тасымалдау механизмін қуаттандыратын кернеуді реттеу арқылы да кадрлар жылдамдығын өзгертуге болады. Кинокомпаниялар үнсіз фильмдерді түсірілгеннен гөрі жоғары кадрлар жылдамдығымен көрсетуді қалаған. Бұл жылдамдықтар қозғалыс сезімін тудыруға жеткілікті болды, бірақ ол ұсақ-түйек қозғалыс ретінде қабылданатын. Көздің шаршауын азайту үшін проекторлар қос және үш жапырақты жалюзилерді қолданды, соның арқасында әр кадр екі немесе үш рет көрсетіліп, жыпылықтау жиілігі 48 немесе 72 герцке дейін артты. Томас Эдисон көздің қозғалысты қабылдауы үшін секундына 46 кадрдың қажет екенін айтқан: «Бұл көрсеткіштен кем болса, көз шаршайды». 1920-жылдардың ортасынан соңына қарай үнсіз фильмдердің кадрлар жылдамдығы 20–26 FPS-ке дейін өсті. 1927 жылдан 1930 жылға дейін студиялар жабдықтарын жаңартқанда, 24 FPS жылдамдығы 35 мм дыбыстық фильм үшін стандартқа айналды. Кескіннің жаңару жылдамдығы төмен болғанымен, көптеген жағдайларда суреттің ағынтығы қанағаттанарлық. Дегенмен, кейіпкерден жылдам қозғалыс орындалуы керек болса, көбінесе «бірліктермен» анимациялауға қайта оралу қажет, себебі «екіліктер» қозғалысты жеткілікті түрде жеткізе алмайды. Екі техниканың үйлесімі көзді артық өндіріс шығындарына бармай алдап отырады. Көптеген «сенбі күнгі мультфильмдер» мүмкіндігінше арзан өндірілді және көбінесе «үштіктермен» немесе тіпті «төрттіктермен» түсірілді, яғни әр суретте үш немесе төрт кадр болды. Бұл секундына 8 немесе 6 суретке тең. Аниме де көбінесе үштік немесе екілікпен салынады.

Қазіргі видео стандарттары

Электр желілерінің жиілігіне байланысты аналогты теледидар хабарларын тарату 50 Гц (әлемнің көп бөлігі) немесе 60 Гц (Канада, АҚШ, Жапония, Оңтүстік Корея) кадрлық жылдамдықпен жасалды. Электр желісінің жиілігі өте тұрақты болғандықтан, синхрондау үшін оны пайдалану логикалық болды. Түсті теледидар технологиясының енгізілуі «нүктелердің қиылысуын» болдырмау үшін 60 FPS жиілігін 0,1%-ға төмендетуді қажет етті, бұл ескі қара-ақ дисплейлерде, әсіресе қаныққан түсті беттерде көрінетін бейне артефактісі. Фрейм жылдамдығын 0,1%-ға төмендету арқылы жағымсыз әсерді азайтуға болатыны анықталды. 2021 жылға дейін Солтүстік Америка, Жапония және Оңтүстік Кореядағы бейне тарату стандарттары әлі де секундына 60 / 1.001 ≈ 59.94 кадрға негізделген. Әдетте екі түрлі сурет мөлшері қолданылады: 1920×1080 («1080i/p») және 1280×720 («720p»). Ұсынылатын форматтардағы шатасудың себебі, олардың кадр жылдамдығы 29.97/25 FPS және сурет биіктігі екі еселенген көрсетіледі, бірақ бұл көрсеткіштер шартты; әр форматта секундына 60 кадр шығарылады. 1080i ажыратымдылығы 59.94 немесе 50 1920×540 кадрды шығарады, олардың әрқайсысы фотосурет процесінде жарты биіктікке дейін қысылып, теледидар экранында ойнату кезінде толық экранға дейін созылады. 720p форматы 59.94/50 немесе 29.97/25 1280×720p кадрларын шығарады, олар қысылмайды, сондықтан суретті кеңейту немесе қысу қажет емес. Бұл шатасу сандық бейне бағдарламалық жасақтаманың алғашқы кезеңдерінде кеңінен таралды, көптеген бағдарламалық жасақтамалар дұрыс жазылмады, әзірлеушілер секундына тек 29.97 кадр күтілетініне сенді, бұл дұрыс емес еді. Әрбір пиксель секундына 29.97 рет сұралып, жіберілгені рас болса да, оның төмендегі пиксель орны секундының 1/60-ынан кейін, келесі 1/60 кадр үшін мүлдем бөлек суреттің бөлігі ретінде сұралады. 24 FPS жылдамдығымен фильмді 60 Гц видеода қажетті керілу процесінсіз көрсетуге болмайды, бұл көбінесе «жудер» эффектісіне әкеледі: 24 кадрды секундына 60 кадрға айналдыру үшін әрбір тақ кадр екі рет қайталанады, ал әрбір жұп кадр үш есеге көбейтіледі. Бұл біркелкі емес қозғалыс тудырады, ол стробоскоптық эффектіге ұқсайды. Басқа түрлендірулерде де кадрлардың біркелкі емес еселенуі байқалады. Жаңа бейне стандарттары секундына 120, 240 немесе 300 кадрды қолдайды, сондықтан кадрлар 24, 48 және 60 FPS фильм немесе 25, 30, 50 немесе 60 FPS бейне сияқты стандартты кадрлар үшін біркелкі үлгі алынуы мүмкін. Әрине, жоғары кадр жылдамдықтары олардың бастапқы жылдамдықтарымен де көрсетілуі мүмкін.

Due to the mains frequency of electric grids, analog television broadcast was developed with frame rates of 50 Hz (most of the world) or 60 Hz (Canada, US, Japan, South Korea). The frequency of the electricity grid was extremely stable and therefore it was logical to use for synchronization. The introduction of color television technology made it necessary to lower that 60 FPS frequency by 0.1% to avoid "dot crawl", a display artifact appearing on legacy black and white displays, showing up on highly color saturated surfaces. It was found that by lowering the frame rate by 0.1%, the undesirable effect was minimized. as of 2021, video transmission standards in North America, Japan, and South Korea are still based on 60 / 1.001 ≈ 59.94 images per second. Two sizes of images are typically used: 1920×1080 ("1080i/p") and 1280×720 ("720p"). Confusingly, interlaced formats are customarily stated at 1/2 their image rate, 29.97/25 FPS, and double their image height, but these statements are purely custom; in each format, 60 images per second are produced. A resolution of 1080i produces 59.94 or 50 1920×540 images, each squashed to half height in the photographic process and stretched back to fill the screen on playback in a television set. The 720p format produces 59.94/50 or 29.97/25 1280×720p images, not squeezed, so that no expansion or squeezing of the image is necessary. This confusion was industry wide in the early days of digital video software, with much software being written incorrectly, the developers believing that only 29.97 images were expected each second, which was incorrect. While it was true that each picture element was polled and sent only 29.97 times per second, the pixel location immediately below that one was polled 1/60 of a second later, part of a completely separate image for the next 1/60 second frame. At its native 24 FPS rate, film could not be displayed on 60 Hz video without the necessary pulldown process, often leading to "judder": To convert 24 frames per second into 60 frames per second, every odd frame is repeated, playing twice, while every even frame is tripled. This creates uneven motion, appearing stroboscopic. Other conversions have similar uneven frame doubling. Newer video standards support 120, 240, or 300 frames per second, so frames can be evenly sampled for standard frame rates such as 24, 48 and 60 FPS film or 25, 30, 50 or 60 FPS video. Of course these higher frame rates may also be displayed at their native rates.

Электрондық камераның ерекшеліктері

Электрондық камераның техникалық сипаттамаларында кадр жылдамдығы – түсіріле алатын кадрлардың ең жоғары мүмкін саны (мысалы, экспозиция уақыты нөлге жуық болған жағдайда), бірақ іс жүзінде, өзге де параметрлер (экспозиция уақыты сияқты) нақты жиілікті кадр жылдамдығынан төмендетуі мүмкін.

Фрейм жылдамдығын жоғарыға түрлендіру

Фрейм жылдамдығын жоғарылату (ФЖЖ) – екі тікелей кадрдың арасына бір немесе бірнеше аралық кадрларды синтездеу арқылы бейне тізбегінің уақытша шешілуін арттыру процесі. Төмен фрейм жылдамдығы алиасингке (бұрмалануға) алып келеді, өте күрт қозғалыс эффектілерін тудырады және бейне сапасын нашарлатады. Осылайша, уақытша шешілу бейне сапасын анықтайтын маңызды фактор болып табылады. ФЖЖ алгоритмдері визуалды сапаны жақсарту, бейнелерді қысу және баяулатқан бейнелер жасау сияқты қолдануларда кеңінен қолданылады.

Әдістер

FRC әдістерінің көпшілігі оптикалық ағынға, ядролық негізделген әдістерге және пикселдік галлюцинацияға негізделген әдістерге бөлінеді.

Ағынды негіздегі FRC

Ағынға негізделген әдістер екі кіріс кадр арасындағы болжанған оптикалық ағындарды сызықтық түрде біріктіре отырып, мақсатты аралық кадрдан кіріс кадрларға ағынды шамалайды. Олар сондай-ақ, суретті дәлірек бүктеу үшін ағынды кері аударуды (проекциялауды) ұсынады. Бұдан өзге, ағын проекциялау қабаты арқылы көріністің нысандарының тереңдігіне байланысты, бір-бірімен жапсарласқан ағын векторларына әртүрлі салмақтар беретін алгоритмдер де бар.

Пикселдік галлюцинацияларға негізделген FRC

Пикселдік галлюцинацияға негізделген әдістер, оптикалық ағындарды офсеттік векторлармен алмастыру арқылы орталық кадр генераторына деформацияланатын конволюцияны қолданады. Функциялық доменде деформацияланатын конволюцияның көмегімен ортаңғы кадрларды интерполяциялайтын алгоритмдер де бар. Дегенмен, бұл әдістер ағынға негізделген FRC әдістерінен өзгеше, пиксельдерді тікелей галлюцинациялайтындықтан, жылдам қозғалатын объектілер болғанда болжамдалған кадрлар нашар көрінеді.