Képkockasebesség , képkockasebesség – az időegységenkénti képkockák száma moziban , televízióban , számítógépes grafikában stb. A koncepciót először Edward Muybridge fotós használta , aki kísérleteket végzett mozgó objektumok kronofotográfiai fotózásával kapcsolatban, sorozatban több kamerával . 1] . A közös mértékegység a hertz (képkocka másodpercenként).
A kinematográfia állandó képsebességet használ, amely nem változik a film során, és megfelel egy bizonyos szabványnak. A néma mozi esetében a forgatás és a filmvetítés gyakoriságát Lumiere választotta 1896-ban, és 16 képkocka/másodperc volt [2] . A 35 mm-es film áramlási sebessége pontosan 1 láb /s volt, ami megkönnyíti a számításokat.
A néma mozi idejében a filmvetítőket primitív sebességstabilizátorokkal szerelték fel, és a film vetítése gyakran a képkockasebességet meghaladó frekvencián történt [3] . Ezt a frekvenciát a kivetítő önállóan választotta, a közönség "temperamentuma" alapján [4] . A filmművészet kezdetén a filmvetítő fogantyúját forgató férfi szerepét nem kevésbé tartották fontosnak, mint a filmesek szerepét: a vetítési tempó megválasztása is művészetnek számított [5] . A csendesebb nézők számára 18-24 képkocka/másodperc sebességet választottak, az „élő” közönség számára pedig 20-30 képkocka/másodpercre gyorsították fel a filmet. Az első világháború befejezése után az európai mozikban megnőtt az a tendencia , hogy megnövekedett gyakorisággal vetítenek filmeket. Ez a filmforgalmazók kereskedelmi megfontolásaiból fakadt , akik a filmvetítések lerövidítésére és számának növelésére törekedtek. Egyes esetekben a bemutató több mint 50 képkocka/másodperc sebességgel futott, teljesen torzítva a mozgást a képernyőn. Németországban még külön rendőrségi rendelet is született a vetítési frekvencia szabvány fölé emelésének megengedhetetlenségéről [4] .
A hangmozi megjelenésével a másodpercenkénti 24 képkocka vált szabványossá a folyamatos filmmozgás sebességének növelése érdekében az optikai hangsáv kívánt frekvenciatartományának eléréséhez [6] [7] . A másodpercenkénti 24 képkocka sebességet amerikai filmgyártó cégek konzorciuma szabványosította 1926-ban az új hangos mozirendszerekhez: Whitephone , Fox Movieton és RCA Photophone . 1932. március 15-én az Amerikai Filmművészeti Akadémia végül legalizálta ezt a paramétert, és a klasszikus formátumot hagyta jóvá iparági szabványként [8] . A néma és hangos filmezés frekvenciáit technikai kompromisszumként választják meg a vásznon való mozgás szükséges simasága, az ésszerű filmfogyasztás és a filmes berendezések mechanizmusainak dinamikus jellemzői között [9] . A film sebessége határozza meg a filmnyomat élettartamát , ami leginkább 24 képkocka/másodpercnél elfogadható. A képernyőn történő mozgás lassításához vagy felgyorsításához gyorsított (gyors) és lassított vagy képkockánkénti (time-lapse) fényképezés használható. A szokásostól eltérő képkockasebességgel történő filmezés lehetővé teszi, hogy olyan folyamatokat figyeljen meg a képernyőn, amelyek a szem számára nem láthatók, vagy további művészi hatást kölcsönöznek a filmnek.
Ellentétben a televízióval, amelynek képkockasebessége országonként változik, a hangmoziban a 24 képkocka/másodperc a globális szabvány [10] . Egyes televíziós szabványok esetében ez a frekvenciainterpoláció használatát kényszeríti ki a telecine vetítésben . A moziban a forgatási és vetítési frekvencia változatlanságának fő oka a filmen történő megváltoztatásának óriási technológiai nehézségei a különböző mozihálózatok különböző formátumaiban történő nyomtatás során. A filmes rendszerek sokfélesége egy közös frekvenciaszabványon alapul, mivel ez az egyetlen olyan paraméter, amely nem alakítható át az egyik rendszerből a másikba történő optikai átvitel során. Egyes fejlesztők kísérletei az általánosan elfogadott képkockasebesség 24-ről 30 képkocka/másodpercre módosítására, hogy a villogási sebességet a kritikus szélesvásznú sebesség fölé emeljék, sikertelenek voltak, és az eredetileg ilyen felvételekhez és vetítéshez tervezett Todd-AO moziformátum. Hamarosan közös szabványra hozták [11] . A panoráma mozirendszerek forgatási és vetítési gyakorisága , eredetileg 26 képkocka/másodperc, az ilyen formátumú legújabb filmalkotásokban globális szintre került.
A szabványok fordításának lehetősége csak a film felhagyásával és a digitális filmkészítési technológiák fejlődésével jelent meg .
Egyes 48 és 60 képkocka/másodperces frekvenciára tervezett formátumok nem jártak sikerrel a nagy filmfogyasztás és a filmvetítés technológiai nehézségei miatt. . Az egyetlen kivétel néhány 3D -s filmvetítési szabvány, amely a 48 kép/másodperc sebesség dupláját használja a sztereó pár vetítésére. . Ugyanakkor minden szem számára a frekvencia ismerős marad - 24 képkocka másodpercenként. . A digitális moziban a képkockasebesség is világszerte elfogadott 24 képkocka/másodperc, mivel ez a legjobban megfelel a professzionális játékfilmek esztétikájának, és nem igényel elfogadhatatlan mennyiségű adatot. . A 23,976 képkocka/másodperc töredéksebesség nem szabványos, és a telecine vetítésnél használják az amerikai televíziós szabványok szerinti interpolációhoz 29,97 vagy 59,94 képkocka/s sebességgel. . A másodpercenkénti 24 képkocka kivételével minden filmezési sebesség nem szabványos, és speciális esetekben használatos. . Ugyanakkor a mozi megjelenése után szinte azonnal megkezdődött kísérletek a forgatás és a vetítés gyakoriságának növelésére a jelenlét hatásának fokozására a mai napig nem állnak meg. .
A néma filmezésben előfordulhat, hogy a vetítési frekvencia nem egyezik a felvételi frekvenciával, mivel a legtöbb esetben a közönség nem tudja, milyen gyorsan mozogtak a tárgyak. A különbség elérheti a 25%-ot, sőt néha az 50%-ot is anélkül, hogy természetellenesség érzetét keltené [3] . A hangmoziban e frekvenciák egybeesése kötelező a szinkron hangsáv torzításának megengedhetetlensége miatt. A fő képkockasebesség-szabványok listája:
A televíziós szabványokban a képkockasebességet, akárcsak a moziban, állandónak választják.
A televíziós képkockasebesség része a képfelbontási szabványnak , és megalkotásakor a mozi már meglévő képkockasebessége, fiziológiai szempontok alapján választották, és az ipari váltóáram frekvenciájához is kötötték. A képvillogás láthatóságának élettani határa fényerejének átlagos értékeinél 48 Hz-es frekvencia [14] . 1902 óta a filmművészetben a villogás fiziológiai határ fölé tolására egy filmvetítő obturátor üresjárati lapátját használják, amely másodszor fedi át egy állókép képét [2] [15] . A televízióban ugyanezekre a célokra, miközben a mozihoz közeli képsebességet tartanak fenn, váltott soros pásztázást alkalmaznak . A teljes keret képe kétszer épül fel - először páros, majd páratlan vonalakkal. Ezen túlmenően a televízió képfrekvenciáját kezdetben a helyi áramhálózatok frekvenciájához kötötték (nevezetesen pontosan illeszkedve) a vevőkészülék kialakításának egyszerűsítése érdekében [14] . Különösen:
Ugyanakkor nyilvánvaló okokból csak az adóval azonos primer generátorral működő televízió-vevők működtek. Később, amikor a televíziós jelben megjelentek a speciális vezérlő szinkronimpulzusok, a képfrekvencia és a tápfeszültség frekvenciájának egyenlősége károssá vált , ami a képernyőn lassan lebegő, eltérő fényerősségű területek megjelenéséhez és más problémákhoz vezetett. televíziókészülékek generációi.
Az NTSC színes televízió megjelenésével a félkép-frekvencia 60-ról 59,94 Hz-re változott a színes segédvivő moduláció technikai jellemzői miatt. Ezért a telecine vetítéssel a képkockasebesség 23,976 Hz többszöröse lett.
A különböző HDTV televíziós szabványok váltott soros és progresszív (progresszív) pásztázást alkalmaznak, így a kép mezőben és egész képkockában is továbbítható. De végső soron a maximális vibrálási sebesség továbbra is 50 Hz Európában és 60 Hz az amerikai rendszert használó országokban ( USA , Kanada , Japán stb.).
A filmek telecine vetítése az amerikai dekompozíciós szabványok szerint, 30 Hz-es (29,97 Hz) képkockafrekvencián, a szabványhoz közeli frekvencián történik - 23,976 képkocka másodpercenként, és ezt követő 3:2 interpoláció.
Oroszországban, amikor a filmre forgatott régi filmeket 24 képkocka/másodperc frekvenciával vetítik, hogy a televízióban a képkockasebességhez igazítsák, 25 képkocka/másodperc frekvenciával adják át őket, miközben a filmet 4%-kal felgyorsítják. észrevehetővé válik a hangsávban, a hangok magasabbak lesznek.
Ugyanez a folyamat az európai szabványokban a 25 Hz-es képfrekvencián alapul ezen a képkockasebességen, kissé felgyorsítva a mozgást a képernyőn. Ebben az esetben a film 4%-kal rövidül, a hangsáv frekvenciája pedig 0,7067 félhanggal nő .
A legtöbb videó megfigyelő rendszer jelentősen csökkentett képkockasebességet használ, hiszen nem a jó minőségű mozgásátvitel a fő feladatuk, hanem a maximális időtartamú események regisztrálása minimális információmennyiséggel.
A modern digitális videórögzítési szabványokban a képkockasebesség a mozgás ütemétől és a videó adatfolyam intenzitásától függően változhat. Egyes médiatárolókban változó képsebességet használnak a hatékonyabb videotömörítés érdekében.
A televízióban a sima mozgás átvitelének biztosítása érdekében a videojel-átviteli csatorna korlátozott sávszélessége mellett minden egyes képkockát egymás után két mezőben ( félkockában ) továbbítanak - páros és páratlan, ami megduplázza a képkocka sebességet. Először a páratlan karakterláncok (1, 3, 5, 7...), majd a párosak (2, 4, 6, 8...) kerülnek elküldésre. Az ilyen szkennelést váltottsorosnak nevezik. Történelmileg az analóg műsorszórásban a váltottsoros frekvenciát fél képkocka/másodpercben mérték.
A számítógép- monitorokban és egyes HDTV szabványokban progresszív pásztázást alkalmaznak , amikor az elektronsugár sorrendben halad át az összes vonalon (1, 2, 3, 4, 5 ...). A DVB és Blu-ray Disc szabványok folyamában Full HD felbontás mellett a progresszív letapogatási szabványok nem használatosak a médiakapacitás és ennek megfelelően a videó adatfolyam sebességének korlátozása, valamint a dekódolás technológiai összetettsége miatt. . Ezekben az esetekben az 1080i szabvány különféle változatait használják , amelyek 25 és 30 képkocka/sec sebességet tesznek lehetővé váltott soros szkenneléssel [16] .
Ezenkívül az Európai Műsorszolgáltatók Szövetsége (EBU) előszeretettel jelöli meg a műsorszórási szabványt a "felbontás/képkockasebesség" (nem mezők) kombinációjaként, perjellel elválasztva. . Így az 1080i60 vagy 1080i50 formátumot 1080i/30 és 1080i/25 formátumban jelölték meg az Európai Műsorszolgáltatók Uniójának területén, amely minden FÁK-országot magában foglal. .
Annak érdekében, hogy a váltottsoros televíziós kép optimálisan nézzen ki a számítógép képernyőjén , egy deinterlacing szűrőt használnak .
A 72 cm-es és nagyobb képernyőátlójú, katódsugárcsővel felszerelt , 50 Hz-es televíziókban (PAL és SÉCAM rendszerek) bizonyos körülmények között a kép villogása észlelhető a perifériás látás fokozott érzékenysége miatt. Ez a szem megerőltetéséhez és akár betegségekhez is vezethet. . Ezért a prémium televíziós vevőkészülékek "100 Hz" üzemmóddal rendelkeznek, amely kétszeresére növeli a képkocka sebességet azáltal, hogy a kép minden egyes képkockáját kétszeres pásztázási frekvenciával ismétli – ez az elv hasonló a filmvetítésnél az üresjárati zárlapáthoz.
Kisebb TV-ken általában nem használják a 100 Hz-es módot, mivel náluk nem annyira észrevehető a villogás. A plazma, LCD és OLED tévék nem villognak, és csak a kép frissítési gyakoriságáról beszélhetünk. Ezért a „100 hertz” üzemmód jelenléte az eszközök ezen osztályával kapcsolatban reklám jellegű lehet. A 120 Hz-es képernyőfrissítési képesség azonban szükséges ahhoz, hogy a 60 Hz-es sztereó kép villogásmentesen megtekinthető legyen aktív zárszerkezetű sztereó szemüvegen keresztül.
A képernyőn látható mozgás egyenletessége a fényképezés és a megjelenítés gyakoriságától, valamint egyéb tényezőktől is függ. A film vagy az adócső ( mátrix ) által fogadott záridő egy képkocka felvételekor befolyásolhatja a gyors mozgások simaságának átvitelét. Nagyon rövid, a képkockaváltási periódusnál lényegesen rövidebb zársebességnél a képernyőn megjelenő gyors mozgás szaggatottként („ villogó ”) érzékelhető, mivel az egyes képkockák képe nem homályos, elrejti az időbeli diszkrétséget [17] . Ezért a filmművészetben az obturátor nyitási szögét csak speciális kombinált felvételeknél szokás csökkenteni. Az átviteli televíziócsövek általában egy képkocka fix pásztási idejével rendelkeznek, amelyet az olvasó elektronnyaláb mozgása határoz meg, és nem képesek megváltoztatni a félkép időtartamának megfelelő "expozíciót", mínusz a képkocka-kioltó impulzus . . A CCD és CMOS mátrixokkal felszerelt modern videokamerák azonban az eltérő képolvasási technológia miatt rendelkeznek ezzel a képességgel. A legtöbb gyártó az "elektronikus redőny" márkanevet használja ehhez a technológiához, amely lehetővé teszi a keretolvasási idő kiválasztását . Nagyon rövid zársebesség beállításakor a képernyőn megjelenő gyors mozgások kifejezetten „töredékesen” érzékelhetők az egyes képkockák képének „elmosódásának” és a vizuális elemző fiziológiai jellemzőinek teljes hiánya miatt .
A számítógépes játékokban a képkockasebesség ( angol képkockaszám , gyakran helytelenül FPS- nek nevezik [18] . Ugyanakkor a játékok két csoportra oszthatók: állandó képkockasebességű játékokra és változó képkockasebességű játékokra. Az állandó képkockasebességgel rendelkező játékok ugyanannyi képkockát produkálnak másodpercenként gyenge és erős számítógépeken, és ha nem tud megbirkózni a rajzolással, az egész játék lelassul [19] . A változó képkockasebességű játékok gyenge számítógépeken elkezdenek kihagyni a képkockákat [19] , a játékfolyamat sebessége nem változik.
A 3D-s motor által létrehozott képkocka általában éles (a videókockákkal ellentétben), ráadásul a lejátszó irányítja, hogy mi történik a képkockában - ezért a játékokban az optimális képkocka sebesség általában magasabb, mint a filmeknél, és 30 képkocka/másodpercnél kezdődik. [18] .
A játék által kiadott képkockasebesség nem többszöröse a monitor képkockasebességének. Még a korai videoadapterekben is ( CGA / EGA - névlegesen, VGA - az ún. X-módokon keresztül) kettős pufferelési technológia volt : az egyik képkocka puffert a monitorra küldik, a másodikat feltöltik. Ez a kialakítás megakadályozza, hogy a befejezetlen képkockák a képernyőre kerüljenek. Jellemzően függőleges szinkronizálást ( V-sync ) alkalmaztak: minden megrajzolt képkocka után a játék megvárta, hogy a monitor sugara megforduljon .
A változtatható képkockasebességű motorok elterjedésével a vertikális szinkronizálás hiányát fedezték fel: ha a monitor frekvenciája 60 Hz, és a játék 59 FPS-t ad, akkor a szinkronizálásra várva a képkockasebesség azonnal 30 FPS-re csökken [20] . Konzolokon gyakori előfordulás a 30 FPS-sel futó játék [21] [22] ; voltak PC- re portolt játékok ( Okami [23] , The Evil Within [24] ) ezzel a korlátozással.
Ha nem csinálsz függőleges szinkronizálást, akkor "szakadt" képet kapsz [20] [25] . Egy tipikus kineszkóp 85 ... 120 Hz-es, egy tipikus irodai LCD monitor pedig 60 ... 72 Hz-es pásztázást produkál, ezért ha az LCD-n más dolgok megegyeznek, a szünetek tovább maradnak a képernyőn. És ha a képkockasebesség túl magas (például 200 FPS) - az LCD-n képkockánként több hézag van.
Az 1990-es évek végén, amikor a képkockapufferekhez szükséges memória mennyisége elhanyagolhatóvá vált a többi grafikus adathoz képest, megjelent a hármas pufferelés : az egyik képkockapuffer megjelenik a képernyőn, a második készen áll a kimenetre, és egy jelzés hatására bekapcsol. a monitor, a harmadik megrajzolódik. Kiderült, hogy ha a képkockasebesség összehasonlítható a monitor frekvenciáival, a hármas pufferelés jó a tech demóknál , de nem a játékoknál – a felhasználói bevitel és a képernyő közötti késés instabillá válik. Az AMD és az nVidia technológiái (úgynevezett nagysebességű szinkronizálás ) hármas pufferelést alkalmaznak, ha a játék képkockasebessége nagyobb, mint a monitoré, és semmit sem tesz, ha alacsonyabb [20] . Ebben az esetben, ha a hátsó pufferben lévő képkocka megrajzolódik, a nagysebességű szinkronizálás nem várja meg az oltójelet , hanem kirajzolja a második, harmadik képkockát, ami nagymértékben csökkenti a gomb és a kép közötti késleltetést [20] .
A CRT képfrekvenciája a sugárseprés sajátosságai miatt állandó. Az LCD képkockasebesség is általában állandó - a videokártya-monitor interfész ( VGA , DVI és mások) virtuális "söprést" produkál. A 2010-es évek közepén először az nVidia, majd az AMD fejlesztett ki adaptív képkockasebesség monitor szabványokat (" AMD FreeSync " és " Nvidia G-Sync " technológiák). Az ezzel a technológiával felszerelt monitor a játék képkockasebességéhez igazítja a virtuális "sweep"-et, és a játék által megengedett sebességgel állít elő képkockákat [20] . A videokártyának és a monitornak támogatnia kell egymást; kezdetben két összeférhetetlen táborra osztották őket. A DisplayPort 1.2 szabvány a FreeSync-hez [26] hasonló technológiát támogat, és működik mind az nVidia-val ( GeForce 10 -től kezdve ), mind az AMD-vel. Az adaptív képkockasebesség viszont hiábavaló, ha a játék több képkockát produkál, mint amennyit a monitor megenged [20] . Ha van adaptív szinkron, de nincs gyors szinkron, a játékosok valamivel alacsonyabb képfrissítési sebességre korlátozzák a játékot, mint amit a monitor lehetővé tesz [20] – például 140 FPS egy 144 Hz-es monitoron.
A 2010-es évek végén harc kezdődött a kép kattintásától való késleltetés csökkentése érdekében, még inkább Lag (számítógépes szleng) .
A minimális képkockasebesség a sima mozgás érzetének megteremtéséhez ~ 12-18 képkocka másodpercenként. Ezt a figurát kísérleti úton állapították meg a mozi hajnalán. Edison 30-40 képkocka/másodperc szükséges frekvenciát tartott, de ez a szám a filmvetítés közbeni villogás láthatóságán alapult, és túl magasnak bizonyult [1] .
A gyors mozgások során a kép "töredezettségének" teljes kiküszöbölése azonban csak akkor lehetséges, ha olyan felvételi frekvenciát használunk, amely meghaladja a villogás láthatóságának kritikus frekvenciáját [27] . A 48 Hz-et meghaladó frekvenciákon a kép észrevehetően simábbá és hihetőbbé válik [28] . Ez észrevehető, ha a TV képernyőjén egy nagyobb időbeli felbontással rögzített videót és egy filmet hasonlít össze. Videófelvétel (vagy televíziós kameráról történő átvitel) megtekintésekor a néző másodpercenként 50 (vagy 60) képet lát, amelyek mindegyike külön mozgási fázist jelenít meg, mivel a kamera különböző időpontokban olvassa be az egyes mezőket. Teljesen más kép figyelhető meg, ha egy 24 képkocka/másodperc sebességgel forgatott filmet néz. A váltottsoros szkenneléssel is rendelkező TV még mindig csak 25 képet mutat másodpercenként, mivel a film minden egyes képkockája kétszer kerül átvitelre: először - páros mezővel, majd - páratlan mezővel [П 1] . Ugyanakkor a videófelvétellel szemben, amelyben minden mező külön mozgási fázist közvetít, a film időbeli diszkrétsége fele akkora. Ezért a filmekben a mozgás általánosabbnak tűnik, mint a videóban. Egyes professzionális videokamerák speciális "mozi" üzemmóddal rendelkeznek, amely csökkenti a kép időbeli diszkrétségét azáltal, hogy egyidejűleg tárolja a kép páros és páratlan mezőit, a képkocka sorainak teljes száma alapján a felbontás megőrzésével. Ennek eredményeként mindkét mező ugyanazt a mozgási fázist jeleníti meg, így a képészlelés hatása közelebb kerül a filmeshez. .
A filmes és a televíziós út időbeli diszkrétségének növelésének szükségességéről eltérőek a vélemények, és eltérő esztétikai pozíciókon alapulnak [27] . Azonban már ma is léteznek olyan filmes rendszerek, amelyek a szokásos forgatási és filmvetítési gyakoriság kétszeresét biztosítják.
Ilyen szemüvegek kaphatók például az IMAX HD támogatással rendelkező IMAX mozikban , valamint a hagyományos, Maxivision 48 szabványú (48 képkocka/másodperc [29] ) kivetítőkkel felszerelt mozikban.
A meglévő filmező berendezéseket a legtöbb esetben szabványos frekvenciára tervezték. De a modern mozik berendezései már most lehetővé teszik a filmek lejátszását akár 60 képkocka/másodperc sebességgel. Az első 48 képkocka/másodperc sebességgel forgatott film a Hobbit: Váratlan utazás [30] [31] volt . 2020-ra tervezik az Avatar 2 [32] megjelenését , amely állítólag legalább kétszerese a szokásos 24 képkocka/másodpercnek. 2018-ban a 75. Velencei Filmfesztiválon bemutatták Viktor Kosakovsky "Akvarell" című filmjét , amelyet 96 képkocka/másodperc sebességgel forgattak [33] .
A modern televíziók képesek mesterségesen növelni a mozgás simaságát azáltal, hogy - interpoláció segítségével - további képkockákat generálnak, amelyek a mozgás közbenső fázisait jelenítik meg. A TV processzora két szomszédos képkocka képe alapján számít ki egy köztes képkockát, és így növeli a mozgás látszólagos egyenletességét a képernyőn. A TV-készülékekben a jó minőségű mozgásinterpoláció általában nem alacsonyabb, mint közepes vagy magas sorozattal kezdődik.
A különböző gyártóknak saját fejlesztéseik vannak (DNM, Motion Plus), amelyek menet közben készítenek köztes kereteket. Vannak olyan szoftvereszközök is személyi számítógépekhez, mint például a Smooth Video Project (SVP, korábban Smooth Video Pack), vagy egy különálló multimédiás lejátszó, például a Splash (PRO és PRO EX verziókban) [34] a Mirilistől, amelyek lehetővé teszik fokozott simaság létrehozására. Az egyes megoldások minősége jelentősen eltérhet, és további számítási erőforrásokat igényel.
A haladás hátulütője a szappanopera-effektus volt , amelyet egyes nézők érzékeltek.
| Tömörítési módszerek | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Elmélet |
| ||||||
| Veszteségmentes |
| ||||||
| Hang |
| ||||||
| Képek |
| ||||||
| Videó |
| ||||||