Войти
В этой статье обсуждается захват, передача и представление движущегося изображения с технической и творческой точек зрения; концентрируясь на аспектах частоты кадров.
Существенными параметрами любой последовательности движущихся изображений как визуального представления являются: наличие или отсутствие цвета, соотношение сторон, разрешение и скорость изменения изображения.
Сегодня используется несколько стандартных частот изменения изображения (или частоты кадров): 24 Гц, 25 Гц, 30 Гц, 50 Гц и 60 Гц. Технические детали, связанные с обратно совместимым добавлением цвета к сигналу NTSC, привели к появлению других вариантов: 24000/1001 Гц, 30000/1001 Гц и 60000/1001 Гц.
Скорость изменения изображения в корне влияет на то, насколько «плавное» движение будет выглядеть на экране. Исходя из этого, материал с движущимся изображением иногда делится на две группы: материал на основе пленки, где изображение сцены снимается камерой 24 раза в секунду (24 Гц), и материал на основе видео, где снимается изображение. примерно 50 или 60 раз в секунду.
Материал с частотой примерно 50 и 60 Гц очень хорошо улавливает движение и выглядит очень плавно на экране. В принципе, материал 24 Гц удовлетворительно передает движение; но, поскольку он обычно отображается как минимум в два раза быстрее в кино и на телевизоре с ЭЛТ (чтобы избежать мерцания), он не считается способным передавать "плавное" движение. Тем не менее, он все еще используется для съемок фильмов из-за уникального художественного впечатления, возникающего именно из-за низкой скорости смены изображения.
Материал 25 Гц для всех практических целей выглядит и ощущается так же, как материал 24 Гц. Материал с частотой 30 Гц находится посередине, материал с частотой от 24 до 50 Гц с точки зрения «текучести» движения, которое он фиксирует; но в телевизионных системах он обрабатывается аналогично материалу с частотой 24 Гц (т.е. отображается как минимум в два раза быстрее).
В процессе захвата фиксируется «естественная» частота кадров последовательности изображений. Последовательность движущихся изображений может быть захвачена со скоростью, которая отличается от скорости представления, однако обычно это делается только ради художественного эффекта или для изучения быстрых или медленных процессов. Чтобы точно воспроизводить знакомые движения людей, животных или естественные процессы, а также точно воспроизводить сопровождающий звук, скорость захвата должна быть равна или, по крайней мере, очень близка к скорости представления.
Все современные системы захвата движущихся изображений используют либо механический, либо электронный затвор. Затвор позволяет интегрировать изображение для одного кадра за более короткий период времени, чем период смены изображения. Другой важной функцией затвора в растровых системах является обеспечение того, чтобы часть кадра, сканированная первой (например, самая верхняя часть), содержала изображение сцены, интегрированное за точно такой же период времени, что и часть кадра, сканированная последней.
Ранние телекамеры, такие как трубка видеокамеры, не имели затвора. Отказ от использования шторки в растровых системах может изменить форму движущихся объектов на экране. С другой стороны, видео с такой камеры выглядит шокирующе «живым» при отображении на ЭЛТ-дисплее в исходном формате.
Системы аналогового вещания - PAL / SECAM и NTSC - исторически были ограничены в наборе форматов движущихся изображений, которые они могли передавать и представлять. PAL / SECAM может передавать материал 25 Гц и 50 Гц, а NTSC может передавать только материал 30 Гц и 60 Гц (позже заменен на 30 / 1,001 и 60 / 1,001 Гц). Обе системы также были ограничены соотношением сторон 4: 3 и фиксированным разрешением (ограниченным доступной полосой пропускания). В то время как более широкие соотношения сторон относительно легко адаптировать к кадру 4: 3 (например, с помощью почтового ящика), преобразование частоты кадров не является прямым и во многих случаях ухудшает «плавность» движения или качество отдельных кадров (особенно когда либо источник, либо цель преобразования частоты кадров являются чересстрочными, либо в преобразовании скорости участвует межкадровое смешение).
Материал для местных телевизионных рынков обычно захватывается с частотой 25 Гц или 50 Гц. Многие вещатели имеют архивы фильмов из 24 кадров в секунду (скорость пленки), связанные со сбором новостей или телевизионным производством.
Прямые трансляции (новости, спорт, важные события) обычно записываются с частотой 50 Гц. Использование 25 Гц (по сути, деинтерлейсинг) для прямых трансляций заставляет их выглядеть так, как будто они взяты из архива, поэтому такой практики обычно избегают, если в цепочке передачи нет процессора движения.
Обычно кинопленка с частотой 24 Гц ускоряется на 4%, если это художественный фильм. Звук также немного повышен по высоте в результате увеличения на 4%, но обычно используются схемы коррекции высоты звука.
Материал с частотой примерно 30 или 60 Гц, импортированный из систем с частотой 60 Гц, обычно адаптируется для представления с частотой 50 Гц путем добавления повторяющихся кадров или отбрасывания лишних кадров, иногда также включая смешивание последовательных кадров. В настоящее время цифровой анализ движения, хотя и сложен и дорог, может обеспечить превосходное преобразование (хотя и не совсем идеальное).
Из-за более высоких бюджетов на производство телепрограмм в США и предпочтения внешнего вида фильмов многие заранее записанные телешоу фактически записывались на пленку с частотой 24 Гц.
Исходный материал, снятый с частотой 24 Гц, преобразуется примерно в 60 Гц с использованием метода, называемого 3: 2 pulldown, который включает в себя вставку переменного количества повторяющихся кадров с дополнительным замедлением в 1,001, если необходимо. Иногда для сглаживания дрожания используется межкадровое смешение.
Живые программы записываются с частотой примерно 60 Гц. За последние 15 лет частота захвата 30 Гц также стала возможной, когда требуется более "пленочный" вид, но используются обычные видеокамеры. Захват видео с частотой кинопленки 24 Гц - это еще более недавняя разработка, которая в основном сопровождает производство HDTV. В отличие от захвата 30 Гц, 24 Гц нельзя смоделировать в пост-продакшене. Камера должна быть изначально способна снимать с частотой 24 Гц во время записи. Поскольку материал с частотой ~ 30 Гц более "текучий", чем материал с частотой 24 Гц, выбор между частотой ~ 30 и ~ 60 не так очевиден, как выбор между 25 Гц и 50 Гц. При печати видео 60 Гц на пленку всегда было необходимо преобразовать его в 24 Гц, используя обратное преобразование 3: 2. Внешний вид готового продукта может напоминать пленку, однако он не такой гладкий (особенно, если результат возвращается к видео), а плохо выполненный деинтерлейсинг приводит к заметному дрожанию изображения в вертикальном направлении и потере деталей.
Ссылки на «60 Гц» и «30 Гц» в данном контексте являются сокращениями и всегда относятся к частоте 59,94 Гц или 60 x 1000/1001. Только черно-белое видео и некоторые прототипы HDTV когда-либо работали с истинной частотой 60 000 Гц. Стандарт HDTV США поддерживает как истинные 60 Гц, так и 59,94 Гц; последний почти всегда используется для лучшей совместимости с NTSC.
Материал 25 или 50 Гц, импортированный из систем 50 Гц, может быть адаптирован к 60 Гц аналогичным образом, путем удаления или добавления кадров и смешивания последовательных кадров. Наилучшее качество для материала с частотой 50 Гц обеспечивает цифровой анализ движения.
Цифровое видео свободно от многих ограничений аналоговых форматов передачи и механизмов представления (например, дисплея ЭЛТ ), поскольку оно отделяет поведение процесса захвата от процесса представления. В результате цифровое видео предоставляет средства для захвата, передачи и представления движущихся изображений в их исходном формате, как задумано режиссерами (см. Статью о пуристах), независимо от различий в стандартах видео.
Фрейм-грабберы, использующие MPEG или другие форматы сжатия, могут кодировать последовательности движущихся изображений с их исходными пропорциями, разрешением и частотой захвата кадров (24 / 1.001, 24, 25, 30 / 1.001, 30, 50, 60 / 1.001, 60 Гц.). MPEG и другие сжатые видеоформаты, в которых используется анализ движения, помогают уменьшить несовместимость между различными видеоформатами, используемыми во всем мире.
На принимающей стороне цифровой дисплей может независимо представлять последовательность изображений с кратной скоростью захвата, тем самым уменьшая видимое мерцание. Большинство современных дисплеев являются «мультисинхронными», что означает, что они могут обновлять отображаемое изображение со скоростью, наиболее подходящей для представляемой последовательности изображений. Например, мультисинхронный дисплей может поддерживать диапазон частот вертикального обновления от 50 до 72 Гц или от 96 до 120 Гц, так что он может отображать все стандартные скорости захвата посредством целочисленного преобразования частоты.
Сегодня на рынке представлены два типа дисплеев: те, которые «мигают» изображением в течение короткого периода периода обновления (ЭЛТ, кинопроектор), и те, которые отображают по существу статичное изображение между моментами обновления (ЖКД, DLP).
«Мигающие» дисплеи должны работать с частотой не менее 48 Гц, хотя сегодня частота значительно ниже 85 Гц не считается эргономичной.
Для этих дисплеев материал с частотой 24–30 Гц обычно отображается с 2x, 3x или 4x скоростью захвата. Материал с частотой 50 и ~ 60 Гц обычно отображается с исходной частотой, при которой он обеспечивает очень точное движение без смазывания. Его также можно отображать с удвоенной скоростью захвата, хотя движущиеся объекты будут выглядеть размытыми или заостренными, если только промежуточные кадры не рассчитываются с помощью анализа движения, а не просто дублируются.
«Непрерывный» дисплей может работать с любым целым числом, кратным скорости захвата - это не имеет значения для зрителя и не может быть визуально различимо. Однако в целом «непрерывные» дисплеи демонстрируют заметное размытие быстро движущихся объектов в видеоматериале с частотой 50 и ~ 60 Гц (даже если время отклика у них мгновенное). Однако есть два новых метода борьбы со смазыванием видеоматериала на ЖК-дисплее: его можно эффективно преобразовать в «мигающий» дисплей путем соответствующей модуляции его подсветки; и / или он может работать с удвоенной скоростью захвата при вычислении промежуточных кадров с использованием анализа движения (см. ЖК-телевизор ).
Очевидно, что когда скорость представления не является целым числом, кратным скорости захвата, «плавность» движения на экране будет в разной степени страдать (ужасно для видео, неприятно для кинематографического материала). Обычно это происходит с компьютерными DVD-плеерами и ПК-телевизорами PAL, где пользователь не переключает частоту обновления либо по незнанию, либо из-за технических ограничений; которые иногда на самом деле являются искусственными, изготовленными производителями, рассчитывающими на незнание этого пользователя. Например, некоторые ЖК-панели ноутбуков невозможно (легко) переключить на что-либо, кроме частоты обновления 60 Гц, а некоторые ЖК-дисплеи с входом DVI отказываются принимать цифровой входной сигнал, если его частота вертикальной развертки не соответствует между 58 и 62 Гц.
Большинство программных DVD-плееров не помогают переключать режимы отображения, и даже если его переключить вручную, они вряд ли синхронизируют обновление кадров с периодами вертикального обратного хода дисплея. (Существует только мягкая синхронизация с использованием двойной аппаратной буферизации, которой недостаточно для сопоставления с аппаратными плеерами по стабильности воспроизведения.)
Материал с частотой 60 Гц улавливает движение немного более "плавнее", чем материал с частотой 50 Гц. Недостатком является то, что для передачи требуется примерно на 1/5 больше полосы пропускания, если все остальные параметры изображения (разрешение, соотношение сторон) равны. «Примерно», потому что методы межкадрового сжатия, такие как MPEG, немного более эффективны с более высокой частотой кадров, потому что последовательные кадры также становятся немного более похожими.
Однако существуют технические и политические препятствия для принятия единого всемирного формата видео. Самая важная техническая проблема заключается в том, что довольно часто освещение сцены достигается с помощью ламп, которые мерцают со скоростью, зависящей от частоты местной электросети. Например, ртутное освещение, используемое на стадионах (удвоенная частота сети). Захват видео в таких условиях должен производиться с одинаковой частотой, иначе цвета на экране будут плохо мерцать. Даже лампа накаливания переменного тока может стать проблемой для камеры, если ее мощность недостаточна или срок ее службы подходит к концу.
Необходимость выбора единого универсального видеоформата (для глобального обмена материалами) в любом случае должна стать неактуальной в цифровую эпоху. Тогда директор по производству видеоматериалов сможет выбрать наиболее подходящий формат для работы, а видеокамера станет глобальным инструментом (в настоящее время рынок очень фрагментирован).
