Секреты качественного воспроизведения видео на компьютере. Часть 4 Изменение частоты кадров видео

Частота — смена — кадры

Монтаж учебных фильмов тесно связан с его ритмической организацией, которая зависит от частоты смены кадров.
 

Кадр изображения состоит при этом из двух полей полукадров ( рис. 205), поэтому частота смены кадров уменьшается вдвое и соответственно вдвое уменьшается и полоса частот, занимаемая телевизионным сигналом. Амплитудно-частотная характерис-нала изображения телевизион — тика телевизионного вещательного канала ного радиопередатчика. Кроме того, несколько усложнена форма кадровых синхронизирующих импульсов. Однако достоинства чересстрочной развертки превышают ее недостатки.
 

Наиболее неприятной для зрителя и технически трудноустранимой помехой являются низкочастотные мерцания выходного изображения, обусловленные разностью частот смены кадров в обоих стандартах.
 

Если временная координата определяется этим способом, то точность измерения времени полностью зависит от точности работы устройства, оценивающего частоту смены кадров.
 

Для того чтобы конкурировать с устройствами отображения на основе ЭЛТ, матричные устройства на жидких кристаллах должны иметь число элементов не менее 512X512 и частоту смены кадров не менее 25 Гц, для чего приблизительно на два порядка необходимо увеличить быстродействие используемых электрооптических эффектов; задача эта трудная, и пока не видно реальных путей для ее решения.
 

Периоды колебаний этих генераторов жестко связаны ( синхронизированы) между собой и с соответствующими генераторами развертки телевизионного передатчика ( см. fj 15.5) следующим образом: за время передачи одного кадра изображения ( частота смены кадров равна 25 Гц) генератор кадровой развертки телевизора генерирует два пилообразных импульса гока ( при системе через-строчной развертки), благодаря чему электронный луч на экране ЭЛТ дважды за это время смещается по вгртикали.
 

Как было сказано в докладе, в основу разработки топографического кинематографа положены принципы, экспериментально проверенные еще в 1976 г. В соответствии с ними сцену при съемке освещают короткими импульсами излучения трехцветного лазера, следующими синхронно с частотой смены кадров, и изображение регистрируется на движущейся пленке в виде последовательности голограмм. Для того чтобы ослабить требования к источникам света на стадии проекции фильма, изображение сцены фокусируют на поверхность пленки с помощью объектива с большим диаметром входного отверстия. Проекция объемного изображения выполняется так.
 

Воспроизведение естественного движения на экране кинескопа для большинства практических случаев передачи изображений движущихся объектов осуществляется при меньшем числе смен кадров в секунду, чем это нужно для исчезновения мерцания изображения. Частота смены кадров, при которой исчезают мелькания называется критической.
 

Некоторые основные положения тайминга: частота смены кадров — 25 для видео и 24 для кино; чем ближе друг к другу изображения на соседних кадрах, тем медленнее должны происходить их действия; чем дальше друг от друга изображения на соседних кадрах, тем быстрее должны быть действия.
 

Как было указано в § 2.2, выбор параметров разложения телевизионной системы ( k, n, г) производится в соответствии с особенностями зрительного восприятия. В частности, определяющим фактором для выбора частоты смены кадров является инерционность зрения, от которой аависит передача слитности движения и частота мельканий яркости экрана при смене кадров.
 

На пластины же вертикального отклонения луча подается напряжение, частота которого равна частоте смены кадров в секунду.
 

Технический прогресс в кинематографии

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. Спецификации High Definition (HD) и Ultra High Definition (UHD или в народе 4K) используют 60 кадров в секунду, что позволяет разработчикам записывать более динамичные фильмы, и даже создавать качественные иллюзии трехмерного изображения.

Частота смены кадров

В главе 1 мы узнали, что DirectDraw позволяет приложению задать не только видеорежим, но и частоту смены кадров. Однако перед тем, как писать демонстрационную программу, следует разобраться, что же такое «частота смены кадров».
Частота смены кадров представляет собой скорость обновления экрана. Например, частота в 60 Гц означает, что экран перерисовывается 60 раз в секунду. Данный показатель представляет большой интерес для программистов, работающих с DirectDraw, потому что он управляет скоростью работы приложения. Для полноэкранных приложений DirectDraw с возможностью переключения страниц это происходит автоматически, потому что функция Flip() интерфейса DirectDrawSurface синхронизирует операцию переключения страниц с частотой смены кадров. Такая синхронизация определяет (или, если хотите, ограничивает) скорость, с которой приложение обновляет экран.

Возможно, кому-то это покажется досадной помехой — ведь речь идет о скорости работы приложения. Но, как я упоминал в главе 2, частота смены кадров выбирается с учетом возможностей нашего зрения. Если человеческий глаз способен воспринять именно такой объем графической информации, нет смысла выводить больше кадров (если, конечно, ваши приложения написаны для людей).

И все же некоторые частоты смены кадров оставляют желать лучшего. Низкие частоты (особенно ниже 60 Гц) раздражают и обычно плохо подходят для высокопроизводительных приложений. С помощью DirectDraw API ваше приложение может узнать, какие частоты поддерживаются для конкретного видеорежима, и активизировать их по мере необходимости.

Тем не менее подобные «игры» с частотами требуют определенной осторожности. Во-первых, не все видеоустройства позволяют управлять частотой смены кадров

В этом случае вам придется использовать параметры по умолчанию, какими бы они ни были. Кроме того, даже если некоторая частота поддерживается видеокартой, это еще не означает, что она поддерживается монитором. В Windows NT, где DirectDraw не проверяет тип монитора, можно легко включить видеорежим с частотой, при которой на экран выводится сплошной «мусор». Если ваше приложение управляет частотой смены кадров, позаботьтесь о том, чтобы пользователь всегда мог вернуть исходные параметры.

Кроме аппаратных возможностей следует также учесть быстродействие самого приложения. Даже если вы установите видеорежим с частотой 100 Гц, это еще не значит, что приложение будет выводить 100 кадров в секунду. В какой-то момент оно отстанет от видеорежима, и тогда на каждое обновление экрана будет уходить два цикла. Другими словами, приложение будет пропускать циклы обновления, а FPS упадет до половины частоты смены кадров — для быстрых приложений такая потеря производительности оказывается заметной. По этой причине приложения, изменяющие частоту смены кадров, должны распознавать такие ситуации и выбирать более низкую частоту.

Программа SuperSwitch, которую мы сейчас рассмотрим, позволяет протестировать разные частоты смены кадров для каждого видеорежима. Возможно, она поможет вам подобрать идеальные параметры для вашего компьютера (или по крайней мере понять, стоит ли возиться с повышением частоты). Однако не забывайте о том, что аппаратные конфигурации бывают разными. То, что хорошо смотрится на вашем компьютере, вовсе не обязательно будет так же здорово выглядеть на всех остальных.

Перед тем как заниматься программой SuperSwitch, я хочу снова напомнить, что не все видеокарты позволяют выбирать частоту смены кадров. Если программа SuperSwitch не обнаруживает такой возможности, меню частот будет содержать лишь одну строку — 0 Гц, где ноль обозначает частоту, принятую для данного видеорежима по умолчанию.

Сайт управляется системой uCoz

Высокая частота кадров лучшее решение для YouTube

До недавнего времени максимальное количество кадров на YouTube 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 YouTube 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.

Запись в формате 60 кадров в секунду может также использоваться в более общих фильмах. 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.

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.

Калифорния со скоростью 60 кадров в секунду

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

Медиаплеер Splash PRO

Разумеется рассмотренные в публикациях медиаплеер MPC-HC, рендер MadVR и ПО для FRC SmoothVideo Project являются не единственно возможными для организации высококачественного просмотра видеоматериалов.

Более того, возможно у кого-то просто нет времени или желания разбираться с настройками описанного бесплатного программного обеспечения.

Именно поэтому я решил в завершении темы упомянуть одну из возможных альтернатив. В качестве таковой я выбрал медиаплеер Splash PRO. В одну компанию с SVP данный плеер попал по причине того, что в нем явно заявлена возможность изменения частоты кадров видео при воспроизведении.

В Splash Pro и Splash Pro EX они присутствуют, но за них придется выложить $19,95 и $24,95 соответственно. Последний отличается тем, что в него включены инструменты экспорта и конвертации видеоконтента.

Перед тем как расстаться с кровно заработанными, можно протестировать работу данного ПО в течении 30 дней.

Установку описывать смысла не имеет – она ничем не отличается от стандартной. Настройки плеера также чрезвычайно просты и очевидны.

В контексте данной темы нас интересуют “Настройки воспроизведения / Видео”.

В процессе воспроизведения видеофайла становится доступным движок-регулятор опции “Motion2”. Ее значение можно менять в диапазоне от 1 до 10. При этом справа от цифрового значения появляется индикатор текущего режима. Впрочем, он принимает лишь два значения — “2х” и “60р”. Первое характерно для левого положения движка, второе, соответственно, для правого.

К сожалению, на сайте нет никаких пояснений или рекомендаций по поводу настройки “Motion2”. Можно только гадать, как в данном случае организован процесс FRC и что кроется за этими цифрами и значками. Заметить уменьшение или увеличение загрузки CPU и GPU при изменении параметра также не удалось.

По всей видимости единственным советчиком здесь может служить лишь собственное впечатление от качества демонстрации фильма медиаплеером.

Достоинства и недостатки медиаплеера Splash Pro

Достоинства

Одним из несомненных достоинств медиаплеера Splash компании Mirillis является низкая нагрузка на центральный процессор компьютера и видеокарту. Так, при воспроизведении Full HD видео 1024p24 H264, использовавшегося ранее при тестировании SVP, загрузка CPU оказалась в районе 30%, а загрузка GPU не превышала 20%.

Как разработчикам удалось достичь такого результата, опять же, остается только гадать. Утверждается, что в плеере использованы собственные аудио и видео декодеры Mirillis.

Качество формируемого видеоизображения при этом можно считать достаточно высоким.

Недостатки

Одним из недостатков плеера Mirillis Splash Pro в отличие от MPC-HC можно считать его неспособность управлять частотой обновления экрана монитора. Если попытаться воспроизвести видео 50р в Splash Pro при частоте монитора 60 Гц, то ничего хорошего из этого не получится – воспроизведение будет идти заметными рывками.

И это абсолютно естественно. К сожалению, с преобразованием 50р –> 60р пока нормально не справляется ни один плеер, в том числе и MPC-HC с SVP.

И наоборот. В Splash Pro  также не слишком хорошо выглядит 24р –> 50р.

Но этот недостаток не является критическим, так как всегда есть возможность до начала воспроизведения соответствующего видеоконтента изменить частоту обновления экрана самостоятельно (разумеется, если устройство вывода позволяет сделать это в принципе), как это было описано во второй части цикла “Секреты качественного воспроизведения видео на компьютере”.

Еще одним серьезным недостатком Splash Pro является хорошо заметный строб быстро перемещающихся в кадре объектов. Это дает основания серьезно усомниться в том, что на выходе плеера действительно присутствуют честные 60 кадров в секунду. Скорее всего здесь имеет место некий адаптивный алгоритм. Возможно этим объясняется и относительно невысокая загрузка центрального процессора.

В любом случае есть 30 дней для того, чтобы опробовать данный программный продукт на вашем компьютере и принять верное решение по поводу своих денег.