что такое фреймрейт в видео
Фреймрейт
Понятие обычно используется применительно к скорости обработки графики, либо к параметрам видео записи.
При фреймрейте превосходящим 24 кадра в секунду создается иллюзия движения, и человек уже не воспринимает отдельные границы кадров (см. 25 кадр), хотя при увеличении количества кадров реалистичность восприятия увеличивается.
Содержание
Области применения понятия
Близкие понятия
Понятие фреймрейт более узкое, нежели кадровая частота, так как первое не используется когда речь идет о частотах обновления экрана (англ. refresh rate ).
Обработка графики и видео
При обработке графики фреймрейт может динамически изменяться в зависимости от производительности системы и сложности обработки конкретного кадра.
В графических приложениях реального времени, особенно в интерактивных (в том числе в играх) фреймрейт является одной из характеристик, влияющих на комфортность их использования: при недостаточном фреймрейте может пропадать ощущение плавности движения, или становиться заметной задержка управления. Здесь можно еще раз отметить отличие от частоты обновления экрана, при недостаточной величине которой в первую очередь будет ощущаться физический дискомфорт (усталость глаз).
Также, фреймрейт используется как характеристика скорости кодирования видео (имеется в виду число кадров сжатых за единицу времени).
Являясь одновременно параметром, важным для конечного пользователя и характеризующим производительность системы при работе с графикой и видео, понятие фреймрейт часто встречается в сравнительных тестах компьютерных комплектующих.
Характеристика видеоматериала
Фреймрейт видео — непосредственное количество кадров в хранимом или воспроизводимом видеоматериале за единицу времени. Кроме совсем экзотических случаев, фреймрейт на протяжении всего видеофрагмента постоянен. Применимо к чересстрочной развертке, где может возникнуть путаница что называть фреймрейтом — количество кадров или полукадров за единицу времени, обычно используется первое. Таким образом фиксированный фреймрейт передачи в привычных форматах PAL/SECAM — 25fps, рассчитанный на отображение с частотой 50Гц.
На данный момент существуют алгоритмы интерполяции кадров для повышения фреймрейта материала до частоты обновления экрана (или половины частоты обновления для чересстрочной развертки).
Что такое «частота кадров в секунду»? 24, 30 и 60 FPS
Разбираемся, от чего зависит и на что влияет кадровая частота в играх, кино и мультипликации.
Кадровая частота (англ. frame rate) — это количество кадров, сменяющих друг друга за секунду. В кино, анимации или видеоиграх термин зачастую используют, чтобы пояснить, насколько изображение получилось «плавным». Единица измерения такой частоты тоже есть — это буквально кадры в секунду (англ. frame per second, или FPS). Чем их больше, тем «плавнее» изображение: если для фильмов норма — 24 кадра в секунду, то в разговорах про игры обычно упоминают цифры от 30 до 60.
Это, впрочем, не предельные значения. Так, в классических мультфильмах Уолта Диснея кадровая частота — 12 FPS, но картинка всё равно достаточно «плавная», чтобы не раздражать зрителей, — всё благодаря приёмам аниматоров. А вот профессиональный киберспортсмен, играя на самом современном компьютере, вполне может увидеть до 300 кадров в секунду. Рассказываем, откуда такой разброс и что в этом «фреймрейте» важного.
Сценарист и копирайтер. Утверждает, что видел все фильмы и прошёл все игры, но редакция отказывается ему верить.
24 кадра в секунду
24 FPS — стандарт в кинематографе. Показатель, наиболее комфортный для зрителя.
Впервые частоту киносъёмки осознанно выбрали пионеры кинематографа — братья Люмьер. Она тогда составляла 16 кадров в секунду. Это был строгий расчёт — расход 35-миллиметровой киноплёнки составлял ровно один фут (0,3048 метра) в секунду.
Во времена немого кинематографа скорость показа фильма нередко превышала частоту съёмки. Киномеханик, который вращал ручку проектора, подбирал темп в зависимости от настроения фильма и «темперамента» публики — от 18 до 30 кадров в секунду.
Ситуация изменилась с появлением звукового кино. Поскольку разная скорость воспроизведения меняла частоту звука и голоса становились выше, американские кинокомпании задумались о стандарте фреймрейта. В 1926 году таким стандартом стал показатель в 24 FPS — создатели кино выбрали его как компромисс между «плавностью» картинки, расходом плёнки и возможностями техники. Как раз с этой частотой мы смотрим фильмы по сей день. Хотя исключения тоже бывают.
Кто-то снимает быстрее?
Современные режиссёры иногда проводят эксперименты с увеличением кадровой частоты, чтобы сделать изображение «плавнее» и тем самым усилить погружение. Один из самых известных примеров — «Хоббит» Питера Джексона, снятый с частотой 48 FPS.
Другой пример — фильм «Гемини» Энга Ли, снятый с частотой и вовсе 120 кадров в секунду.
Правда, чтобы увеличить в фильме кадровую частоту, вовсе не обязательно снимать его с высоким фреймрейтом — порой достаточно и современного телевизора с функцией «сглаживания движения» (англ. motion smoothing).
Дело в том, что частота обновления экрана у нынешних ТВ превышает общепринятую кадровую частоту кино — это может быть и 50 Гц против 24 FPS, и даже 120 Гц против тех же 24 кадров. Иногда это приводит к тому, что изображение начинает дёргаться и дрожать. Чтобы решить проблему, изобрели «сглаживание движения» — эта технология анализирует движение объектов и создаёт дополнительные кадры, будто бы заполняя ими «пустые» места.
Звучит здорово, однако на деле motion smoothing только портит изображение. Резкость картинки заметно увеличивается, порой возникают артефакты изображения, а естественная «смазанность» сцены, специально созданная режиссёром, становится едва заметной, сбивая фокус. И в результате возникает «эффект мыльной оперы».
По этой причине режиссёры и актёры выступают против технологии, называя её проклятием кинематографа. Хорошо, что пока это лишь опция, которую при желании можно просто отключить.
А что с кадрами в мультфильмах?
Сегодня во время съёмок кино оператор выставляет на камере нужную частоту. Всё сложнее, если речь идёт о мультипликации, ведь каждый кадр необходимо нарисовать вручную. По кадровой частоте анимация делится на несколько видов:
Чтобы снять 20 минут мультфильма в анимации вида 1s, необходимо нарисовать порядка 28 000 уникальных рисунков. Это весьма непростая задача, и потому мультипликаторы идут на всевозможные уловки, чтобы зритель не заметил недостающих кадров. Так, анимацию 1s чаще всего применяют только в активных сценах — например, если персонаж бежит.
Постепенно в создании анимации появились новые секреты. Первым работу мультипликаторов оптимизировал Уолт Дисней: ведущие художники сперва рисовали основные кадры (англ. keyframes), а после этого в дело вступали художники-фазовщики — они рисовали «промежуточные фазы движения»
(англ. in-between) и доводили анимацию до финального вида. Эти термины остаются актуальными для аниматоров и сегодня.
Для экономии кадров художники идут и на другие хитрости. Скажем, рисуют фон и на статичный рисунок накладывают прозрачные целлулоидные плёнки с подвижными элементами. А ещё аниматоры зацикливают кадры или же «раскладывают» персонажей и объекты в несколько слоёв — например, анимируют только губы на неподвижном лице.
В японской анимации — аниме — художники для упрощения своих задач зачастую пропускают промежуточные рисунки — фазовки. Из-за этого эмоции на лице персонажа меняются моментально.
В аниме также существует термин sakuga — это моменты, когда качество картинки возрастает и доходит до стандарта 1s. Приём используют для заставок, сюжетных поворотов или экшн-сцен.
Сколько кадров в видеоиграх?
Оптимальный фреймрейт в играх выше, чем в кино, — он начинается с 30 кадров в секунду. С точки зрения технологий кадровая частота в игровой индустрии работает иначе, нежели в кино, однако суть та же — чем больше FPS, тем лучше. Кроме того, именно счётчик FPS — главный показатель производительности той или иной игры.
Частота в 60 FPS обеспечивает куда более «плавное» изображение. Впрочем, важнее стабильная производительность. Высокий фреймрейт, который время от времени неожиданно «падает» до 35–45 кадров, игрок воспринимает хуже, чем стабильные 30 FPS. Любой такой сбой воспринимается как лаг, ведь мозг игрока «настраивается» на определённую кадровую частоту.
Кадровая частота игры во многом зависит от того, на какой платформе она запущена. Так, на ПК единственное ограничение в большинстве случаев — мощность «железа», которое может быть очень разным. Зачастую это вызывает дополнительные проблемы при оптимизации игры: сделать так, чтобы она работала одинаково на всех компьютерах, попросту невозможно — комбинаций «железа» слишком много.
При создании версий для игровых приставок, где установлены фиксированные комплектующие, ситуация немного проще — оптимизировать игру приходится под тот или иной «стандарт» (в зависимости от конкретной приставки). В этом случае, правда, возникает другая проблема: нередко мощности устройства не хватает для частоты в 60 кадров, и тогда разработчики искусственно ограничивают фреймрейт на отметке в 30 FPS. Это компромисс — низко, зато стабильно.
Правда, с появлением консолей нового поколения — Xbox Series X и PlayStation 5 — многие компании и студии при разработке стали целиться именно в 60 FPS, поскольку «железо» позволяет. По крайней мере, пока. Если верить рекламе, новые консоли способны выдавать и 120 FPS, но это, конечно, касается относительно «лёгких» с точки зрения графики игр.
«Мы никогда не пытались ограничить разработчиков в том, чего они пытаются добиться на нашей платформе, будь то 60 FPS на Xbox 360 или 4K и 60 FPS на Xbox One X. Мы хотим дать им инструменты для того, чтобы они создавали свои игры на любой из наших платформ. В поколении Xbox One X мы уже достигли момента, когда игры выглядят потрясающе, но у нас есть простор для того, чтобы сделать их ещё лучше. Я хочу, чтобы игры ощущались столь же здорово, как и выглядят. Думая о будущем, мы хотели сосредоточиться не только на количестве пикселей, но и на ощущениях от игр, которые обеспечивает высокий фреймрейт».
Фил Спенсер, глава Xbox.
Интервью, 2020 год
Похожего мнения придерживаются и разработчики, которые сотрудничают с Sony.
«Разрешения 4K достаточнo, его хватит надолгo. Но мне хочется вместо того, чтобы оставаться на уровне 60 кадров в секунду, поднять частоту до 120 или даже 240 кадров в секунду. Я думаю, это то, что изменит игры».
Кадзунори Ямаути, руководитель разработки серии Gran Turismo.
Интервью, 2020 год
И если в одиночных играх кадровая частота играет роль важную, но всё-таки не принципиальную, то в киберспорте высокий показатель FPS — залог успеха.
И не только он: ещё при подборе техники для соревнований профессиональные игроки учитывают частоту обновления экрана монитора. От неё зависит, как часто и быстро обновляется изображение на дисплее каждую секунду. Так, при частоте 60 Гц кадр меняется каждые 16 миллисекунд, при 144 Гц — каждые 6 миллисекунд.
Когда монитор обновляется с такой скоростью, разница не видна глазу, всё дело в мелкой моторике. После нескольких лет тренировок киберспортсмен в той же Counter-Strike: Global Offensive использует лишние 10 миллисекунд для более точного наведения прицела. Для реализации своего потенциала профессиональным игрокам необходима техника с максимальными характеристиками, даже несмотря на то, что упомянутая Counter-Strike — не слишком требовательная к «железу» игра.
Ещё один пример — Call of Duty: Black Ops — Cold War. Компания NVIDIA, которая выпускает видеокарты, в 2019 году провела исследование «фликшотов» — этим термином обозначают ситуации, когда игрок в шутере очень резко целится во врага и метко стреляет. В случае с Black Ops частота обновления 360 Гц улучшает качество стрельбы на 4% — по сравнению с монитором на 240 Гц. И этот небольшой перевес может оказаться решающим во время соревнования.
Эта хитрая функция улучшит качество изображения на ваших умных ТВ и приставках. Включаем AFR
Производители электроники ежегодно добавляют всевозможные фишки и опции, чтобы продать нам новый гаджет взамен старого, который вполне нормально работает. Мы видим это на примере наших любимых iPhone, iPad и Mac. Менять устройства каждый год нет особого смысла, иногда даже переход через 2-3 поколения не даёт серьёзных преимуществ в повседневном использовании.
Нечто подобное происходит и на рынке телевизоров. В арсенале каждой компании есть с десяток полезных и не очень фишек, которые во всю продвигают маркетологи и навязывают консультанты в магазинах.
Есть одна наиболее важная и полезная опция, наличие которой нужно проверять при покупке телевизора в 2021 году – AFR. Эта фишка гарантирует комфортное воспроизведение видео с любого источника с любыми параметрами картинки.
Включить AFR можно как в самом телевизоре, так и добавить поддержку при помощи подходящей ТВ-приставки. Сейчас расскажем, что это за опция и как проверить её работу.
Зачем нужен AFR
AFR (Auto Frame Rate) – это способность телевизора или приставки автоматически менять частоту выходного сигнала под частоту воспроизводимого контента.
На сегодняшний день существует общепринятый мировой стандарт частоты кадров для киносъёмки – 24 кадра в секунду. Кроме этого есть множество других распространённых стандартов:
► 25 кадров в секунду – частота кадров во время съёмки видео для перевода в европейский стандарт разложения 625/50.
► 26 кадров в секунду – частота съёмки для панорамной системы Синерама (Cinerama).
► 29,97002616 кадров в секунду – используемая в телевизионном стандарте NTSC, частота кадров. Стандарт распространён в странах Северной Америки и части стран Азии.
► 30 кадров в секунду – частота кадров, которая применялась в ранних версиях широкоформатного кинематографа и IMax.
► 48 кадров в секунду – частота кадров, которая используется в современных системах IMAX HD и Maxivision 48.
► 50 кадров в секунду – частота кадров в европейском стандарте телевидения высокой чёткости.
► 59,94 кадров в секунду — точная полукадровая частота телевидения высокой чёткости для стандарта NTSC.
► 60 кадров в секунду – частота киносъёмки для американского стандарта телевидения высокой чёткости.
Добавьте к этому консоли, смартфоны, видео- и экшн-камеры и записанный на компьютере стриминговый контент, который тоже может иметь свою частоту кадров и не совпадать с телевизионной.
Как видите, во всем мире существует множество разных стандартов для производства видеоконтента, каждый из которых имеет свою частоту кадров. При этом количество фреймов из одного стандарта сложно привести к другому стандарту без видимых потерь, артефактов или побочных эффектов.
Что такое judder эффект и как его увидеть
Одной из неприятных особенностей данной ситуации является так называемый judder-эффект. Если картинка в видео выше понравилась, и вы не заметили ничего необычного, то быстрее закройте данную статью и забудьте про Auto Frame Rate навсегда.
Если же за тестовые 20 секунд глаза сильно напряглись и начали уставать – продолжаем изучать тему.
С judder-эффектом сталкивается любой покупатель нового телевизора или Smart-TV бокса. В рекламном ролике или магазине на тестовых стендах транслируются специальные ролики, который сняты с поддерживаемой для каждой модели частотой кадров и разрешением. Все выглядит максимально плавно, эффектно и реалистично.
Но когда счастливый обладатель нового “телека” приносит его домой и начинает воспроизводить свой контент, его ждёт небольшое разочарование.
У поставщика кабельного телевидения или T2 используется одна частота кадров, вещающие в цифровом формате IPTV-каналы имеют другую частоту, контент в стриминговых видеосервисах настроен на третью частоту. Загруженные вами видео могут как совпадать по частоте с любым из перечисленных вариантов, так и иметь свой уникальный показатель.
Если количество кадров в секунду у контента совпадёт с настройками ТВ (или будет кратно параметрам), пользователь увидит чёткую картинку без рывков и размытия. В противном случае будет наблюдаться тот самый judder-эффект.
Большинство современных телевизоров поддерживают работу на частоте 60 Гц или 120 Гц. При этом они без проблем справляются с контентом, который снят с частотой 30 или 60 кадров в секунду. Всё это кратные значения и, например, панель с частотой 120 Гц при воспроизведение ролика с частотой 30 кадров в секунду будет отображать каждый кадр по четыре раза.
Так же гладко пройдёт воспроизведение 24-кадрового ролика на экране с частотой 120 Гц (по пять повторений каждого кадра). А вот на экране с максимальной частотой 60 Гц 24-кадровое видео уже будет выглядеть неидеально.
Вот так это выглядит на графике:
Трансляция 24-кадрового контента на частоте 60 Гц
Получается так называемый эффект “телесин” в соотношении два к трём. Один кадр видео телевизор будет отображать 2/60 доли секунды, а следующий кадр видео будет длиться 3/60 доли секунды и так далее. Глаз человека очень чётко заметит такой эффект дрожания или подтормаживания картинки. Не будет общего ощущения плавности, любой голливудский шедевр превратится в любительское видео с дешёвой камеры.
Всевозможные системы сглаживания (или так называемые “уплавнялки”) сейчас есть в арсенале любого крупного производителя телевизоров и матриц. Умные системы способны добавлять недостающие кадры и делать частоту фреймов кратной частоте выводимого сигнала. Так в нужных местах появится лишний кадр, и указанного выше эффекта наблюдаться не будет.
Наглядное сравнение картинки можете увидеть на тестовом видео ниже. Все кадры в правом ролике воспроизводятся с одинаковой частотой, а слева каждый второй кадр длится заметно дольше. Некоторые увидят разницу только при замедлении видео, а некоторые смогут разглядеть эффект и в динамике.
К сожалению, работает данная фишка не всегда правильно. При просмотре динамических роликов или спортивных трансляций judder-эффект максимально заметен. Так футбольный мяч после удара превращается в комету или дыню, либо автомобиль во время ускорения резко меняет свою форму и становится смазанным. В эти моменты встроенная в телевизор система помогает добавить недостающие кадры и сделать картинку более чёткой.
Эта же система способна испортить просмотр динамических сцен в кино. Когда, по задумке режиссёра, кадр должен иметь эффект размытия или быть смазан, телевизор делает его слишком резким и появляется эффект съёмки на любительскую камеру.
Чтобы полностью избавиться от judder-эффекта, частота выходного сигнала должна быть равна или кратна показателю fps воспроизводимого видео. Только такой способ трансляции позволить избежать видимых искажений и смотреть контент в таком виде, как задумали его создатели.
Что даёт Auto Frame Rate
Параметры Auto Frame Rate с поддержкой смены частоты и разрешения экрана
Именно для этого и нужна фишка под названием “Auto Frame Rate“. Наличие данной опции в телевизоре или приставке будет лучше сотни искусственных “уплавнялок” и “сглаживалок” картинки.
В идеале система должна подстраивать не только частоту кадров, но и разрешение. Так получится смотреть контент без каких-либо искажений. Телевизор при этом не будет делать апскейл картинки, самостоятельно дорисовывая несуществующие пиксели.
Разделяют два вида Auto Frame Rate: системный и программный. В первом случае фишка включается на уровне всей используемой системы (телевизионной ОС или операционки ТВ-бокса), а во втором – только в конкретном приложении-плеере.
Настройка Auto Frame Rate на уровне операционной системы Android TV
Первый случай более удобный, не требует дополнительных настроек и срабатывает сразу же после активации. Просто находим тумблер “Auto Frame Rate” в параметрах своей панели или в настройках Android TV и активируем его. Фишка появилась в Android TV начиная с шестой версии и есть в параметрах многих фирменных ТВ-оболочек.
После активации система будет пытаться распознать количество кадров в любом просматриваемом контенте и автоматически подстраивать частоту экрана под видео. С одной стороны это удобно, но с другой – любая смена видеорежима приводит к пропаданию картинки на 1-3 секунды.
Если просто включить фильм и смотреть его за один раз без перерывов, потерпеть пару секунд на смену режима можно. Другое дело, когда вы будете смотреть телевизионные каналы, IPTV, YouTube или просто трейлеры фильмов в каталоге стримингового сервиса. При переключении на новый канал или при начале воспроизведения любого ролика картинка на экране будет пропадать на несколько секунд. Подобный эффект возможен даже при перемотке видео.
Включение Auto Frame Rate в популярном плеере Vimu на Android TV
Программный способ требует настройки, но имеет неоспоримые преимущества. Можно включить Auto Frame Rate только в нужных приложениях. Есть возможность задать отсрочку его включения, например, установить 5-секундную задержку, которой хватит для пауз при переключении каналов или перемотке видео. Когда окончательно выберите контент для просмотра, приложение активирует Auto Frame Rate и сменит частоту экрана.
Многие сторонние приложения-плееры имеют умные алгоритмы активации AFR и не требуют от пользователя никаких ручных манипуляций. Утилиты вроде KODI, Smart Youtube, Perfect Player, Vimu, Amazon Video, TiviMate и другие уже имеют встроенный Auto Frame Rate.
Как проверить правильную работу Auto Frame Rate
Во-первых, фишку должен поддерживать телевизор или подключенный TV-бокс. В случае с приставкой телевизор должен уметь менять частоту вывода и разрешение по HDMI. Так умеет большинство современных ТВ-панелей, но проверить спецификацию все-таки стоит.
Во-вторых, телевизор должен поддерживать все распространённые частоты FPS. Чаще всего для комфортного воспроизведения фильмов требуется поддержка 24 кадров в секунду.
В-третьих, работе Auto Frame Rate не должны мешать встроенные системы повышения чёткости изображения.
Возможны ситуации, когда заявленная поддержка AFR со стороны производителя ТВ просто не работает из-за конфликта с другими фишками либо когда опция поддерживается на приставке, но неверно воспринимается телевизором и не даёт нужного эффекта.
Если все указанные выше условия соблюдены, можно проверить правильность работы AFR в вашем конкретном случае.
1. Настройте правильное разрешение. Перейдите в параметры телевизора или используемой приставки и установите правильное разрешение для используемой матрицы. Если телевизор поддерживает разрешение 4K – устанавливайте его, не нужно ставить 1080p по умолчанию на такой панели. И наоборот – не завышайте разрешение воспроизводящего устройства, если его не поддерживает матрица.
Не всегда AFR поддерживает смену разрешения и неверно установленный параметр не позволить получить максимальное качество картинки.
2. Верно выберите подходящую частоту. Здесь все зависит от наиболее предпочитаемого вида контента. Например, при регулярном просмотре IPTV следует установить частоту кадров на значение 50. В этом случае AFR не будет менять параметры экрана в большинстве сценариев использования.
Можете воспользоваться параметрами контента, которые указаны в первом разделе статьи или узнать рекомендуемую частоту кадров у поставщика своего контента.
3. Включите фишку Auto Frame Rate. Она может иметь различные названия в зависимости от используемой операционной системы или оболочки. Например, на многих распространённых моделях TV-боксов с Android TV фишка называется HDMI self-adaption и находится в разделе Playback Settings.
4. Установите подходящий режим работы фишки (если в настройках предусмотрена такая опция). Обычно производители предлагают два режима: частичный (part mode) с переключениям режима только при указанных частотах контента или полный (total mode) с переключением на любую частоту воспроизводимого контента.
5. Скачайте тестовый ролик на приставку. И включите его воспроизведение на устройстве.
Видео будет выглядеть как на примере выше.
6. Используйте любое стороннее приложение-камеру для iOS или цифровую камеру в ручном режиме.
7. Установите выдержку на отметку 1 секунда и сделайте фото телевизора.
Если Auto Frame Rate включён и работает правильно, увидите на снимке равномерно окрашенную серую доску. Это значит, что панель за секунду отображает кадры с подсветкой каждого из квадратов.
Если Auto Frame Rate не включился или конфликтует с какой-то другой фишкой телевизора, то вы увидите изображение-шахматку. Оно свидетельствует о том, что за секунду панель не успевает отобразить все нужные кадры. Так можно самостоятельно убедиться в работе фишки на ваших устройствах.
Теперь вы знаете, за какой фишкой гнаться при выборе современного телевизора в 2021 году.