Képkockasebesség útmutató a videófelügyelethez

A megfelelő képkockasebesség kiválasztása az alkalmazáshoz fontos, de annak megértése, hogy mikor kell másodpercenként 10, 15, 20, 30 vagy akár 60 képkockát használni, nem mindig egyértelmű.

Ebben az útmutatóban elmagyarázzuk:

• Milyen sebességgel mozognak az emberek, és ez hogyan viszonyul a képkockasebességhez.
• Séta:
• Futás: Milyen kockázatokkal jár, ha 1, 10 és 30FPS sebességgel rögzítünk egy gyalogló embert.
• Futás:
• Felfordulás: Milyen kockázatai vannak egy futó személy megörökítésének 1, 10 és 30FPS mellett.
• Felfordulás: Hány tisztább fejfelvételt készítesz egy személyről 1, 10 és 30FPS mellett.
• Kártyázás: Mennyi hiányzik a kártyaosztás megörökítéséből 1, 10 és 30FPS mellett.
• Vezérlési sebesség vs. képkockasebesség:
• Sávszélesség vs képkockasebesség:
• Átlagos képkockasebesség: Mennyivel nő a sávszélesség a képkockasebesség növekedésével?
• Átlagos használt képkockasebesség:

Előtte ismerned kell a tárgyak, leginkább az emberek sebességét.

Az emberek sebessége

Minél gyorsabban mozog egy tárgy, annál valószínűbb, hogy lemaradsz egy akcióról. A “sebességet” a képkockasebességgel ismeri (1 képkocka másodpercenként, 10 képkocka másodpercenként, 30 stb.), de hány képkockára van szüksége a megbízható rögzítéshez?

Egy nyugodt tempóban sétáló személy ~4 lábat tesz meg másodpercenként, ~5 másodperc alatt halad át ezen a 20′ széles FOV-on:

Egy futó személy esetében a tárgyunk ~1 másodperc alatt halad át a 20′ FOV-on.5 másodperc alatt, ami azt jelenti, hogy egy másodperc alatt ~16′-t tesz meg:

Ha például csak 1 kocka van másodpercenként, egy személy könnyen megtehet 4-16 lábat ebben az időkeretben. Ezt szem előtt kell tartanunk, amikor a képkockasebesség kiválasztását értékeljük.

Sétálási példák

Amint alanyunk végigsétál a FOV-on, azt nézzük, hogy milyen messzire mozog egyik képkockáról a másikra. A 30 FPS-es adatfolyamban nem tesz meg egy teljes lépést, csak néhány centimétert mozog a képkockák között.

A 10 FPS-es adatfolyamban néhány centiméterrel többet mozog, de még mindig ugyanabban a lépésben van rögzítve.

Az 1 FPS-es példában azonban a képkockák között ~4′-t haladt előre, ami megfelel az általunk mért ~4’/másodperces járási sebességnek.

Futó példák

Az alanyunk a FOV-on keresztül sprintel, a 30 FPS-es adatfolyam még mindig lépés közben kapja el:

Míg a 10 FPS-es adatfolyamban ~2-3′-t tett meg a képkockák között.

Az 1 FPS-es példában azonban az alany szinte a teljes látómezőt kitakarítja a képkockák között, és csak a testének egy része látható, amikor balról belép, és a hátsó lába látható, amikor kilép.

Az 1 FPS-es példában az alanyról csak egy képkocka kerül rögzítésre, és a képkockák között kitakarítja a látómező többi részét, a második képkockán pedig csak a hátsó lába látható.

Az arcok rögzítése

Az emberek mozgásakor nehéz lehet tiszta arcképet készíteni, mivel a fejüket természetesen gyakran elmozdítják. Ebben a bemutatóban az alany előre-hátra rázta a fejét egy folyosón sétálva, hogy megmutassuk a különböző képkocka sebességek hatását. Nézze meg:

Figyelje meg, hogy 1 FPS-nél csak 1-2 tiszta fejfelvétel készül, de 10 FPS-nél sokkal több. Végül 30 FPS-nél talán még egy-két képkockát kapunk, de ez nem jelent nagy előrelépést.

Kártyázás

Ebben a tesztben alanyunk egy sor játékkártyát osztott ki ásztól ötig, miközben a kamera alapértelmezett zársebességet (1/30) állított be.

A 30 és 10 FPS-es példában minden egyes kártyát láthatunk, amint leveszi a pakli tetejéről és az asztalra helyezi. Az 1 FPS-es példában azonban csak az asztalon megjelenő kártyákat látjuk, az osztó mozgását nem, mivel a képkockasebesség túl alacsony.

Vezérlési sebesség vs. képkockasebesség

A képkockasebesség nem okoz elmosódást. Ez egy tévhit. A fényképezőgép automatikus zársebesség-szabályozása teszi ezt.

Újra az Ásztól az 5-ig terjedő kártyákat kezelve a fényképezőgép minimális zársebességét 1/4000 másodpercre emeltük. Az alábbi képen összehasonlítjuk az osztó kezének és a kártyának a mozgási elmosódását, a 2-es kártya sokkal jobban olvasható a gyors zársebességű példában.

1/4000-es zársebesség teljesen megszüntette a mozgási elmosódás minden nyomát. Az 1/1000 és 1/2000 másodperces zársebességek jelentősen csökkentik az elmosódást, de az még mindig észrevehető volt a kereskedő ujjai és a kártyák szélei körül, amikor a felvételeket képkockánként megnéztük.

Ha elmosódás van, akkor a zársebesség beállításával van probléma, nem a képkockasebességgel.

Lassú zár és képkockasebesség

A másik oldalon néha a felhasználók azt szeretnék, vagy a kameragyártók a maximális zársebességet a képkockasebességnél lassabbra állítják be (Pl, 1/4s záridő egy 1/30s sebességű fényképezőgéphez). Ez nemcsak a mozgó tárgyak elmosódását okozza, hanem képkockákat is veszít.

A másodpercenkénti képkockasebesség soha nem lehet nagyobb, mint a másodpercenkénti expozíciók száma. Ha 1/4s záridővel rendelkezik, akkor a zár / expozíció másodpercenként csak 4-szer nyílik és záródik (azaz 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s = 1s). Mivel ez csak 4-szer történik meg, abban a másodpercben csak 4 képkocka lehet.

Néhány gyártó lassú zárral hamisít képkockákat, egyszerűen újra és újra lemásolva ugyanazt a képkockát. Például, ha 1/15s záridővel rendelkezik, akkor csak 15 expozíciót, és így 15 képkockát kaphat. Ahhoz, hogy úgy tűnjön, mintha 30 képkocka lenne, minden egyes képkockát kétszer lehet egymás után elküldeni.

Sávszélesség vs. képkockasebesség

A képkockasebesség befolyásolja a sávszélességet, de a modern kodekek, például a H.264 és a H.265 esetében ez nem lineáris. Tehát ha a képkockasebességet 10x-szeresére növeljük (pl. 1 FPS-ről 10 FPS-re), a sávszélesség növekedése valószínűleg jóval kisebb, gyakran csak 2-3-szoros sávszélességnövekedés. Ezt a hibát rendszeresen tapasztaljuk az iparban.

Az ok a képkockák közötti tömörítés, amely csökkenti a sávszélességigényt a jelenetek azon részeinél, amelyek a képkockák között azonosak maradnak (a képkockák közötti és a képkockán belüli tömörítésről bővebben lásd a CODEC bemutatót).

Ezt a pontot tovább szemléltetve 30, 10 és 1 FPS-es méréseket végeztünk, hogy demonstráljuk a bitráta változását egy ellenőrzött környezetben, a konferenciatermünkben. Az átlagos bitráták a következők voltak:

• 1 FPS 0,179 Mb/s
• 10 FPS, 10x több képkockával, 4x több sávszélességet fogyasztott, mint 1 FPS (0,693 Mb/s)
• 30 FPS, 3x több képkockával, a 10FPS sávszélességének dupláját, és 30x több képkockával, 7x az 1FPS sávszélességét (1.299 Mb/s)

Ezek a mérések másodpercenként 1 I képkockával történtek, ami a professzionális videofelügyeletben a leggyakoribb beállítás (erről bővebben lásd: Teszt: H.264. I vs. P képkocka hatása).

Ezzel kapcsolatban lásd a sávszélesség vs. képkockasebesség és a 30 vs. 60 FPS teszteléséről szóló jelentéseinket.

Az átlagosan használt képkockasebesség

Az átlagos ipari képkockasebesség ~15 FPS, ami azt tükrözi, hogy ez a szint elegendő képkockát biztosít a legtöbb művelet granuláris rögzítéséhez, miközben minimalizálja a tárolási költségeket.

Amint az előző szakaszban látható, a 10 FPS-ről vagy 15 FPS-ről 30 FPS-re való áttérés jelentősen növelheti a tárolási költségeket, de csak kis mértékben javítja a rögzített részleteket. Ez az átlag az elmúlt években 10 – 15 FPS-ről emelkedett, sokan a tömörítés javulására és a megfizethetőbb tárolásra hivatkoznak.