Se escolher a taxa de quadros certa para a sua aplicação é importante, mas compreender quando deve usar 10 ou 15 ou 20 ou 30 ou mesmo 60 quadros por segundo pode não ser claro.
Neste guia, explicamos:
- Em que velocidade as pessoas se movem e como isso se compara com a taxa de frames.
- Vigilância: Que riscos tem ao capturar uma pessoa a andar a 1, 10 e 30FPS.
- Correr: Que riscos tem ao capturar uma pessoa a correr a 1, 10 e 30FPS.
- Virar o Cabeçote: Quantos mais tiros de cabeça nítida você consegue de uma pessoa a 1, 10 e 30FPS.
- Playing Cards: O que lhe falta ao capturar as cartas a 1, 10 e 30FPS.
- Velocidade do obturador vs Taxa de Quadros: Como estão estas duas relacionadas?
- Largura de Banda vs Taxa de Quadros: Quanto é que a largura de banda aumenta com os aumentos na taxa de fotogramas?
- A média de taxas de fotogramas utilizadas: Qual é a média da indústria?
Como precursor, você precisa saber a velocidade dos objetos, a maioria das vezes pessoas.
Velocidade das pessoas
Quanto mais rápido um objeto se move, mais provável é que você perca uma ação. Você sabe a ‘velocidade’ com a taxa de frames (1 frame por segundo, 10 frames por segundo, 30, etc.), mas quantos frames você precisa para uma captura confiável?
Uma pessoa andando em um ritmo de lazer cobre ~4 pés por segundo, andando através deste FoV de 20′ de largura em ~5 segundos:
Para uma pessoa correndo, nosso sujeito passa pelo FOV de 20′ em ~1.5 segundos, o que significa que ele cobre ~16′ em apenas um segundo:
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Por exemplo, se você tiver apenas 1 frame por segundo, uma pessoa pode facilmente se mover de 4 a 16 pés nesse período de tempo. Precisamos ter isso em mente ao avaliar a seleção da taxa de quadros.
Exemplos de caminhada
Como o nosso sujeito caminha através do FOV, vemos a que distância ele se move de um quadro para o próximo. No fluxo de 30 FPS, ele não completa uma passada completa, movendo apenas alguns centímetros entre os frames.
No fluxo de 10 FPS, ele moveu mais alguns centímetros, mas ainda é capturado na mesma passada.
No entanto, no exemplo 1 FPS, ele progrediu ~4′ entre quadros, o que cai na linha da nossa velocidade de caminhada medida de ~4′ por segundo.
Exemplos de marcha
Com o nosso sujeito a correr através do FOV, o fluxo de 30 FPS ainda o apanha a meio do passo:
Embora no fluxo de 10 FPS, ele viajou ~2-3′ entre fotogramas.
No entanto, no exemplo 1 FPS, o sujeito limpa quase todo o campo de visão entre frames, com apenas parte do seu corpo visível ao entrar à esquerda e o seu pé de trás visível ao sair.
No exemplo 1 FPS, apenas um frame do sujeito é capturado, com ele limpando o resto do FOV entre frames, com apenas o pé de trás visível no segundo frame.
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Capturar Faces
Tentar tirar uma foto nítida do rosto pode ser difícil quando as pessoas se movem, pois elas deslocam naturalmente a cabeça frequentemente. Nesta demonstração, tivemos o sujeito a abanar a cabeça para trás e para a frente caminhando por um corredor para mostrar o impacto de diferentes taxas de quadros. Dê uma olhada:
Notice, a 1 FPS, apenas 1-2 tiros claros na cabeça são capturados, mas a 10 FPS, você recebe muitos mais. Finalmente, a 30 FPS, você pode obter um ou dois mais, mas não é uma grande melhoria.
Playing Cards
Neste teste, o nosso sujeito deu uma série de cartas de jogo de ás a cinco com a câmera definida para a velocidade de obturação padrão (1/30).
Nos exemplos de 30 e 10 FPS, podemos ver cada carta como ela é removida do topo do baralho e colocada sobre a mesa. Entretanto, no exemplo de 1 FPS, nós vemos somente as cartas que aparecem na mesa, não os movimentos do negociante, como a taxa de quadros é muito baixa.
Velocidade do obturador vs Taxa de quadros
A taxa de quadros não causa embaçamento. Isto é um conceito errado. O controle automático de velocidade de obturação da câmera faz.
Controle de cartões Ace até 5 novamente, elevamos a velocidade mínima de obturação da câmera para 1/4000 de um segundo. A imagem abaixo compara o desfoque de movimento na mão e cartão do revendedor, com os 2 cartões muito mais legíveis no exemplo de velocidade de obturação rápida.
1/4000s velocidade de obturação eliminou completamente todos os vestígios de desfoque de movimento. As velocidades de obturação de 1/1000 e 1/2000 segundo reduzem significativamente o desfoque, mas ainda era perceptível ao redor dos dedos e bordas dos cartões do revendedor quando se olhava para as gravações quadro a quadro.
Se você tiver desfoque, você tem um problema de configuração de velocidade de obturação, não uma velocidade de fotogramas.
Persifurador e velocidade de fotogramas baixos
No outro lado, às vezes os usuários querem ou os fabricantes de câmeras por padrão sua velocidade máxima de obturação a uma velocidade mais lenta do que a velocidade de fotogramas (por exemplo, um obturador de 1/4s para uma câmara de 1/30s). Isto não só causa a desfocagem dos objectos em movimento, como também perde fotogramas.
A taxa de fotogramas por segundo nunca pode ser maior do que o número de exposições por segundo. Se você tem um obturador de 1/4s, o obturador / exposição só abre e fecha 4 vezes por segundo (ou seja, 1/4s + 1/4s + 1/4s + 1/4s = 1s). Como isto só acontece 4 vezes, só pode ter 4 fotogramas nesse segundo.
alguns fabricantes de fotogramas falsos com obturador lento, basta copiar repetidamente o mesmo fotograma. Por exemplo, se você tiver 1/15s obturador, você só pode ter 15 exposições e, portanto, 15 fotogramas. Para fazer parecer que você tem 30 quadros, cada quadro pode ser enviado duas vezes seguidas.
Largura de banda vs. taxa de quadros
Largura de banda de impacto da taxa de quadros, mas para codecs modernos, como H.264 e H.265, ela é menos que linear. Portanto, se você aumentar a taxa de quadros em 10x (por exemplo, de 1 a 10 FPS), o aumento na largura de banda provavelmente será muito menor, muitas vezes apenas 2-3 vezes mais largura de banda. Isso é algo que vemos regularmente errado na indústria.
A razão para isso é a compressão entre quadros, que reduz a necessidade de largura de banda para partes de cenas que permanecem iguais entre quadros (para mais sobre compressão entre quadros e intra quadros, veja nosso tutorial CODEC).
Aumentando este ponto ainda mais, tomamos 30, 10 e 1 medidas de FPS para demonstrar a mudança na taxa de bits em uma configuração controlada em nossa sala de conferência. As taxas médias de bits foram as seguintes:
- 1 FPS foi 0.179 Mb/s
- 10 FPS, com 10x mais frames, consumiu 4x mais largura de banda que 1 FPS (0.693 Mb/s)
- 30 FPS, com 3x mais frames, consumiu o dobro da largura de banda de 10FPS e, com 30x os frames, 7x a largura de banda de 1FPS (1.299 Mb/s)
Estas medições foram feitas com 1 I quadro por segundo, a configuração mais comum em vigilância por vídeo profissional (para saber mais sobre isso, veja: Teste: H.264 I vs P Frame Impact).
Para saber mais sobre isso, veja nossos relatórios testando largura de banda vs taxa de quadros e 30 vs 60 FPS.
A média de taxas de quadros usados
A média da taxa de quadros da indústria é de ~15 FPS, refletindo que este nível fornece quadros suficientes para capturar a maioria das ações granularmente enquanto minimiza os custos de armazenamento.
Como mostrado na seção anterior, passando de 10FPS ou 15 FPS para 30FPS pode aumentar notavelmente os custos de armazenamento, mas apenas marginalmente melhorar os detalhes capturados. Esta média aumentou de 10 – 15 FPS nos últimos anos com muitas citando melhorias na compressão e armazenamento mais acessível.