Bildrate - Frame rate

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Die Bildrate (ausgedrückt in Bildern pro Sekunde oder FPS ) ist die Häufigkeit (Rate), mit der aufeinanderfolgende Bilder, die als Bilder bezeichnet werden , auf einer Anzeige erscheinen. Der Begriff gilt gleichermaßen für Film- und Videokameras , Computergrafiken und Bewegungserfassungssysteme . Die Bildrate kann auch als Bildfrequenz bezeichnet und in Hertz ausgedrückt werden .

Menschliche Vision

Die zeitliche Empfindlichkeit und Auflösung des menschlichen Sehens variiert je nach Art und Eigenschaften des visuellen Reizes und ist von Individuum zu Individuum unterschiedlich. Das menschliche visuelle System kann 10 bis 12 Bilder pro Sekunde verarbeiten und einzeln wahrnehmen, während höhere Raten als Bewegung wahrgenommen werden. Moduliertes Licht (z. B. ein Computerbildschirm ) wird von der Mehrheit der Studienteilnehmer als stabil empfunden, wenn die Frequenz höher als 50 Hz ist. Diese Wahrnehmung von moduliertem Licht als stetig wird als Flimmerfusionsschwelle bezeichnet . Wenn das modulierte Licht jedoch ungleichmäßig ist und ein Bild enthält, kann die Flimmerfusionsschwelle in Hunderten von Hertz viel höher sein. In Bezug auf die Bilderkennung wurde festgestellt, dass Menschen ein bestimmtes Bild in einer ununterbrochenen Reihe verschiedener Bilder erkennen, von denen jedes nur 13 Millisekunden dauert. Die Beharrlichkeit des Sehens ist manchmal für einen sehr kurzen visuellen Stimulus von einer Millisekunde mit einer wahrgenommenen Dauer zwischen 100 ms und 400 ms verantwortlich. Mehrere Stimuli, die sehr kurz sind, werden manchmal als einzelner Stimulus wahrgenommen, z. B. ein grüner Lichtblitz von 10 ms, unmittelbar gefolgt von einem roten Lichtblitz von 10 ms, der als einzelner gelber Lichtblitz wahrgenommen wird.

Film und Video

Stummfilme

Frühe Stummfilme hatten Bildraten zwischen 16 und 24 Bildern pro Sekunde (fps) angegeben, aber da die Kameras von Hand gedreht wurden, änderte sich die Rate während der Szene häufig, um der Stimmung zu entsprechen. Projektionisten könnten auch die Bildrate im Theater ändern, indem sie einen Rheostaten einstellen , der die Spannung steuert, die den Filmtragemechanismus im Projektor versorgt . Filmfirmen beabsichtigten oft, dass Theater ihre Stummfilme mit höheren Bildraten zeigen, als sie gedreht wurden. Diese Bildraten reichten für den Bewegungssinn aus, wurden jedoch als ruckartige Bewegung wahrgenommen. Zu minimieren , die wahrgenommene Flimmern, Projektoren eingesetzt Dual- und triple-blade Rolläden , so wurde jeder Frame angezeigt zwei- oder dreimal, die Erhöhung der Flackerfrequenz bis 48 oder 72 Hertz , und die Verringerung der Belastung der Augen. Thomas Edison sagte, dass 46 Bilder pro Sekunde das Minimum waren, das das Auge benötigt, um Bewegung wahrzunehmen: "Alles andere wird das Auge belasten." Mitte bis Ende der 1920er Jahre stieg die Bildrate für Stummfilme auf 20 bis 26 FPS.

Tonfilme

Bei der Einführung des Tonfilms im Jahr 1926 wurden Schwankungen der Filmgeschwindigkeit nicht länger toleriert, da das menschliche Ohr empfindlicher auf Frequenzänderungen reagiert als das Auge. Viele Theater hatten Stummfilme mit 22 bis 26 FPS gezeigt, weshalb die Branche 24 FPS für Tonfilme als Kompromiss wählte. Von 1927 bis 1930, als verschiedene Studios die Ausrüstung aktualisierten, wurde die Rate von 24 FPS zum Standard für 35-mm-Tonfilme. Mit 24 FPS bewegt sich der Film mit einer Geschwindigkeit von 456 Millimetern pro Sekunde durch den Projektor. Dies ermöglichte es einfachen Zwei-Blatt- Fensterläden , eine projizierte Bildserie mit 48 pro Sekunde zu liefern, was Edisons Empfehlung entsprach. Viele moderne 35-mm-Filmprojektoren verwenden Drei-Blatt-Verschlüsse, um 72 Bilder pro Sekunde zu liefern - jedes Bild wird dreimal auf dem Bildschirm geblitzt.

Animation

Dieser Zeichentrickfilm eines galoppierenden Pferdes wird mit 12 Zeichnungen pro Sekunde angezeigt, und die schnelle Bewegung steht kurz davor, unangenehm ruckartig zu sein.

In gezeichneten Animationen werden sich bewegende Charaktere häufig "zu zweit" aufgenommen, dh es wird eine Zeichnung pro zwei Filmbilder angezeigt (die normalerweise mit 24 Bildern pro Sekunde abläuft), was bedeutet, dass nur 12 Zeichnungen pro Sekunde vorhanden sind. Obwohl die Bildaktualisierungsrate niedrig ist, ist die Fließfähigkeit für die meisten Motive zufriedenstellend. Wenn ein Charakter jedoch eine schnelle Bewegung ausführen muss, muss er normalerweise wieder "auf Einsen" animieren, da "Zweien" zu langsam sind, um die Bewegung angemessen zu vermitteln. Eine Mischung der beiden Techniken lässt das Auge ohne unnötige Produktionskosten täuschen.

Die Animation für die meisten " Samstagmorgen-Cartoons " wurde so billig wie möglich produziert und meistens auf "Dreien" oder sogar "Vieren", dh drei oder vier Bildern pro Zeichnung, gedreht. Dies entspricht nur 8 bzw. 6 Zeichnungen pro Sekunde. Anime wird normalerweise auch zu dritt gezeichnet.

Moderne Videostandards

Aufgrund der Netzfrequenz von Stromnetzen wurde eine analoge Fernsehsendung mit Bildraten von 50 Hz (der größte Teil der Welt) oder 60 Hz (Kanada, USA, Japan, Südkorea) entwickelt. Die Frequenz des Stromnetzes war äußerst stabil und daher war es logisch, sie für die Synchronisation zu verwenden.

Die Einführung der Farbfernsehtechnologie machte es erforderlich, die Frequenz von 60 FPS um 0,1% zu senken, um ein " Punktkriechen " zu vermeiden , ein Anzeigeartefakt, das auf älteren Schwarzweißanzeigen auftritt und auf stark farbgesättigten Oberflächen auftritt. Es wurde festgestellt, dass durch Verringern der Bildrate um 0,1% der unerwünschte Effekt minimiert wurde.

Noch heute basieren die Videoübertragungsstandards in Nordamerika, Japan und Südkorea auf 60 / 1,001 ≈ 59,94 Bildern pro Sekunde. Typischerweise werden zwei Bildgrößen verwendet: 1920 × 1080 ("1080i") und 1280 × 720 ("720p"). Verwirrenderweise werden Interlaced- Formate üblicherweise mit der Hälfte ihrer Bildrate, 29,97 FPS und der doppelten Bildhöhe angegeben, aber diese Aussagen sind rein benutzerdefiniert. In jedem Format werden 60 Bilder pro Sekunde erzeugt. 1080i erzeugt 59,94 1920 × 540 Bilder, die beim fotografischen Vorgang jeweils auf die halbe Höhe gequetscht und nach hinten gestreckt werden, um den Bildschirm bei der Wiedergabe in einem Fernsehgerät auszufüllen. Das 720p-Format erzeugt 59,94 1280 × 720 Bilder, die nicht zusammengedrückt werden, so dass kein Erweitern oder Zusammendrücken des Bildes erforderlich ist. Diese Verwirrung war in den Anfängen der digitalen Videosoftware branchenweit, da viel Software falsch geschrieben wurde. Die Programmierer waren der Ansicht, dass nur 29,97 Bilder pro Sekunde erwartet wurden, was falsch war. Während es wahr war, dass jedes Bildelement nur 29,97 Mal pro Sekunde abgefragt und gesendet wurde, wurde die Pixelposition unmittelbar darunter 1/60 Sekunde später abgefragt, Teil eines vollständig separaten Bildes für das nächste 1/60-Sekunden-Bild .

Film mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit von 24 FPS konnte ohne den erforderlichen Pulldown- Prozess nicht angezeigt werden, was häufig zu "Ruckeln" führte: Um 24 Bilder pro Sekunde in 60 Bilder pro Sekunde umzuwandeln, wird jedes ungerade Bild wiederholt und zweimal abgespielt, während jedes gerade Bild abgespielt wird verdreifacht wird. Dies erzeugt eine ungleichmäßige Bewegung, die stroboskopisch erscheint. Andere Konvertierungen weisen eine ähnliche ungleichmäßige Rahmenverdopplung auf. Neuere Videostandards unterstützen 120, 240 oder 300 Bilder pro Sekunde, sodass Bilder für gängige Bildraten wie 24-FPS-Film und 30-FPS-Video sowie 25- und 50-FPS-Video bei 300-FPS-Displays gleichmäßig multipliziert werden können. Diese Standards unterstützen auch Videos mit höheren Bildraten und Videos mit interpolierten Bildern zwischen den nativen Bildern. Einige moderne Filme experimentieren mit Bildraten von mehr als 24 FPS, z. B. 48 und 60 FPS.

Die Bildrate in den Spezifikationen der elektronischen Kamera kann sich auf die maximal mögliche Rate beziehen, wobei in der Praxis andere Einstellungen (z. B. die Belichtungszeit) die Frequenz auf einen niedrigeren Wert reduzieren können.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

( Wayback Machine Kopie)