幀率

幀率

幀率(Frame rate)是稱為幀的點陣圖圖像連續出現在顯示器上的頻率(速率)。該術語同樣適用於膠片和攝像機,計算機圖形和動作捕捉系統。幀速率也可以稱為幀頻率,並以赫茲(Hz)表示。

基本信息

幀率和人類視覺

人類視覺的時間敏感度和解析度根據視覺刺激的類型和特徵而變化,並且在個體之間不同。人類視覺系統每秒可處理10到12個圖像並單獨感知它們,而較高的速率則被視為運動。當速率高於50Hz至90Hz時,大多數研究參與者認為調製光(如計算機顯示器)穩定。這種調製光的穩定感被稱為閃爍融合閾值。然而,當調製光是不均勻的並且包含圖像時,閃爍融合閾值可以高得多,數百赫茲。關於圖像識別,已經發現人們在不間斷的一系列不同圖像中識別特定圖像,每個圖像持續少至13毫秒。視力的持久性有時會導致非常短的單毫秒視覺刺激,其感知持續時間在100毫秒到400毫秒之間。非常短的多個刺激有時被認為是單個刺激,例如10毫秒的綠色閃光,緊接著是10毫秒的紅色閃光,被感知為單個黃色閃光。

介紹

幀率幀率

而對遊戲,一般來說,第一人稱射擊遊戲比較注重FPS的高低,如果FPS<30的話,遊戲會顯得不連貫。所以有一句有趣的話:“FPS(指FPS遊戲)重在FPS(指幀率)。

每秒的幀數(fps)或者說幀率表示圖形處理器處理場時每秒鐘能夠更新的次數。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。一般來說30fps就是可以接受的,但是將性能提升至60fps則可以明顯提升互動感和逼真感,但是一般來說超過75fps一般就不容易察覺到有明顯的流暢度提升了。如果幀率超過螢幕刷新率只會浪費圖形處理的能力,因為監視器不能以這么快的速度更新,這樣超過刷新率的幀率就浪費掉了。

電影和視頻

無聲電影

早期的無聲電影已經規定了每秒16到24幀(fps)的幀速率,但是由於攝像機是手搖的,因此在場景中頻率變化以適應心情。投影儀還可以通過調節變阻器來改變影院中的幀速率,該變阻器控制為投影儀中的薄膜承載機構供電的電壓。電影公司經常打算讓影院以更高的幀速率展示他們的無聲電影。這些幀率對於運動感度來說足夠了,但它被認為是不穩定的運動。為了最大限度地減少感知到的閃爍,投影儀採用了雙刀片和三刀片百葉窗,因此每幀顯示兩次或三次,將閃爍率增加到48或72赫茲並減少眼睛疲勞。托馬斯愛迪生說,每秒46幀是眼睛感知運動所需的最小值:“任何不足都會讓眼睛疲勞。”在20世紀20年代中後期,無聲電影的幀速率增加到20到26fps之間。

有聲電影

當聲膜在1926年推出時,不再容忍電影速度的變化,因為人耳對音頻的變化更敏感。許多影院都以22到26fps的速度播放了無聲電影-這就是為什麼業界選擇24fps的聲音作為妥協。從1927年到1930年,隨著各種工作室更新設備,24fps的速率成為35mm聲音電影的標準。以24fps的速度,膠片以每秒456毫米(18.0英寸)的速度穿過投影機。這允許簡單的雙葉片百葉窗以每秒48張的速度投射一系列圖像,滿足愛迪生的推薦。許多現代35毫米電影放映機使用三片百葉窗每秒提供72張圖像-每幀在螢幕上閃爍三次。

動畫

這匹奔馬的卡通片以每秒12幅圖形顯示,快速運動處於令人反感的不穩定的邊緣。

在繪製的動畫中,移動角色通常是“兩次拍攝”,也就是說,每兩幀膠片(通常以每秒24幀的速度運行)顯示一幅畫,這意味著每秒只有12幅畫。即使圖像更新率低,但流動性對於大多數受試者來說是令人滿意的。然而,當一個角色需要進行快速移動時,通常需要恢復動畫“上一個”,因為“兩個”太慢而無法充分傳達動作。兩種技術的融合使得眼睛被愚弄而沒有不必要的生產成本。

大多數“星期六早上漫畫”的動畫儘可能便宜地製作,並且通常以“三個”拍攝,或甚至“四個”拍攝,即每幅畫三或四幀。這意味著每秒僅轉換8或6個圖。動漫通常也是三分之一。

現代視頻標準

另請參閱:廣播視頻格式列表

現代視頻格式利用各種幀速率。由於電網的電源頻率,模擬電視廣播的幀速率為50Hz或60Hz,有時視頻交錯,因此可以在相同的可用廣播頻寬上傳送更多的運動信息,有時視頻會在25或30fps,每幀加倍。電影幾乎普遍以每秒24幀的速度拍攝,無法以其原始幀速率顯示,這需要下拉轉換,通常導致“抖動”:將每秒24幀轉換為每秒60幀,每個奇數幀加倍,每個偶數幀三倍,這會產生不均勻的運動。其他轉換具有類似的不均勻幀加倍。較新的視頻標準支持每秒120,240或300幀,因此幀可以均勻地乘以常見幀速率,例如24fps電影和30fps視頻,以及在300fps顯示的情況下25和50fps視頻。這些標準還支持原生在較高幀速率下的視頻,以及在其原始幀之間具有內插幀的視頻。一些現代電影正在試驗幀速率高於24fps,例如48和60fps。

電子相機規格中的幀速率可以指每秒最大可能幀數,其中,在實踐中,其他設定(例如曝光時間)可以將頻率降低到較低數量。

媒體

電影:24.46fps~25.17fps

電視(PAL):25fps

電視(NTSC):29.97fps

CRT顯示器:60Hz-85Hz

液晶顯示器:60Hz

3D顯示器: 120Hz

影響

既然刷新率越快越好,為什麼還要強調沒必要追求太高的刷新率呢?

其中原因是在顯示‘解析度’不變的情況下,FPS越高,則對顯示卡的處理能力要求越高。

電腦中所顯示的畫面,都是由顯示卡來進行輸出的,因此螢幕上每個像素的填充都得由顯示卡來進行計算、輸出。

當畫面的解析度是1024×768時,畫面的刷新率要達到24幀/秒,那么顯示卡在一秒鐘內需要處理的像素量就達到了“1024×768×24=18874368”。

如果要求畫面的刷新率達到50幀/秒,則數據量一下子提升到了“1024×768×50=39321600”。

FPS與解析度、顯示卡處理能力的關係如下:

處理能力=解析度×刷新率。這也就是為什麼在玩遊戲時,解析度設定得越大,畫面就越不流暢的原因了。

刷新率

刷新頻率:即螢幕刷新的速度。

刷新頻率越低,圖像閃爍、停頓和抖動的就越厲害,眼睛疲勞得就越快。

採用70Hz以上的刷新頻率時才能基本消除閃爍,顯示器最好穩定工作在允許的最高頻率下,一般是85Hz。

在顯示器內部,有一些振盪電路。

人們通常所說的刷新頻率,指的就是振盪電路的頻率。

刷新頻率的計算公式是:水平同步掃描線X幀頻=刷新頻率。

普通顯示器的刷新頻率在15.75kHz-95kHz間。

15.75kHz是人體對顯示器最低要求的刷新頻率,是由525(線)X30(fps)=15.75kHz計算所得。

由此,我們可以逆推出顯示器掃描一條水平線所花的時間:眾所周知,時間和頻率是倒數關係,即1/頻率=時間。

在這裡,1/15.75kHz= 63.5us(微秒),也就是說在每幀525線、每秒30幀的模式下,顯示器掃描一條水平線所花的時間是63.5微秒。

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