קצב פריימים

קצב פריימים (מבוטא בפריימים לשנייה או FPS) הוא התדירות (קצב) שבה נלכדות או מוצגות תמונות (המונח חל באופן שווה על מצלמות סרטים ווידאו, גרפיקה ממוחשבת ומערכות לכידת תנועה). קצב הפריימים יכול להיקרא גם תדירות, ולהתבטא בהרץ. קצב הפריימים במפרטי המצלמה האלקטרונית עשוי להתייחס לקצב המקסימלי האפשרי, כאשר בפועל, הגדרות אחרות (כגון זמן חשיפה) עשויות להפחית את התדר למספר נמוך יותר.

ראייה אנושית 
הרגישות הזמנית והרזולוציה של הראייה האנושית משתנות בהתאם לסוג ולמאפיינים של הגירוי החזותי. כמו כן, היא שונה בין אנשים.

מערכת הראייה האנושית יכולה לעבד 10 עד 12 תמונות בשנייה ולתפוס אותן בנפרד, בעוד שקצב גבוה יותר נתפס כתנועה. אור מאופנן (כגון צג מחשב) נתפס כיציב על ידי רוב המשתתפים במחקרים כאשר הקצב גבוה מ-50 הרץ. תפיסה זו של אור מאופנן כיציב ידועה בשם "סף היתוך הבהוב". עם זאת, כאשר האור המאופנן אינו אחיד ומכיל תמונה, סף היתוך הבהוב יכול להיות גבוה בהרבה, במאות הרץ.

בכל הנוגע לזיהוי תמונה, נמצא כי אנשים מזהים תמונה ספציפית בסדרה רציפה של תמונות שונות, שכל אחת מהן נמשכת עד 13 אלפיות השנייה.  אחראית לפעמים לגירוי חזותי קצר מאוד של אלפיות שניות עם משך נתפס של בין 100 ל-400 אלפיות השנייה. גירויים מרובים וקצרים מאוד נתפסים לפעמים כגירוי בודד, כגון הבזק אור ירוק של 10 אלפיות השנייה ולאחריו הבזק אור אדום של 10 אלפיות השנייה, נתפסים כהבזק אור צהוב יחיד.

סרט ווידאו

סרטים אילמים 
סרטים אילמים מוקדמים היו בעלי קצבי פריימים בין 16 ל-24 פריימים לשנייה (fps), אך מכיוון שהמצלמות הופעלו ביד, הקצב השתנה לעיתים קרובות במהלך הסצנה כדי להתאים לאופי הסצנה. גם מקריני הסרטים היו יכולים לשנות את קצב הפריימים בקולנוע על ידי כוונון ריאוסטט השולט במתח המניע את מנגנון במקרן. חברות סרטים התכוונו לעיתים קרובות שבתי קולנוע יציגו את הסרטים האילמים שלהם בקצבי פריימים גבוהים יותר ממה שצולמו. קצבי הפריימים אלו הספיקו לתחושת התנועה, אבל נתפסו כתנועה קופצנית. כדי למזער את ההבהוב, המקרנים השתמשו בתריסים בעלי להבים כפולים ומשולשים, כך שכל פריים הוצג פעמיים או שלוש, והגדיל את קצב ההבהוב ל-48 או 72 הרץ ואף הפחית את מאמץ העיניים. תומאס אדיסון אמר ש-46 פריימים לשנייה הם המינימום הדרוש לעין כדי לתפוס תנועה: "כל דבר פחות יאמץ את העין". באמצע עד סוף שנות ה-20 של המאה ה-20, קצב הפריימים של סרטים אילמים עלה לבין 20 ל-26 FPS.

סרטי סאונד 
כאשר הוצג סרט קול ב-1926, שינויים במהירות הסרט לא היו רלוונטיים, מכיוון שהאוזן האנושית רגישה יותר מהעין לשינויים בתדר. בתי קולנוע רבים הראו סרטים אילמים בקצב של 22 עד 26 FPS, וזו הסיבה שהתעשייה בחרה ב-24 FPS לסרטי קול כסטנדרט. מ-1927 עד 1930, כאשר האולפנים החלו לעדכן את הציוד, הקצב של 24 FPS הפך לסטנדרטי עבור סרט קול 35 מ"מ. ב-24 FPS, הסרט עובר דרך המקרן בקצב של 456 מילימטרים (18.0 אינץ') לשנייה. זה אפשר תריסים פשוטים עם שני להבים כדי להקרין סדרה של תמונות בקצב של 48 לשנייה, כך שזה עונה על ההמלצה של אדיסון. מקרני סרטים מודרניים רבים בגודל 35 מ"מ משתמשים בתריסים בעלי שלושה להבים כדי לתת 72 תמונות בשנייה - כלומר, כל פריים מהבהב על המסך שלוש פעמים.

אנימציה 

באנימציה מצוירת, דמויות נעות מצולמות לעיתים קרובות "על שניים", כלומר, ציור אחד מוצג על כל שני פריימים של סרט (שבדרך כלל פועל בקצב של 24 פריימים לשנייה), כלומר יש רק 12 ציורים בשנייה. אף על פי שקצב עדכון התמונה נמוך, הרציפות משביעת רצון עבור רוב הסרטים. עם זאת, כאשר דמות נדרשת לבצע תנועה מהירה, בדרך כלל יש צורך לחזור להנפשה "על אחת" (כלומר, ציור על פריים), מכיוון ש"שניים" איטיים מכדי להעביר את התנועה בצורה מספקת. שילוב של שתי הטכניקות שומר על העין ללא עלות ייצור מיותרת.

אנימציה עבור רוב  הופקה בזול ככל האפשר, ולרוב צולמה על "שלושה" או אפילו "ארבעה", כלומר שלושה או ארבעה פריימים לכל ציור. כלומר, ל-8 או 6 ציורים בלבד בשנייה בהתאמה. אנימה גם מצוירת בדרך כלל על שלשות.

תקני וידאו מודרניים 
בשל תדר החשמל של רשתות חשמל, שידורי טלוויזיה אנלוגיים פותחו עם קצבי פריימים של 50 הרץ (רוב העולם) או 60 הרץ (קנדה, ארצות הברית, יפן, דרום קוריאה). התדר של רשת החשמל היה יציב ביותר ולכן היה הגיוני להשתמש בו לסנכרון.

כניסת טכנולוגיית הטלוויזיה הצבעונית הצריכה להוריד את תדר ה-60 FPS ב-0.1% כדי למנוע , אלמנט תצוגה המופיע על צגי שחור-לבן מדור קודם, שגם מופיע על משטחים רווי צבעים. נמצא כי על ידי הורדת קצב הפריימים ב-0.1%, ההשפעה הלא רצויה הופחתה למינימום.

נכון לשנת 2021, תקני שידור וידאו בצפון אמריקה, יפן ודרום קוריאה עדיין מבוססים על 60 / 1.001 ≈ 59.94 תמונות בשנייה. בדרך כלל משתמשים בשני גדלים של תמונות: 1920×1080 ("1080i/p") ו-1280×720 ("720p"). באופן מבלבל, פורמטים "משולבים" נהוג לציין ב-1/2 קצב התמונה שלהם, 29.97/25 FPS וכפול גובה הדימוי שלהם, אבל הכינויים הללו הן מנהג בלבד; בכל פורמט מופקות 60 תמונות בשנייה. רזולוציה של 1080i מפיקה 59.94 או 50 תמונות 1920×540, כל אחת מהן מונמכת לחצי גובה בתהליך הצילום ונמתחת לאחור כדי למלא את המסך בהשמעה במכשיר טלוויזיה. פורמט 720p מייצר תמונות 59.94/50 או 29.97/25 1280×720p, לא סחוטות, כך שאין צורך בהרחבה או סחיטה של התמונה. זה גרם לבלבול הזה בכל התעשייה בימים הראשונים של תוכנות וידאו דיגיטליות, כאשר הרבה תוכנות נכתבו בצורה שגויה: המפתחים חשבו שצפויות רק 29.97 תמונות בכל שנייה. אמנם נכון שכל רכיב תמונה נשלח רק 29.97 פעמים בשנייה, אבל מיקום הפיקסלים נשלח 1/60 שנייה לאחר מכן.

סרט בקצב המקורי של 24 FPS לא יכול להיות מוצג ללא התהליך הדרוש, מה שמוביל לעיתים קרובות ל"התלבטות": כדי להמיר 24 פריימים לשנייה ל-60 פריימים לשנייה, כל פריים אי זוגי חוזר על עצמו, מתנגן פעמיים, בעוד כל פריים זוגי הוא משולש. זה יוצר תנועה לא אחידה, הנראית סטרובוסקופית. להמרות אחרות יש הכפלת מסגרת לא אחידה דומה. תקני וידאו חדשים יותר תומכים ב-120, 240 או 300 פריימים לשנייה, כך שניתן לדגום פריימים באופן שווה עבור קצבי פריימים סטנדרטיים כגון סרט 24, 48 ו-60 FPS או וידאו של 25, 30, 50 או 60 FPS. ששיעורי הפריימים הגבוהים האלה עשויים להיות מוצגים גם בשיעורים המקוריים שלהם.

קצב הפריימים במפרטי המצלמה האלקטרונית עשוי להתייחס לקצב המקסימלי האפשרי, כאשר בפועל, הגדרות אחרות (כגון זמן חשיפה) עשויות להפחית את התדר למספר נמוך יותר.

המרת קצב פריימים FRC 
המרת קצב פריימים מעלה הוא תהליך של הגדלת הרזולוציה הזמנית של רצף וידאו על ידי סינתזה של פריימי ביניים אחד או יותר בין שתי פריימים עוקבים. קצב פריימים נמוך גורם ל"Aliasing", מניב תנועה פתאומית ופוגע באיכות הווידאו. כתוצאה מכך, הרזולוציה הזמנית היא גורם חשוב המשפיע על איכות הווידאו. אלגוריתמים עבור FRC נמצאים בשימוש נרחב ביישומים, כולל שיפור איכות חזותית, דחיסת וידאו ויצירת וידאו בהילוך איטי.

שיטות 
ניתן לסווג את רוב שיטות ה-FRC לשיטות זרימה אופטית או מבוססי ליבה ושיטות מבוססות פיקסלים מזויפים.

FRC מבוסס זרימה 
שיטות המבוססות על זרימה משלבות באופן ליניארי זרימות אופטיות חזותיות בין שתי מסגרות קלט כדי להעריך זרימות ממסגרת הביניים של היעד למסגרות הקלט. הם גם מציעים היפוך זרימה (הקרנה) לעיוות תמונה מדויק יותר. יתרה מכך, ישנם אלגוריתמים שנותנים משקלים שונים של וקטורי זרימה חופפים בהתאם לעומק האובייקט של הסצנה באמצעות שכבת הקרנת זרימה.

FRC מבוסס הדמיית פיקסל 
שיטות המבוססות על הדמיה של פיקסל משתמשות בפיתול שניתן לעיוות למחולל המסגרת המרכזית על ידי החלפת זרימות אופטיות בוקטורי היסט. ישנם אלגוריתמים שגם מבצעים אינטרפולציה של פריימים אמצעיים בעזרת קונבולולוציה ניתנת לעיוות בתחום התוכנה. עם זאת, מכיוון ששיטות אלו חזו ישירות פיקסלים בניגוד לשיטות FRC המבוססות על זרימה, הפריימים החזויים נוטים להיות מטושטשים כאשר קיימים אובייקטים הנעים במהירות.

תוכנות זמינות

מסנן קצב המרות של AviSynth MSU 
מסנן המרת קצב הפריימים של AviSynth MSU הוא כלי קוד פתוח המיועד להמרה מעלה של קצב פריימים של וידאו. הוא מגדיל את קצב הפריימים בגורם שלם. הוא מאפשר, למשל, להמיר סרטון עם 15 פריימים לשנייה לסרטון עם 30 פריימים לשנייה.

Adobe Premiere Pro 
Adobe Premiere Pro היא תוכנה מסחרית לעריכת וידאו המאפשרת להאט את הווידאו באמצעות אפקטים של זרימה אופטית ומיפוי זמן מחדש לצילומים רגילים כדי ליצור מראה טוב יותר והילוך איטי חלק יותר.

וגאס פרו 
Vegas Pro היא גם תוכנה מסחרית לעריכת וידאו. יכולה גם לייצר וידאו בהילוך איטי, צריך לבחור את עוצמת התנועה בסרטון שלך ואת אחוזי מהירות ההשמעה.

Topaz Video Enhance AI 
ל-Topaz Video Enhance AI יש את מודל Chronos AI משתמש בלמידה עמוקה כדי להגביר את קצב פריימים של וידאו ללא חפצים. אלגוריתם זה יוצר פריימים חדשים שלעיתים קרובות לא ניתן להבחין בינו ובין פריימים שנלכדו במצלמה.

ממיר קצב פריימים מתקדם (AFRC) 
היתרון העיקרי של אלגוריתם AFRC הוא שימוש במספר טכניקות שיפור איכות כגון מיסוך חפצים אדפטיבי, עיבוד פסים שחורים ומעקב אחר חסימה:
 טכניקת מיסוך חפצים אדפטיבית מאפשרת להפוך חפצים פחות בולטים לעיניים ובכך להגביר את האיכות האינטגרלית של וידאו מעובד;
 עיבוד פס שחור מאפשר להימנע מחפצים המופיעים בדרך כלל במסגרות אינטרפולציות במקרה של פס שחור המוצג ליד קצוות המסגרת;
 מעקב אחר חסימה מבצע שחזור באיכות גבוהה של מסגרות אינטרפולציות ליד קצוות במקרה של נוכחות של תנועה עם כיוון אל/מקצה המסגרת.

קישורים חיצוניים 
 מהירות פריימים לשנייה, באתר icinemaspot

הערות שוליים 

דחיסת נתונים
צילום