فریم ریت (Frame Rate) و نقش آن در دوربین های مداربسته

فریم ریت (Frame Rate) به عبارتی یکی از مهمترین عناصر تعیین کننده کیفیت تصویر دوربین های مداربسته است. از این رو گفتنی است که برای دستیابی به کیفیت خوب، باید سرعت سوژه ها (که معمولا افراد هستند) مشخص باشد. بدین ترتیب در این مبحث به صورت جداگانه به هر یک از سوژه ها پرداخته خواهد شد.

 سرعت سوژه های در حال حرکت به منظور ارزیابی فریم ریت (Frame Rate)

سرعت افراد

منظور از سرعت فریم ریت (Frame Rate) (برای مثال، ۱ فریم در ثانیه، ۱۰ فریم در ثانیه، ۳۰ فریم در ثانیه و …) مشخص است. به بیان دیگر فریم ریت مشخص می کند که در هر ثانیه چند فریم تصویری ثبت می گردد. باید توجه داشت که احتمال از دست دادن جزئیات در مورد سوژه ای که سریع تر حرکت می کند، بیشتر است. اما سوال اینجاست که آیا می دانید برای ضبط قابل اعتماد تصاویر به چند فریم در ثانیه نیاز است؟ این جا سرعت حرکت افراد اهمیت می یابد. سرعت عادی انسان در پیاده روی معمولی در حدود ۱٫۲ متر در ثانیه است. به این ترتیب، پوشش دادن این میدان دید ۶ متری توسط انواع دوربین مدار بسته به حدود ۵ ثانیه زمان نیاز دارد.

اگر یک نفر در حال دویدن باشد، این سوژه ی ما میدان دید ۶ متری را ظرف حدودا ۱٫۲۵ ثانیه طی خواهد کرد؛ به عبارت دیگر، او در یک ثانیه حدود ۴٫۸ متر را طی می کند. برای مثال، اگر شما تنها ۱ فریم در ثانیه تصویر ضبط کنید، یک سوژه در این دوره ی زمانی به راحتی می تواند بین ۱٫۲ تا ۴٫۸ متر جا به جایی داشته باشد. این نکته را هنگام ارزیابی برای انتخاب فریم ریت (Frame Rate) باید در نظر داشته باشید.

موارد مورد توجه در مبحث سرعت اشخاص و تاثیر آن در انتخاب فریم ریت

موارد مورد توجه در مبحث سرعت اشخاص و تاثیر آن در انتخاب فریم ریت از جمله مواردی است که در انتخاب و خرید دوربین مداربسته تاثیر بسزایی دارد. از این رو توجه به موارد زیر در انتخاب فریم ریت (Frame Rate) ضرورت دارد:

• مردم با چه سرعتی حرکت می کنند و چگونه آن را با فریم ریت مقایسه کنیم.
• برای ضبط تصویر یک فرد هنگام پیاده روی با فریم ریت های ۱، ۱۰ و ۳۰ فریم در ثانیه، چه ریسک هایی وجود دارد.
• با فریم ریت های ۱، ۱۰ و ۳۰ فریم در ثانیه، ضبط تصویر فرد در حال دویدن چگونه خواهد بود.
• در فریم ریت های ۱، ۱۰ و ۳۰ فریم در ثانیه، چه تعداد تصویر واضح از سر سوژه خواهید داشت.
• در فریم ریت های ۱، ۱۰ و ۳۰ فریم در ثانیه هنگام ضبط تصویر یک بازی ورق، چه چیزی از دست می دهید.
• سرعت شاتر و فریم ریت چگونه به هم مرتبط می شوند.
• با افزایش فریم ریت پهنای باند چقدر افزایش می یابد.
• چه میانگین فریم ریت در صنعت نظارت تصویری وجود دارد.

در حالت پیاده روی

همان گونه که سوژه ی ما در میدان دید دوربین گام بر می دارد، ما حرکت او را از یک فریم به فریم بعدی می بینیم. در فریم ریت (Frame Rate) ۳۰ و ۱۰ فریم در ثانیه او هنوز یک گام کامل برنداشته است. با این حال، در حالتی که سرعت فریم ۱ فریم در ثانیه باشد، او در فاصله ی بین فریم ها نزدیک به ۱٫۲ پیش رفته است.

در حالت دویدن

هنگامی که سوژه ما با حداکثر سرعت خود در میدان دید تحت پوشش دوربین می دود، باز هم در استریم ۳۰ فریم در ثانیه ای تقریبا نیمی از گام برداشتن او را خواهیم دید.در حالی که در استریم ۱۰ فریم در ثانیه ای، او در فاصله ی زمانی میان فریم ها نزدیک به ۳۰ سانتی متر جا به جا شده است. در همین مثال اگر فریم ریت (Frame Rate) ۱ فریم در ثانیه را در نظر بگیریم، سوژه ی ما فقط در یک فریم قابل مشاهده خواهد بود و ما بقی میدان دید تحت پوشش دوربین را در فاصله ی بین فریم ها طی خواهد کرد.

ضبط چهره

زمانی که افراد در حال حرکت هستند، ضبط تصویری واضح از چهره می تواند دشوارتر باشد. دلیل این امر این است که افراد به تناوب سر خود را حرکت می دهند. در یک آزمایش، سوژه ای داشتیم که در طول پیمودن راهرو سر خود را به عقب و جلو حرکت می داد تا بتوانیم فریم ریت (Frame Rate) مختلف را نمایش دهیم. توجه کنید که در حالت ۱ فریم در ثانیه، تنها یک تصویر واضح از سر به ثبت رسیده است، اما در حالت ۱۰ فریم در ثانیه، تعداد بیشتری وجود دارد. در نهایت، ممکن است با فریم ریت ۳۰ فریم در ثانیه، یک یا دو فریم بیشتر داشته باشید. اما بهبود چندان زیادی در وضعیت پدید نمی آید.

بازی ورق

در این آزمایش، در حالی که سرعت شاتر روی حالت پیش فرض دوربین ( ۱٫۳۰ ثانیه) بود، سوژه ی ما ۵ ورق بازی را روی میز می چیند. در فریم ریت (Frame Rate) ۳۰ و ۱۰ فریم در ثانیه، می توانیم هر ورق بازی را ببینیم که از دسته ی ورق ها به روی میز گذاشته می شود. با این حال، در فریم ریت (Frame Rate) 1 فریم در ثانیه ما فقط ورق ها را می بینیم که بر روی میز ظاهر می شوند و حرکات شخص توزیع کننده قابل مشاهده نیست. بنابراین، نتیجه می گیریم که این فریم ریت بسیار پایین است.

سرعت شاتر و سرعت فریم

باید بدانید که فریم ریت (Frame Rate) باعث تار شدن تصویر نمی شود و چنین تصوری اشتباه است. کنترل اتوماتیک سرعت شاتر دوربین، تصویر را تار می کند. باز هم به سراغ مثال بازی ورق می رویم و سرعت حداقلی شاتر را به ۱٫۴۰۰۰ ثانیه افزایش می دهیم. تصویر زیر تاری حرکت را در دست شخص توزیع کننده ورق و ورق را مقایسه می کند. می بینید که تصویر ورق شماره ی ۲ در سرعت شاتر بالا بسیار واضح است.

سرعت شاتر ۱٫۴۰۰۰ ثانیه به صورت کامل همه ی نشانه های تاری حرکت را از بین می برد. سرعت شاترهای ۱٫۱۰۰۰ ثانیه و ۱٫۲۰۰۰ ثانیه نیز به شکل قابل توجهی تاری حرکت را کاهش می دهند. اما وقتی به تصاویر ضبط شده به صورت فریم به فریم نگاه می کنیم، همچنان در بخش دور انگشتان توزیع کننده ی ورق و لبه های ورق تاری حرکت خودنمایی می کند. بنابراین، اگر تصویر شما تار است، مشکل از سرعت شاتر است و به فریم ریت (Frame Rate) مربوط نمی شود.

شاتر آهسته و فریم ریت (Frame Rate)

از سوی دیگر، گاهی خواسته ی کاربران یا پیش فرض تولید کنندگان این است که سرعت حداکثری شاتر پایین تر از فریم ریت (Frame Rate) باعث باشد (برای مثال، سرعت شاتر ۴/۱ دوربینی با فریم ریت ۳۰/۱). چنین کاری نه تنها باعث تاری حرکت سوژه ها می شود، بلکه فریم هایی نیز از دست می روند. فریم ریت در ثانیه هرگز نمی تواند بالاتر از تعداد نوردهی در ثانیه باشد. اگر سرعت شاتر شما ۴/۱ ثانیه باشد، شاتر تنها ۴ بار در ثانیه باز شده و نوردهی انجام می شود (۴/۱ ثانیه + ۴/۱ ثانیه + ۴/۱ ثانیه + ۴/۱ ثانیه = ۱ ثانیه). به همین دلیل، شما فقط ۴ فریم در آن ثانیه می توانید داشته باشید.

برخی تولیدکنندگان برای پوشش کمبود فریم ها و سرعت پایین شاتر، فریم های مشابه را به دفعات کپی کرده و فریم های جعلی ایجاد می کنند. برای مثال، اگر سرعت شاتر ۱۵/۱ ثانیه باشد، تنها می توانید ۱۵ نوردهی در ثانیه داشته باشید و در نتیجه، ۱۵ فریم خواهید داشت. برای این که این تصویر به صورت استریم ویدئویی با ریت ۳۰ فریم در ثانیه به نظر برسد، هر فریم را می توان دو بار پشت سر هم ارسال کرد. شاتر آهسته صرفنظر از تاری تصویر می تواند باعث از دست رفتن فریم ها یا هدر رفتن فضای تجهیزات ذخیره سازی شود.

پهنای باند و فریم ریت (Frame Rate)

فریم ریت (Frame Rate) بر روی پهنای باند تأثیر گذار است. اما این اثر برای کدک های پیشرفته، نظیر H.264 به نسبت کمتر است. بنابراین، اگر فریم ریت را ده برابر افزایش دهید، افزایش پهنای باند مصرفی بسیار کمتر و تنها سه تا پنج در برابر خواهد شد. این امر یکی از مسائلی است که معمولا تصور اشتباهی در این صنعت در مورد آن وجود دارد. فشرده سازی بین فریمی دلیل کمتر بودن نسبت افزایش پهنای باند است. چرا که نیاز به پهنای باند را برای بخش هایی از صحنه ها، که در فریم ها مشابه باقی می مانند، کاهش می دهد.

آزمایش ثبت تغییر بیت ریت

برای اثبات هر چه بیشتر بر هم کنش پهنای باند و فریم ریت، تحت شرایط کنترل شده پهنای باند در فریم ریت های ۳۰، ۱۰ و ۱ فریم در ثانیه اندازه گیری شد تا تغییر بیت ریت یا بیت بر ثانیه (Bit rate) مشخص گردد.

میانگین بیت ریت به این شرح بود:

• ۱ فریم در ثانیه: ۰٫۱۷۹ مگابیت در ثانیه.
• ۱۰ فریم در ثانیه: ۶۹۳ مگابیت در ثانیه (۱۰ برابر فریم بیشتر و نیاز به پهنای باند تقریبا ۴ برابری).
• ۳۰ فریم در ثانیه: ۲۹۹ مگابیت در ثانیه (۳ برابر فریم بیشتر نسبت به ۱۰ فریم در ثانیه و نیاز به پهنای باند ۲ برابری؛ ۳۰ برابر فریم بیشتر نسبت به ۱ فریم در ثانیه و نیاز به پهنای باند ۷ برابری).

این اندازه گیری ها با فریم ریت ۱ فریم در ثانیه، که رایج ترین تنظیمات در حوزه ی نظارت ویدئویی حرفه ای است، انجام شد.

میانگین فریم ریت مورد استفاده

متوسط فریم ریت (Frame Rate) مورد استفاده در صنعت نظارت تصویری حدود ۱۰ فریم در ثانیه است، که نشان می دهد این میزان فریم برای ضبط بیشترین فعالیت های جزئی با حداقل هزینه های ذخیره سازی کافی است. همان گونه که در بخش قبلی نشان داده شد، تغییر فریم ریت از ۱۰ فریم در ثانیه به ۳۰ فریم در ثانیه فقط اندکی جزئیات را بهبود می دهد، اما می تواند هزینه های ذخیره سازی را دو برابر کند.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با دوربین مداربسته مایلسایت و نمایندگی دوربین مداربسته مایلسایت به پیوند ها مراجعه فرمایید. همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد دوربین مداربسته ویوتک نیز لینک ها می تواند راهنمای شما باشد.