Частота кадров (Frames per Second) FPS для видеонаблюдения

Частота кадров (Frames per Second) FPS для видеонаблюдения

Значение кадровой частоты это важная особенность при разработке любой системы видеонаблюдения. Давайте рассмотрим и определим оптимальное значение кадров в секунду в теории и на практике.

Что такое частота кадров (FPS)?

Частота кадров, частота кадросмен (с англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) – это количество сменяемых кадров за единицу времени. Общепринятая единица измерения – кадры в секунду (к/с). 24 к/с – это общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции. На деле имеем 30 fps (60 полукадров) для телевизионного стандарта NTSC (США, Канада, Мексика, Япония) и 25 fps (50 полукадров) для стандарта PAL / SECAM (Европа). Кроме того, для съемок могут использоваться как ускоренная, так и замедленная частота кадров, например, 48 к/с – это частота съёмки и проекции кинематографических систем IMAX HD.

Частота кадров в видеонаблюдении

Давайте разберемся с кадровой частотой в видеонаблюдении. Казалось бы, что тут думать? Чем больше кадровая частота, тем лучше – можно не глядя ставить самую высокую кадровую частоту (25 fps / 30 fps). Но все это в идеальном мире, в реальности нам всегда хочется оптимизировать и получать необходимое за минимальные средства. Так, частота кадров напрямую влияет на архив записи и на длительность архива. То есть, при увеличении частоты кадров увеличивается и вес архива. Давайте же посмотрим, есть ли разница в картинке при различной частоте кадров.
Ниже видео, где можно сравнить одну и ту же картинку, которая записана с разной частотой кадров (fps). Отметим, что видео, которое снято при максимальной частоте кадров (25 fps / 30 fps) практически не отличается от видео при 15 к/с.

Еще одно видео с различными движениями в фокусе, чтобы посмотреть разницу между кадровой частотой от 1 до 30 к/с. Очевидно, что чем меньше частота кадров, тем видео становится менее плавным – это четко видно при съемке движущихся объектов в кадре.

Таким образом, 10 – 15 к/с это оптимальное значение частоты кадров для практически любого объекта видеонаблюдения – такое значение позволит увеличить время записи архива. Но, есть и исключения из правил, например в казино, на кассах супермаркетах, при определении номеров на авто для записи необходимо устанавливать большую частоту кадров. Также, не забывайте, что на одном объекте можно и комбинировать, то есть для важных областей можно ставить высокую частоту кадров, а на других областях низкую.
Частота кадров влияет и на пропускную способность, но для современных кодеков, например, для Н.264, она меньше, чем линейная из-за внутрикадровой компрессии, которая снижает нужды частоты диапазона для некоторых сцен, которые не меняются в каждом кадре. Поэтому, если вы повышаете частоту кадров в 10 раз, то повышение диапазона частот будет гораздо меньшим, в 3 или 5 раз больше.

Теперь рассмотрим несколько интересных тестов с кадровой частотой от авторитетного издания IPVM (ipvm.com). Это поможет лучше определиться для выбора fps для каждого отдельного случая.
Итак, разная частота кадров будет показана для идущего человека, для бегущего человека и с целью детекции лица человека.

Съемка человека при обычном шаге

Человек, идущий неторопливым, обычным шагом, проходит чуть больше одного метра в секунду, таким образом он пересекает поле обзора видеокамеры шириной 6 метров примерно за 5 секунд. По мере пересечения человеком поля обзора мы наблюдаем за его перемещением кадр за кадром. При частоте 30 fps и 10 fps полный шаг не остается незамеченным. Однако при частоте 1 к/с человек преодолел более одного метра между кадрами, что совпадает с оценкой скорости идущего человека – чуть более 1 м/с.

Бегущий человек в поле обзора

Если объект будет бежать, от он пересекает поле обзора видеокамеры шириной 6 метров примерно за 1,25 секунды, т.е. движется со скоростью почти 5 метров в секунду. При перемещении человека бегом, при частоте 30 fps каждые полшага фиксировались, при частоте 10 кадров человек пробегал примерно 0,3 метра между кадрами. При частоте 1 кадр в секунду объект зафиксирован только на одном кадре, остальной путь через поле обзора был проделан между кадрами и на втором кадре видна только часть ноги движущего объекта.

Распознавание лица

Еще один интересный тест на частоту кадров и детекцию лица движущего человека. Получить четкое изображение лица движущегося человека может быть непросто, так как в движении голова естественным образом движется из стороны в сторону. В эксперименте по сравнению разных частот кадров объект шел по коридору, двигая головой вперед и назад. При частоте 1 кадр в секунду получен только один четкий снимок, при частоте 10 кадров четких снимков намного больше. При частоте 30 кадров четких снимков на один-два больше, однако, это не является существенным улучшением.

Частота кадров (Frames per Second) – статистика от профессионалов

В 2011 году издание IPVM провело опрос на тему “Какую частоту кадров вы ставите свои клиентам и почему” среди 80 крупных интеграторов. Статистика кадровых частот, которые ставили профессионалы для своих клиентов при установке систем видеонаблюдения:

Как видим, частоту кадров более 20 fps устанавливали только 6% опрошенных интеграторов, а 18 процентов и вовсе устанавливали частоту менее 5 fps.

Приведем некоторые аргументы каждой группы инсталляторов:

Первая группа (менее 5 к/с):

Увеличение времени (записи) на жестких дисках;
Стоимость хранилищ данных;
Большинство клиентов хотят записывать видео с наивысшей частотой кадров до тех пор, пока вы им не скажете, какое для этого потребуется хранилище. В этот момент мы говорим им, сколько это будет стоить, после чего возвращаемся к обсуждению значения частоты кадров.

Разумеется, что эта группа интеграторов и их клиенты ориентированы на экономию дискового пространства под архив видеозаписей.

Вторая группа (6-10 к/с):

Золотая середина между качеством изображений и требованиям к хранилищу данных;
Мы поддерживаем 8 к/с, чтобы при воспроизведении видео было плавным;
от 6 до 10 к/с – это достаточно быстро для получения адекватных подробностей в быстропротекающих событиях.

Третья группа (11-19 к/с):

Требование клиента;
Главным является получение видео при воспроизведении, близкое к реальному времени. Иногда вы можете упустить что-то произошедшее при частоте кадров ниже 10 к/с;
При размещения камер в наиболее ответственных зонах наблюдения или при близком расстоянии до объекта мы используем 15 к/с.

Четвертая группа инсталляторов (более 20 к/с):
Требования казино или расчетных узлов;
Требование клиента.