在视频中所说的“帧(frame)”,在胶片时代称为“格”,在数码时代其实指的就是一幅静态图像;
所谓“帧速率(Frame Rate)”,也称“帧率”、“格数”,指的是每秒录制或播放多少幅静态图像,单位是 fps(frame per second),即每秒多少帧。
帧速率要分成两类来对待:拍摄帧速率和播放帧速率。
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1、视觉暂留原理与帧速率
视觉暂留原理提供了发明电影、电视、动画的科学基础。
人眼观看物体时,成像于视网膜上,并由视神经输入人脑,感觉到物体的像。但当物体移去时,视神经对物体的印象不会马上消失,而是会延续0.1~0.4秒的时间(对于中等亮度的光刺激),人眼的这种性质被称为“视觉暂留”。
比如,如果每秒连续播放10帧图片,即一帧图像出现的时间为0.1秒,当旧的印象快要消失时,新的又补上来了,每个画面之间有微小的变化,这样就不会感觉是一幅幅的静态图像了,人会将其认知为一个连贯的运动。
因此,视频播放时,理论上帧速率越高,画面看上去越流畅,尤其是对于那些有快速动作的镜头。不论是录制或是播放,如果硬件条件满足,应该尽量使用较高的帧速率。
李安导演的《比利·林恩的中场战事》(2016年)和《双子杀手》(2019年)就是以60fps和120fps的帧速率登上大银幕的。
李安坚信,采用120fps才是未来。
2、为什么电影最常见的帧速率是24fps?
托马斯·爱迪生认为,“每秒46帧”是电影最低的帧率,更低的话会导致观众的视觉疲劳。
但事实上,在早期的无声电影中,从来没到过这个帧率,主要是受电影成本和当时技术的限制。1932年,“24fps”和“35mm胶卷”一同成为国际通行的电影行业标准。
人眼观看移动的物体时会产生一种模糊的感觉——称之为动感模糊,而用 24fps 拍摄的影片带来的动感模糊与人眼运作方式非常接近, 24fps 对于声音在电影中的融入也是合适的。基于成本和技术等多方面综合考虑,一个世纪以来, 24fps 是能满足大家看电影需求的最佳帧率。
当然,技术在日新月异地发展着,很多人开始尝试用更高帧率录制视频。《霍比特人》系列电影的导演彼得·杰克逊说:
“90多年来,我们一直采用 24fps 来拍摄和放映电影,不是因为它最好,而是因为它最便宜。采用 48fps 拍摄和放映的好处是,看起来画面上的速度还是正常的,但画面的流畅度和动作清晰度都大大增强了……它会让电影看起来更逼真,观看起来也更轻松,尤其是在3D电影方面。”
3、广播电视级标准的25fps与30fps
这两种帧速率与电气标准以及电视制式有关。国际上通用的电视制式标准有两种:NTSC制式(National Television Standards Committee,(美国)国家电视标准委员会)和PAL制式(Phase Alteration Line,逐行倒相)。
使用NTSC制式的地区包括北美洲、日本、南亚及中国台湾等,民用交流电工作标准是110V60Hz。由于早期采用隔行扫描(Interlaced),每一帧被分割为奇偶两场(也称上场、下场,或者高场、低场)图像交替显示,再考虑到交流电频率60Hz,即1秒钟要传60场,每两场构成1帧,故帧速率为30fps。
使用PAL制式的地区包括是欧洲、中国大陆等,民用交流电工作标准是220V50Hz,所以,1秒钟要传50场,每两场构成1帧,故帧速率为25fps。
4、“奇怪”的59.94、29.97、23.976
彩色电视出来之后,为了兼容黑白电视,以及避免色彩信号与音频信号的相互干扰等问题,对场频做了0.1%的缩减,即,从每秒60场降低到了59.94场(=60-60×0.1%),使用隔行扫描技术时,每两场构成1帧,即59.94÷2=29.97fps。
24fps的电影,要想在电视上实现流畅的正常播放,同样需要对其缩减0.1%,即24-24×0.1%=23.976fps,如此只要利用3:2 pulldown方法,将每4帧扩展为5帧(10场)即可。(23.976:29.97 = 4:5)。
数字信号与逐行扫描(progressive,也称无场)技术的到来,很多这样的参数也仅在后期软件中保留了。
5、抽帧与补帧
抽帧,指的是前期用较高的帧率(比如60fps)拍摄,通过后期软件将一些帧抽去,让视频变成25fps。合适的抽帧之后,动作效果可能更加突出,存储和传输的容量也变小了许多。不过在抽帧算法未达到智能化之前,抽帧也容易导致动作在视觉上的不连贯。
补帧,前期用较低的帧率(比如25fps)拍摄,通过后期软件将其改为60fps的帧率播放。显然,这每秒多出来的35帧是后期软件渲染出来的,除非算法的改良,否则与实际拍摄的视感还是有较大差距的。
无论是抽帧还是补帧,这个要转换为的基准速率(如我国常用的25fps),在一些视频剪辑软件如 Premiere Pro 中称为时基(Timebase)。
6、升格与降格
升格与降格这两个名词主要是用在视频拍摄上。
升格拍摄,指的是前期用较高的帧率(比如240fps)拍摄的素材,后期使用24fps来播放的话,则1秒可以变为10秒的慢动作。
降格拍摄,指的是前期用较低的帧率(比如18fps)拍摄的素材,使用24fps来播放的话,从而得到快速镜头的感觉。一些武打动作片就是采用降格拍摄来使动作显得更加迅捷凌厉,单反相机的延时摄影就是一种典型的降格拍摄。
卓别林《摩登时代》的拍摄帧率为18fps,在24fps的播放速度下,演员动作显得微微加快,反而有一种滑稽的喜剧效果。