Почему цифровые камеры не снимают видео с полным разрешением сенсора или не работают непрерывно с видеокадрами?

Question

Почему камеры с высоким разрешением снимают кадры с высоким разрешением, но обычно снимают видео только в формате 1080p, что составляет около 2 мегапикселей?

Например, у меня есть Sony-NEX 6, который может снимать фотографии с разрешением 16 мегапикселей, но только с разрешением 1080p и 1920p.

Кроме того, как цифровые камеры разделяют кадры видео, если затвор объектива никогда не закрывается?

И если вы можете снимать видео со скоростью 30 кадров в секунду или 60 кадров в секунду, то почему у камер не может быть непрерывных дисков со скоростью от 30 до 60 кадров в секунду?

Answer 1

Почему камеры с высоким разрешением снимают фотографии в высоком разрешении, но обычно снимают видео только в формате 1080p, что составляет около 2 мегапикселей?

Например, у меня есть Sony-NEX 6, который может снимать фотографии в 16 мегапикселей, но только 1080p на 1920p видео.

Существует несколько причин, по которым большинство фотокамер с высоким разрешением, которые также снимают видео, не воспроизводят видео с одинаковым разрешением, и почему они не могут поддерживать ту же частоту кадров при съемке фото с высоким разрешением, которую используют при съемке видео.

• Безусловно, самой большой проблемой является количество данных, созданных за определенный промежуток времени. Поскольку 20-мегапиксельный JPEG-файл, сохраненный с низкой степенью сжатия, обычно в 10 раз превышает размер одиночного видеокадра HD 1080p, а 20-мегапиксельный файл RAW будет в 2-3 раза больше размера JPEG, это означает, что 20-30 HD-видеокадров примерно того же размера, что и один 20-мегапиксельный файл RAW. Иными словами, вы можете хранить HD-видео на целую секунду в том же месте, что и ОДИН 20-Мегапиксельный файл RAW.
• Данные, поступающие с датчика, должны интерпретироваться процессором камеры. Как и все другие цифровые процессоры, каждая камера ограничена тем, насколько быстро процессор может обрабатывать цифры. Повышение скорости передачи данных процессора в 20 раз было бы чрезмерно дорогостоящим и создало бы необходимость в системах охлаждения, слишком больших, чтобы поместиться в корпус размером с DSLR.
• Текущая скорость записи даже самых быстрых SD-карт UHS-1 и CF-карт UDMA-8 не может поддерживать скорость передачи данных, достаточную для записи 30 кадров в секунду 20-мегапиксельных файлов RAW.
• При съемке неподвижных изображений большинство камер делают паузу, чтобы пересчитать такие вещи, как фокус и экспозицию между каждым кадром. В случае зеркальной фотокамеры это также требует, чтобы рефлекторное зеркало циклически перемещалось вниз и назад между каждым кадром, а объектив открывался до максимальной диафрагмы между каждым кадром. Цифровые зеркальные фотокамеры FF самого высокого уровня могут делать все это с частотой кадров 10-12 кадров в секунду! Более дешевые зеркалки обычно снимают со скоростью 3-5 кадров в секунду. Но они могут поддерживать этот темп только в течение нескольких секунд, прежде чем скорость передачи всех этих битов на карту памяти заставит их ждать, пока освободится место в буферной памяти.

Кроме того, как цифровые камеры разделяют кадры в видео, если затвор объектива никогда не закрывается?

На объективах вашего Sony NEX-6 нет механического затвора. Перед датчиком в сборе в корпусе камеры находится механический затвор с двумя завесами в фокальной плоскости. В зависимости от выбранных вами настроек, он обычно работает так же, как затвор на DSLR или даже старой пленочной камере при съемке неподвижных изображений. Пиксельные узлы на вашем датчике находятся под напряжением непосредственно перед тем, как открывается первая завеса, и вскоре после того, как вторая завеса закрывается. Период времени, в течение которого датчик находится под напряжением, и собираемый свет может быть в любом месте от чуть больше, чем скорость синхронизации вспышки, составляющая 1/160 секунды, до максимального времени выдержки 30 секунд, или даже больше, если используется режим лампы.

Когда вы снимаете видео, затвор остается открытым, и количество света, собираемое каждым участком пикселя, считывается процессору через определенные промежутки времени, «счетчик» для каждого пикселя сбрасывается в ноль, и пиксель начинает считать количество фотонов, которые поражают его снова. Запись CMOS-датчиков в формате 1080P ( p предназначена для прогрессивного ), последовательно считывает каждый пиксельный участок сверху вниз в кадре, а затем начинает сверху сверху для следующего кадра. Старые камеры стандартного разрешения и камеры 720i считывают нечетные строки сверху вниз, затем возвращаются и читают четные строки ( i в 720i означает чересстрочная ). Датчики CCD старшего уровня считывают весь датчик в одно и то же время, сбрасывают эти данные во встроенный буфер датчика и начинают собирать больше света, пока данные из предыдущего кадра отправляются в процессор камеры.

И если вы можете снимать видео со скоростью 30 кадров в секунду или 60 кадров в секунду, то почему у камер не может быть непрерывных дисков со скоростью от 30 до 60 кадров в секунду?

Некоторые делают, но любые цены на потребительском уровне ограничены при съемке с такой высокой частотой кадров при более низких разрешениях, подобных разрешению HD-видео (30 кадров в секунду) или даже более низком разрешении (60 кадров в секунду), и они также ограничены съемкой с затвор остается открытым, например, при съемке видео или фотографий в Live View . И это должно быть совершенно очевидно, если вы снимаете со скоростью 60 кадров в секунду, вы ограничены выдержкой быстрее 1/60 секунды. По сути, эти камеры делают только съемку видео и сохраняют каждый кадр в отдельный файл.

Answer 2

Скорости передачи данных, скорости передачи данных, скорости передачи данных. Например, фотография с высоким разрешением от 24-мегапиксельного сенсора составляет от 20 до 30 МБ в сыром виде или 10 МБ в высококачественном JPEG. Если бы вы хранили такое количество кадров для видео, это было бы от 240 МБ до 720 МБ в секунду. Ни одна SD-карта не может писать так быстро, а объем информации, который должен обрабатываться схемами обработки изображений, еще более нелепый.

Чтобы дать представление о скоростях необработанных данных, типичная DSLR имеет 12- или 14-битный датчик, поэтому при 14 битах 24-мегапиксельная камера будет выдавать 42 мегабайта данных на кадр, что означает, что для 24 кадров в секунду видео, схема обработки изображений должна быть в состоянии справиться с обработкой более гигабайта в секунду. Это более 60 гигабайт в минуту или 3,6 терабайта в час. Для сравнения, для видео 1080p, он имеет дело только с 1/12 этой информации. 75 МБ в секунду намного проще в управлении, а при сжатии этот размер может быть сведен к чему-то управляемому (и имейте в виду, что чем больше объем необработанных данных, тем сложнее становится и сжатие в реальном времени).

Просто невозможно отслеживать или хранить необходимое количество видео. По этой же причине в серийном режиме даже на высокопроизводительных зеркальных камерах можно делать только 8–11 кадров в секунду, и поэтому у них относительно быстро заканчивается буферное пространство (обычно в течение 20 кадров или около того при съемке в формате RAW).

Answer 3

Нет веской причины, по которой камеры не могут работать лучше на видео.

Но сначала уточнение: я не говорю о съемке 16-мегапиксельных кадров с полным разрешением 20 МБ со скоростью 60 кадров в секунду, что, как указывают другие ответы, пока трудно / невозможно.

Но я не вижу причин, по которым камеры не могли бы выполнять ЛУЧШУЮ работу, чем они делают сейчас, то есть снимать со скоростью 60 кадров в секунду со скоростью, превосходящей 1080p, например 1440p (2560 x 1440). Или видео с частотой кадров более 60 кадров в секунду и любым приличным разрешением. Черт, iPhone снимает 120 FPS с разрешением 720p.

И если мы сжимаем это до 30 Мбит / с (<4 МБ / с), SD-карты должны справиться с этим с комфортом. Телефоны начинают <a href="http://www.theverge.com/2013/9/2/4685246/acer-4k-smartphone-camera-liquid-s2" rel="nofollow noreferrer"> поддерживать видео 4k, а новый мобильный SoC Qualcomm поддерживает кодирование видео 4k, так что это не сложно. А у автономных камер обычно больше батарей, чем у ультратонких телефонов, поэтому мощность не является ограничением.

Мне сказали, что у айфонов более мощные процессоры, чем у автономных камер, но я не вижу причин, почему это нельзя улучшить. Стоимость SoC в iPhone 5S оценивается всего в $ 19 . Когда люди платят за NEX с линзами более тысячи долларов, 19 долларов - это банальная сумма, которую нужно платить, если это приводит к улучшению возможностей.

Как и вы, у меня есть NEX, который стоил мне значительной суммы денег. Не поймите меня неправильно, мне нравится мой NEX, и я не говорю, конечно, что iPhone в целом лучше, чем NEX для фотографии; просто что-то лучше в НЕКОТОРЫХ вещах. И я не вижу внутренней причины, по которой NEX не может сделать все или большую часть того, что может сделать iPhone 5s:

• Возьмите видео 720p со скоростью 120 кадров в секунду.

• Снимайте видео с более высоким разрешением, чем 1080p.

• Возьмите серию фотографий и объедините их в программном обеспечении для уменьшения шума. Это называется укладкой изображений.

• Есть режим панорамы, который работает. Режим панорамы NEX, по крайней мере на моем NEX-5R, бесполезен. Там написано, что я двигаю свою камеру слишком быстро, или слишком медленно, или не в идеальной линии, или что-то еще.

• Нажмите, чтобы установить экспозицию для определенной части сцены. Может быть, NEX-5R поддерживает это, но сенсорный экран настолько плох, что его не стоит использовать.

Опять же, моя точка зрения не в том, что NEX отстой (я бы не купил его, если бы это было так), а в том, что есть НЕКОТОРЫЕ вещи, которые iPhone делает лучше, и я не рассматриваю их как внутренние компромиссы.

Если вы говорите о том, чтобы поместить датчик APS-C в карманную камеру, это, вероятно, компромисс на данный момент. Если вы говорите о создании объектива с 50-кратным зумом для сенсорной камеры APS-C по разумной цене, размеру и весу, это опять-таки неотъемлемый компромисс. Но я не понимаю, почему все вышеперечисленное является компромиссом Их можно исправить с помощью программного обеспечения и более мощного процессора. Мы не говорим о каких-либо фундаментальных ограничениях оптической инженерии.

Итак, мой ответ на ваш вопрос не тот, который вы, возможно, хотели бы услышать: нет никаких причин, чтобы (автономные) камеры могли лучше выполнять некоторые из вопросов, о которых вы спрашиваете.

Сноска:

1 Да, для обработки выходного сигнала датчика 16MP (например, используемого в NEX) требуется больше энергии, чем для обработки выходного сигнала датчика 8MP (например, используемого в iPhone), но мы можем легко обойти это, считывая только некоторые строки с датчика.

2 Да, пользователи NEX ожидают лучшего качества своих видеороликов, но меньше всего я ожидаю, что мой NEX, по крайней мере, сделает то, что умеет мой iPhone: 120 кадров в секунду при 720p при сопоставимом качестве. Если это может быть лучше, отлично, но это должно быть так же хорошо, как мой iPhone. Сказать «мы не можем сделать лучше, чем iPhone, поэтому давайте даже не пытаться делать такую ​​же хорошую работу, как iPhone», не извините.

(Благодарю Майкла за то, что он поднял эти два вопроса.)