FPS یا فریم ریت چیست؟

آیا با مفهوم FPS و فریم ریت آشنا هستید، می‌دانید چرا FPS اهمیت دارد و چرا باید برای اجرای بازی‌ها در میزان مناسبی باشد. در این مطلب قصد داریم علاوه بر پاسخ به این سؤالات، در مورد تفاوت‌های سطوح مختلف FPS صحبت کنیم و هر آنچه را که باید در مورد این پارامتر بسیار مهم در صنعت گیمینگ، فیلم‌سازی و ساخت ویدیو بدانید، بیان می‌کنیم.

FPS چیست؟

FPS، مخفف عبارت Frame Per Second (فریم در هر ثانیه) واحد سنجش فریم ریت است ، فریم ریت به تعداد تصاویر پشت سر هم اشاره می کند که در هر ثانیه توسط یک نمایشگر نمایش داده می‌شوند و یا توسط یک دوربین در حالت فیلم‌برداری ضبط می‌شوند.

فریم ریت در صنعت بازی‌سازی، فیلم‌سازی و ساخت ویدیو مفهوم یکسانی دارد. این شاخص با عنوان فرکانس فریم نیز معرفی و با واحد هرتز بیان می‌شود؛ البته مفهوم مشابه دیگری تحت عنوان رفرش ریت (Refresh rate) یا نرخ رفرش یا نرخ تازه‌سازی نیز وجود دارد که نباید با فریم ریت یا فرکانس فریم اشتباه گرفته شود.

رفرش ریت که با واحد هرتز سنجیده می‌شود، به معنای میزان تغییر و به‌روزرسانی تصاویر در حال نمایش در یک نمایشگر در هر ثانیه است؛ اما همان‌طور که گفتیم فریم ریت به معنی تعداد تصاویری است که یک نمایشگر در هر ثانیه نمایش می‌دهد یا یک دوربین فیلم‌برداری در هر ثانیه ضبط می کند.

میزان فریم ریت ذکرشده برای نمایشگرها و دوربین‌ها در مشخصات آن‌ها، به حداکثر تعداد تصاویر قابل‌نمایش توسط نمایشگر در یک ثانیه و یا حداکثر تعداد تصاویر قابل ضبط توسط دوربین در یک ثانیه است؛ اما در عمل معمولاً نه نمایشگرها می‌توانند آن تعداد تصاویر را در هر ثانیه نمایش دهند و نه دوربین‌ها می‌توانند آن تعداد فریم را در هر ثانیه ضبط کنند؛ زیرا برخی از تنظیمات نمایشگرها و دوربین‌ها باعث کاهش فریم ریت آن‌ها می‌شود.

تاریخچه ایجاد پارامتر FPS

در اوایل ظهور صنعت فیلم‌سازی، واکنش فیلم‌های مورداستفاده در دوربین‌های فیلم‌برداری آن زمان برای ضبط نوردهی‌های کوتاه موردنیاز برای نمایش پویایی حرکت، به‌اندازه کافی نبود. به همین دلیل سوژه‌های عکاسی در دهه ۱۸۰۰ باید مدت زیادی کاملاً ثابت و بدون حرکت می‌ایستادند تا عکس آن‌ها گرفته شود.

پیشرفت فنی در آن زمان به معنای این بود که اگر فردی حلقه فیلم دوربین را با دستان خود می‌چرخاند، افزایش تعداد تصاویر ضبط‌شده یا همان افزایش فریم ریت امکان‌پذیر می‌شد. این تکنیک سرآغاز پیدایش پارامتر فریم ریت و فریم ریت‌های متفاوت در صنعت فیلم‌سازی شد و فیلم‌ها از ۱۴ تا ۲۶ FPS دسته‌بندی شدند. متأسفانه این موضوع به معنای این بود که حرکات در همان لحظه به‌صورت پیوسته ضبط نمی‌شدند.

بعدها قابلیت چرخش مکانیکی حلقه فیلم در دوربین با هدف جلوگیری از لرزش تصاویر در هنگام ضبط تصاویر ایجاد شد؛ البته بسیاری از فیلم‌سازان ترجیح می‌دادند برای ایجاد برخی از افکت‌های سینمایی مانند افکت حرکات بسیار سریع در فیلم چارلی چاپلین، برخی از صحنه‌ها را با فریم ریت متفاوتی ضبط کنند و به این صورت بی‌نظمی گسترده‌ای در رابطه با فریم ریت در صنعت فیلم‌سازی ایجاد شد.

دلیل اهمیت فریم ریت چیست؟

پارامتر فریم ریت در صنعت ساخت فیلم و بازی اهمیت بسیار زیادی دارد و می‌تواند سبک ساخت ویدیو و تجربه تماشای آن را کاملا تحت تأثیر قرار دهد. فریم ریت‌های متفاوت می‌توانند خروجی فیلم یا بازی را به میزان قابل‌توجهی تغییر دهند. برای ایجاد FPS مناسب باید عوامل مختلفی را در نظر گرفت؛ مثلاً اینکه شما می‌خواهید فیلمتان چطور واقعی به نظر برسد یا اینکه متمایل به استفاده از تکنیک‌هایی مثل حرکت آهسته یا ایجاد افکت‌های تار کردن حرکت هستید یا نه.

به‌عنوان‌مثال فیلم‌های هالیوودی با فریم ریت 24fps ضبط می‌شوند تا صحنه‌های نمایش داده‌شده در آن‌ها کاملاً واقعی به نظر برسد و ظاهر سینمایی پیدا کنند اما ضبط بسیاری از رویدادهای زنده و رویدادهای دیگری مانند مسابقات ورزشی و همچنین ایجاد تصاویر بازی‌ها با فریم ریت بیشتری انجام می‌شوند و میزان پارامتر FPS در این ویدیوهای ضبط‌شده بیشتر است؛ زیرا در چنین رویدادهایی و همچنین در فضای بازی‌های ویدیویی هیجانی و پرتحرک، بسیاری از اتفاقات هم‌زمان با یکدیگر رخ می‌دهند و برای نمایش یا ضبط تمام این اتفاقات به‌صورت کامل و با جزئیات کامل، باید در اغلب تعداد فریم‌های در حال نمایش یا در حال ضبط، بیشتر از میزان استاندارد شود.

هرچقدر میزان FPS یک محتوای ویدیویی بیشتر باشد، تصاویر دربردارنده بخش‌های دارای حرکت سریع، روان‌تر و با میزان کمتری از تاری نمایش داده می‌شوند و جزئیات چنین حرکاتی با وضوح بالاتری قابل‌مشاهده هستند؛ البته بسیاری از افرادی که در زمینه ساخت گیفت‌های متحرک فعالیت می‌کنند، برای کاهش حجم چنین فایل‌هایی جزئیات آن‌ها را کمتر می‌کنند یا آن‌ها را با فریم ریت کمتری ایجاد می‌کنند.

استاندارد FPS مناسب برای ویدیوهای مختلف

بیشتر ویدیوها با FPS استاندارد 24 FPS ضبط می‌شوند و این میزان FPS برای اکثر ویدیوها ثابت است؛ اما در تمام مواردی که FPS باید نسبت به میزان استاندارد افزایش یا کاهش پیدا کند، تعیین میزان این پارامتر به نوع محتوایی که قصد دارید در فیلم نمایش دهید و افکت‌های موردنظرتان برای پیاده‌سازی و ترکیب آن‌ها با فیلم بستگی دارد. میزان‌ مناسب و استاندارد پارامتر FPS برای ویدیوهای مختلف به شرح زیر هستند:

• 24fps: فیلم‌ها، محتواهایی که قرار است به‌صورت آنلاین استریم شود (به دلیل ناپایداری سرعت اینترنت)، ویدیوهای مربوط به افراد در حال سخنرانی، مناظر و چشم‌اندازها و بازی‌های ویدیویی که سازنده آن‌ها قصد دارد، تصاویر آن‌ها سینمایی به نظر برسند.
• 30fps: برنامه‌های تلویزیونی زنده و بسیاری از برنامه‌های تلویزیونی دیگر با این میزان FPS ضبط می‌شوند تا کیفیت چنین ویدیوهایی و همچنین کیفیت ویدیوهای موجود در وبلاگ‌ها افزایش پیدا کند. رویدادهای ورزشی نیز با فریم ریت 30fps ضبط می‌شوند تا تمام حرکات با وضوح بالا و درست در همان زمانی که اتفاق افتاده‌اند و ضبط شده‌اند، نمایش داده شود. در پلتفرم‌های استریم ویدیو مثل یوتیوب و شبکه‌های اجتماعی نیز ویدیوها با ۳۰ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شوند.
• 50fps: این استاندارد فریم ریت در مواقعی استفاده می‌شود که بخواهیم در نمایشگرهای دارای سیستم رنگی PAL دو کادر را نمایش دهیم که در هردوی آن‌ها یک فریم از یک ویدیو در حال نمایش باشد. معمولاً برخی از دوربین‌های فیلم‌برداری HD 1080i ویدیوهای خود را با این استاندارد فریم ریت ضبط می‌کنند.
• 94fps: دوربین‌های فیلم‌برداری HD قابلیت ضبط تصاویر با این میزان فریم ریت را دارند. تصاویر ضبط‌شده با این استاندارد FPS تا میزان زیادی شبیه تصاویر ضبط‌شده با استاندارد ۶۰ FPS است. در زمان کنونی نیز بهترین روش برای ضبط تصاویر HD ضبط آن‌ها با فریم ریت ۵۹.۹۴ FPS است، مگر این‌که شما واقعاً بخواهید از استاندارد 60fps که با ویدیوهای NTSC سازگار است، استفاده کنید.
•  60fps: در حال حاضر ویدیوهای 4K زیادی با فریم ریت 60fps ساخته شده است و چنین ویدیوهای در حال تبدیل‌شدن به ویدیوهای معمول و متداولی هستند. رزولوشن 4K امکان استفاده از فریم ریت بالاتر را فراهم می‌کند که باعث می‌شود تصاویر با جزئیات فوق‌العاده بالا و بسیار نزدیک به واقعیت نمایش داده شوند. این میزان فریم ریت برای بازی‌سازی و همچنین در مواردی که می‌خواهید تصاویر اکشن دارای حرکت سریع کامل روان و بدون تاری نمایش داده شوند، گزینه کاملاً مناسبی است.
• 120fps یا بالاتر: این استاندارد برای ضبط ویدیوهای دارای حرکت آهسته یا به‌اصطلاح ویدیوهای «اسلوموشن» (Slow Motion) همچنین ضبط تصاویر مربوط به صحنه‌های دارای حرکات اکشن بسیار سریع مثل صحنه‌های مربوط به مبارزه، تیراندازی یا تصاویر بازی‌های ورزشی استفاده می‌شود. ساخت ویدیویی با فریم ریتی بالاتر از 120fps توسط فیلم‌سازی به‌ندرت اتفاق می‌افتد و ضبط تصاویر با این میزان فریم ریت نیازمند دوربینی پرسرعت است تا تصاویر ضبط‌شده در هنگام نمایش، روان واقعی به نظر برسند.

در مورد میزان فریم ریت در بازی باید بگوییم، اجرای بازی با FPS بالا، مزیت شاخص برای بازی محسوب می‌شود و در بازی‌های دارای ژانر تیراندازی اول‌شخص باعث می‌شود گیمر کنترل کاملی روی بازی داشته باشد و هدف گرفتن دشمنان برای او آسان‌تر باشد. در کل اجرای بازی با فریم ریت بالاتر تجربه بهتری را برای گیمر به ارمغان می‌آورد و بازی کاملاً روان اجرا می‌شود.

البته برای اجرای بازی‌های مدرن و سنگین با فریم ریت بالا، نیازمند استفاده از کارت گرافیک رده‌بالا و قدرتمندی هستید. چنانچه در کنار سیستمی با کارت گرافیک بالا از مانیتوری با نرخ رفرش بالا استفاده کنید، بازی کردن واقعاً لذت‌بخش می‌شود و بازی‌های هیجان‌انگیز و سریع را با بیشترین لذت را تجربه خواهید کرد

اگر قصد ساخت ویدیو را دارید، چنانچه از همان ابتدای کار مشخص کنید که چه نوع ویدیوی می‌خواهید تهیه کنید، انتخاب FPS مناسب راحت‌تر می‌شود. هر یک از استانداردهای FPS مزایا و معایب خاص خود را دارند؛ اما تمام آن‌ها بلااستثنا می‌توانند برای ایجاد ویدیوهای بسیار تأثیرگذار و فریبنده ابزار مفیدی باشند.

درصورتی‌که می‌خواهید ویدیویی که تهیه می کنید، افراد را کاملاً تحت تأثیر قرار دهد، بهتر از قبل است شروع کار کاملاً با مزایا و معایب و ویژگی‌های هر یک از استانداردهای FPS کاملاً آشنا شوید.

رابطه سرعت شاتر و میزان FPS با یکدیگر چگونه است؟

میزان فریم ریت با سرعت شاتر کاملاً مرتبط است این پارامتر می‌تواند میزان FPS را کاملاً تحت تأثیر قرار دهد. میزان سرعت شاتر باید دو برابر میزان فریم ریت باشد تا چشم انسان به بهترین شکل ممکن ویدیوی ساخته‌شده را درک کند؛ به‌عنوان‌مثال برای ساخت ویدیوی 30fps ، سرعت شاتر باید ۱/۶۰ (یک‌شصتم) ثانیه و برای ساخت یک ویدیوی 60fps باید ۱/۱۲۵ ثانیه باشد.

چنانچه سرعت شاتر (Shutter speed) برای فریم ریتی که قصد دارید ویدیو را بر مبنای آن بسازید، پایین باشد، ویدیوهای ساخته‌شده دارای تصاویر تار خواهد شد؛ به‌عنوان‌مثال درصورتی‌که قصد داشته باشید ویدیوی 30fps بسازید؛ اما سرعت شاتر دوربین شما تنها یک‌دهم ثانیه باشد، قطعاً تصاویر چنین ویدیویی تار می‌شوند , ویدیو هیچ جذابیتی نخواهد داشت و کاملاً مبهم می‌شود.

بالا بودن سرعت شاتر نسبت به فریم ریت موردنظر شما ما نیز تأثیر بسیار بدی بر خروجی نهایی خواهد گذاشت و باعث می‌شود درصورتی‌که تصاویر با تکنیک استپ موشن (Stop Motion) ضبط شده باشند، حرکات سوژه تصویر، ربات گونه نمایش داده می‌شود؛ به‌عنوان‌مثال چنانچه سرعت شاتر برای ضبط یک ویدیوی 30fps به میزان ۱.۱۲۵ ثانیه باشد، شاهد چنین اتفاقی هستیم.

منظور از تکنیک استپ موشن یک تکنیک انیمیشن‌سازی است که در آن سوژه موردنظر فریم به فریم حرکت داده می‌شود و پس از هر حرکت، تصاویر با دوربین ضبط می‌شوند. نمایش سریع این تصاویر پشت سر هم باعث می‌شود بیننده تصور کنند سوژه موردنظر به‌خودی‌خود در حال حرکت است.

دلیل استفاده از فریم ریت 24fps به‌عنوان فریم ریت استاندارد چیست؟

پیدایش فناوری‌های ادغام صدا در فیلم و هماهنگ کردن صدا و تصویر با یکدیگر و همچنین پیدایش برنامه‌های تلویزیونی باعث شد فریم ریت 24fps به‌عنوان فریم ریت استاندارد در نظر گرفته شود.

در ابتدای پیدایش صنعت فیلم‌سازی تلاش‌ها برای ادغام صدا در فیلم‌ها بی‌نتیجه بود؛ اما در اواخر دهه ۱۹۲۰ با اختراع دستگاه گرامافون و دستگاه‌های مشابه دیگر، هماهنگ کردن صدا در فیلم و به‌اصطلاح سینک کردن صدا در فیلم برای فیلم‌سازان هالیوود امکان‌پذیر شد.

هماهنگ شدن صدا و تصویر در سال ۱۹۲۷ با ساخت فیلم خواننده جاز (The Jazz Singer) آغاز شد و فیلم‌سازان از فریم ریت 16fps دوران فیلم‌های بی‌صدا به سمت استفاده از فریم ریت 24fps روی آوردند که بهترین فریم ریت برای درک صدا با حداقل میزان ممکن استفاده از فیلم دوربین بود.

سیستم رنگ NTSC و PAL و SECAM چه هستند و چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

با پیدایش تلویزیون فرمت فریم ریت ویدیوی آن تغییر کرد. با توجه به اینکه مانیتورها تصاویر را با نوردهی نمایش می‌دهند. میزان فریم ریت در هر ثانیه با تعداد تصاویر قابل اسکن در هر ثانیه تعریف می‌شود. دو روش برای اسکن کردن تصویر وجود دارد که شامل «اسکن پیشرونده» (progressive scanning) و «اسکن درهم‌تنیده» (Interlaced Scanning) می‌شود.

اسکن پیش‌رونده که تحت عنوان اسکن غیر درهم‌تنیده هم شناخته می‌شود، فرایندی است که در آن تمام خط‌های هر فریم به‌صورت متوالی و پشت سر هم ترسیم می‌شوند. روش اسکن پیشرونده به دلیل محدودیت پهنای باند سیگنال استفاده می‌شود.

روش اسکن درهم‌تنیده برای سیستم‌های آنالوگ قدیمی تلویزیون استفاده می‌شده است. در این روش ابتدا خطوط فرد تصویر و پس از آن خطوط زوج تصویر اسکن می‌شوند. زمانی که این دو تصویر «نیم فریم» با یکدیگر ترکیب می‌شوند، ویدیویی شبیه به ویدیوی کامل ایجاد می‌شود، ویدیوهایی که با این روش اسکن می‌شوند، با درج حرف i پس از رزولوشن آن‌ها مشخص می‌شوند (به‌عنوان‌مثال 1080i)

ویدیوهایی که با روش اسکن پیشرونده اسکن می‌شوند، با نمایش حرف p پس از رزولوشن ویدیو مشخص می‌شوند (به‌عنوان‌مثال 1080p)؛ مثلاً استفاده از عبارت 1080p 24 نشان می‌دهد که ویدیوی موردنظر دارای وضوح Full HD با رزولوشن ۱۹۲۰ در ۱۰۸۰ است که با روش اسکن پیشرونده و با ۲۴ فریم کامل در هر ثانیه اسکن می‌شود. نمایش عبارت 1080i 30 برای یک ویدیو نشان می‌دهد که تصویر Full HD با روش اسکن درهم‌تنیده و با ۶۰ نیم‌فریم ایجاد شده است. این دو نوع روش اسکن تصویر در سه نوع سیستم رنگی استفاده می‌شوند که به شرح زیر هستند:

• NTSC: در این سیستم رنگی تلویزیون آنالوگ که در حال حاضر در آمریکا، ژاپن و کانادا استفاده می‌شود، از روش اسکن درهم‌تنیده برای اسکن تصاویر استفاده می‌شود و تصاویر دارای این سیستم رنگی با ۲۹.۹۷ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شوند.
• PAL: در این سیستم رنگی که در کشورهای اروپایی استفاده می‌شود، تصاویر با ۲۵ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شوند.
• SECAM: در این سیستم رنگی که در چین، روسیه، پاکستان و سایر کشورها استفاده می‌شود، نیز تصاویر با ۲۵ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شوند.