Недавняя статья про такое понятие, как частота дискретизации в аудиозаписи, вызвала живейший отклик у наших читателей, памятуя о том, что как известно, «из всех искусств для нас важнейшим является кино». На этот раз мы решили разобраться с кадровой частотой, от начала и до конца.
От 16 и чаще
Мы не знаем, что было раньше — курица или яйцо, но перед кинематографом определенно была хронофотография. Она позволяла записывать движение какого-либо объекта при помощи фотосъемки его отдельных фаз через равные интервалы времени. Термин «хронофотография» впервые использован французским физиологом Этьеном-Жюлем Марэ, применившим эту технологию для изучения движения животных и птиц. Первый успешный опыт хронофотографии осуществил фотограф Эдвард Мэйбридж, нанятый для разрешения спора бывшего губернатора Калифорнии Леланда Стэнфорда с двумя любителями скачек Джеймсом Кейном и Фредериком Мак-Креллишем. Предметом пари на 25 тысяч долларов стал вопрос о том, отрывает ли лошадь во время галопа все четыре ноги от земли одновременно. К слову сказать, на техническое решение этого спора было потрачено в общей сложности 40 тысяч долларов. Наибольшую известность получила серия снимков 1879 года под названием «Леланд Стэнфорд-младший верхом на пони Джипси».
В кинематографе используется постоянная частота кадров, соответствующая определенному стандарту. Для немого кинематографа частота киносъемки и кинопроекции была выбрана Люмьером в 1896 году и составляла 16 кадров в секунду. Расход 35-мм кинопленки при этом составлял ровно 1 фут в секунду, облегчая расчеты. В те времена кинопроекторы оснащались примитивными стабилизаторами скорости, и проекция фильма часто происходила с частотой, превышающей частоту съемки. Эта частота выбиралась киномехаником самостоятельно, исходя из «темперамента» публики. Роль человека, вращавшего ручку кинопроектора, на заре кинематографа считалась не менее важной, чем роль создателей фильма: подбор темпа проекции также считался искусством. Для более спокойных зрителей выбиралась скорость 18–24 кадра в секунду, а для «живой» публики фильм ускорялся до 20–30 кадров в секунду. После окончания Первой мировой войны в европейских кинотеатрах наметилась тенденция показа фильмов с увеличенной частотой. Это объяснялось коммерческими соображениями кинопрокатчиков, стремившихся укоротить киносеансы и увеличить их количество. В некоторых случаях демонстрация происходила со скоростью более 50 кадров в секунду, совершенно искажая движение на экране. В Германии даже было выпущено специальное постановление полиции о недопустимости повышения частоты проекции выше стандартной. С появлением звукового кино стандартом стала частота 24 кадра в секунду, чтобы повысить скорость непрерывного движения кинопленки для получения необходимого частотного диапазона оптической фонограммы. Частота 24 кадра в секунду была стандартизирована консорциумом американских кинокомпаний в 1926 году, а шесть лет спустя Американская Академия киноискусства окончательно узаконила этот параметр, утвердив классический формат в качестве отраслевого стандарта. Частоты немой и звуковой киносъемки выбраны как технический компромисс между необходимой плавностью движения на экране, разумным расходом кинопленки и динамическими характеристиками механизмов киноаппаратуры. Скорости движения кинопленки определяют долговечность фильмокопии, наиболее приемлемую при частоте 24 кадра в секунду.
Современные стандарты
С точки зрения физиологии восприятие человеком движущегося изображения весьма вариативно. С одной стороны, видео с частотой 10–12 Гц уже может восприниматься как непрерывное, с другой — даже при частоте под сотню Гц человеческий глаз в состоянии порой различить отдельные кадры, всё зависит от целого ряда условий. Таким образом, 24 кадра — с одной стороны, значение весьма условное, с другой — мы очевидно привыкли к нему за последнюю сотню лет и оно воспринимается весьма органично. Тут, впрочем, следует различать такие понятия, как восприятие изображения в кадре и так называемое мерцание при их смене. Томас Эдисон экспериментальным путем вывел число 46 как минимально допустимое для устранения этого эффекта. Соответственно, в обтюраторе кинопроектора используется так называемая холостая лопасть, а иногда и две, зритель же в свою очередь видит на экране не 24 кадра в секунду, а 48 или 72, то есть каждый кадр повторяется дважды либо трижды. В телевидении для этих же целей при сохранении близкой к кинематографу кадровой частоты применяется чересстрочная развертка. Изображение целого кадра строится дважды — сначала четными строками, а затем нечетными. С появлением HDTV и в том числе более высоких кадровых частот стало возможным использовать и прогрессивную развертку.
С числом 24 более-менее разобрались, но откуда же взялись цифры 25 и 30 в телевизионных форматах PAL и NTSC? Вы не поверите, но из розетки! Кадровая частота телевидения изначально для упрощения конструкции приемника привязывалась (а именно, в точности соответствовала) к частоте местных электросетей. При этом дробная частота 23,976 кадра в секунду является нестандартной и используется при телекинопроекции для интерполяции в американские стандарты телевидения с частотой полукадров 59,94 Гц, которая в свою очередь была выбрана из-за технических особенностей модуляции цветовой поднесущей при появлении цветного телевидения стандарта NTSC.
Существуют разные мнения насчет необходимости повышения кадровой частоты кинематографического и телевизионного тракта, которые основываются на различных эстетических позициях. Тем не менее уже сегодня существуют кинематографические системы, предусматривающие удвоенные против обычных частоты киносъемки и кинопроекции, например, в кинотеатрах IMAX с поддержкой IMAX HD, а также в обычных кинозалах, оснащенных проекторами стандарта «Maxivision 48». Первым фильмом, снятым с частотой 48 кадров в секунду, стал «Хоббит: Нежданное путешествие». В 2022 году вышел фильм «Аватар 2», который имел частоту 60 Гц. В 2018 году на 75-м Венецианском кинофестивале был представлен фильм Виктора Косаковского «Акварель», снятый с частотой 96 кадров в секунду.
И последнее, но не по значению. В принципе, не столь важно, с какой именно кадровой частотой произведен просматриваемый вами видеоконтент, гораздо важнее — чтобы смотрели вы его с аналогичной частотой, а не пересчитанной в какую-то иную, в противном случае возникает крайне неприятный стробоскопический эффект, особенно заметный при горизонтальном панорамировании. Здесь всё происходит в полном соответствии со старейшим принципом медицинской этики — primum non nocere. И самое удивительное, что способностью сохранять исходные значения видеосигнала чаще обладает качественная, а не бюджетная техника, которая, наоборот, стремится его пересчитать и привести к единому знаменателю.
