Открыть сервисСервис

Кадр видео и видеоряд

Кадр видео — это отдельное неподвижное изображение, из последовательности которых формируется движущееся изображение в кино, на телевидении и в цифровых видеофайлах. В широком смысле под кадром понимают как единичное изображение (фотограмма), так и определённый фрагмент фильма, ограниченный монтажными склейками. Совокупность следующих друг за другом кадров, демонстрируемых с определённой частотой, создаёт у зрителя иллюзию непрерывного движения.

Физические основы восприятия

Движущееся изображение строится на инерции зрительного восприятия человека. Если неподвижные изображения сменяют друг друга достаточно быстро, мозг объединяет их в плавный поток. Минимальная частота, при которой смена кадров воспринимается как непрерывное движение, составляет около 16 кадров в секунду; стандартом кинематографа долгое время была частота 24 кадра в секунду, а для телевидения приняты 25 (PAL, SECAM) и 29,97 (NTSC) кадра в секунду.

Частота кадров

Частота кадров (frame rate) — ключевая характеристика видеоматериала, измеряемая в кадрах в секунду (fps, frames per second).

ЧастотаПрименение
24 fpsклассический кинематограф
25 fpsтелевидение PAL/SECAM, видео в России и Европе
29,97 fpsтелевидение NTSC
30 fpsинтернет-видео, запись с экрана
50–60 fpsспортивные трансляции, игровой контент
120 fps и вышезамедленная съёмка, научные исследования

Повышение частоты делает движение более плавным, но увеличивает объём данных. Понижение, напротив, придаёт изображению прерывистость, которая иногда используется как художественный приём.

Разрешение кадра

Разрешение определяет количество пикселей в одном кадре по горизонтали и вертикали. Исторически сложились стандарты:

  • SD (Standard Definition) — 720×576 (PAL) или 720×480 (NTSC);
  • HD — 1280×720 (720p) и 1920×1080 (1080p);
  • 4K UHD — 3840×2160;
  • 8K UHD — 7680×4320.

Чем выше разрешение, тем больше деталей содержит каждый отдельный кадр, но тем выше требования к пропускной способности канала и вычислительным ресурсам.

Кадр в кино и на телевидении

В кинопроизводстве термин «кадр» имеет два значения. Во-первых, это фотографический кадр на киноплёнке — одно изображение, получаемое за один цикл работы обтюратора. Во-вторых, это монтажный кадр — непрерывный отрезок плёнки между двумя склейками, снятый одним планом. Режиссёр выстраивает композицию кадра, выбирает крупность плана (общий, средний, крупный), ракурс и движение камеры.

Крупность плана — важнейшее выразительное средство:

  • дальний и общий план показывают место действия и персонажа целиком;
  • средний план охватывает человека до пояса;
  • крупный план концентрирует внимание на лице или детали;
  • деталь выделяет отдельный предмет.

Цифровое представление

В цифровом видео каждый кадр представляет собой растровое изображение, разбитое на пиксели. Цвет пикселя кодируется в одной из цветовых моделей — чаще всего YCbCr, где яркость (Y) отделена от цветоразностных компонент (Cb, Cr). Такое разделение позволяет эффективнее сжимать данные, поскольку человеческий глаз менее чувствителен к цветовым деталям, чем к яркостным.

Сжатие и межкадровое кодирование

Хранение всех кадров в несжатом виде требует огромных объёмов памяти. Поэтому в видеокодеках (H.264, H.265, VP9, AV1) применяется сжатие с использованием избыточности как внутри кадра, так и между кадрами. Выделяют три основных типа кадров:

  • I-кадр (intra, ключевой) — сжимается независимо, содержит полное изображение;
  • P-кадр (predicted) — предсказывается по предыдущим кадрам;
  • B-кадр (bidirectional) — предсказывается как по предыдущим, так и по последующим кадрам.

Ключевые кадры служат опорными точками: с них начинается декодирование и по ним выполняется перемотка. Частота их следования влияет на качество и размер файла.

Кадр как единица монтажа и анализа

В монтаже кадр — минимальная единица построения сцены. Последовательность кадров, объединённых единством места, времени и действия, образует сцену; сцены складываются в эпизоды, а те — в фильм. Теоретики кино (Лев Кулешов, Сергей Эйзенштейн, Всеволод Пудовкин) разработали учение о монтаже, показав, что смысл возникает из сопоставления кадров. Эффект Кулешова демонстрирует, что одно и то же лицо воспринимается по-разному в зависимости от следующего за ним кадра.

Извлечение и использование кадров

Из видеофайла можно извлечь отдельные кадры — эта операция называется экстракцией. Она применяется для:

  • создания превью и миниатюр (thumbnail);
  • раскадровки (storyboard) и анализа монтажа;
  • судебной и технической экспертизы видеозаписей;
  • машинного зрения и обучения нейросетей;
  • реставрации и архивирования киноматериалов.

Для извлечения кадров используются программы видеомонтажа, консольные утилиты (например, FFmpeg) и специализированные библиотеки (OpenCV).

Смежные понятия

С кадром тесно связаны понятия видеопотока (последовательность кадров во времени), таймкода (точная привязка кадра к моменту времени), интерлейсинга (чересстрочной развёртки, при которой кадр делится на два поля) и прогрессивной развёртки. В аналоговом телевидении кадр состоял из двух полукадров (полей), что позволяло вдвое повысить частоту обновления без расширения полосы канала.

Значение

Кадр — базовая единица любого экранного произведения. От качества отдельного кадра, его композиции, резкости и цветопередачи зависит восприятие всего видеоматериала. В цифровую эпоху понятие кадра сохранило центральное место в производстве, обработке, хранении и анализе видео, а также стало ключевым для алгоритмов компьютерного зрения и систем автоматического распознавания изображений.

Источники: учебные пособия по кино- и видеотехнике, стандарты MPEG и ITU-T по видеокодированию, техническая документация FFmpeg, работы по теории киномонтажа Л. Кулешова и С. Эйзенштейна.

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru