سؤال كيف تكتب الكاميرات ذات معدل الإطار المرتفع بسرعة كبيرة؟


تسجيل في 1080p و 100000 FPS لمدة 1 ثانية في برنامج الترميز 422 يستخدم 90.2 غيغابايت من التخزين. (مصدر)

كيف تكتب الكاميرات فائقة السرعة إلى بطاقات SD بسرعة قياسية مثل 580.56 غيغابت في الثانية؟ قبل الكتابة ، تحتاج اللقطات أيضًا إلى التشفير / المعالجة! ما هي التقنية الكامنة وراء الكاميرات ذات معدل الإطار العالي جدًا التي يمكنها إدارة كميات هائلة من بيانات الصور؟ هل لديهم مخازن الذاكرة العملاقة؟


66
2017-07-15 19:53


الأصل


قمة مجموعة أجهزة الكمبيوتر يمكن الكتابة إلى ذاكرة الوصول العشوائي في 19.2 جيجابايت / ثانية، وهذا هو الأجهزة للأغراض العامة الجاهزة. لذلك قم بتفريغه إلى ذاكرة الوصول العشوائي غير المعالجة ثم خذ وقتك في حفظها. - RomanSt
يجب أن يتم نقل هذا إلى photo.SE؟ - dalearn
dalearn: إذا كان هناك أي شيء ، electronics.SE. كيف يمكن أن تكون ذاكرة التخزين المؤقت بهذه السرعة؟ (حول ذاكرة الوصول العشوائي / ذاكرة التخزين المؤقت نتائج المرجعي على IvyBridge متعددة النواة) كان هناك استقبالا جيدا هناك. - Peter Cordes
RomanSt: هذا لعصبة واحدة (أي قناة واحدة / وحدة تحكم في الذاكرة واحدة). أنظمة الكمبيوتر المكتبي / الكمبيوتر المحمول النموذجية هي أجهزة سطح المكتب ثنائية القناة ، ويمكن أن تكون أجهزة كمبيوتر سطح المكتب المتطورة ثلاثية أو رباعية القنوات. مثلا دون رفع تردد التشغيل ، عرض النطاق الترددي الأقصى للذاكرة النظري لوحدة المعالجة المركزية Intel مع DDR4-2400 (مثل القهوة بحيرة i3-8100) 37.5 جيجا بايت / ثانية. الإنتاجية العملية هي أقل إلى حد ما ، و يستغرق عدة النوى لتشبع عرض النطاق الترددي الدرهم. - Peter Cordes
قد يكون عرض النطاق الترددي للذاكرة في GPU مثالاً أفضل على ما يمكن فعله باستخدام DRAM ملحومًا على لوحة ، مع الكثير من القنوات ، والتي تم تحسينها من أجل الإنتاجية لأنماط الوصول التسلسلي. مثل GTX1080 مع 320 جيجابايت / ثانية من عرض النطاق الترددي من 8 جيجابايت من GDDR5X، أو 112GB / ثانية لميزانية GTX1050. وفي هذه الأيام هناك DRAM ثلاثي الأبعاد ، مثل HBM (en.wikipedia.org/wiki/High_Bandwidth_Memory) ما يصل إلى 256 جيجابايت / ثانية لكل حزمة. - Peter Cordes


الأجوبة:


ما هي التقنية الكامنة وراء كاميرات ذات معدل إطارات عالية قادرة على إدارة كميات هائلة من بيانات الصور؟

التسجيل في 1080p و 100،000 FPS

ليس في نفس الوقت:

إذا كنت تصور 1000000 إطار في الثانية ، فأنت تصوّر في صورة أحادية اللون بدقة 128 × 32. للحصول على دقة كاملة تبلغ 1280 × 800 ، يمكن تصويرها بسرعة 25،600 إطار في الثانية.

تستخدم هذه الكاميرات مجموعة من:

  • كميات كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي

    "يمكنك التصوير لمدة 7.6 ثانية بدقة كاملة مع خيار ذاكرة الوصول العشوائي 288 غيغابايت

  • بطاقات SSD المتخصصة

    "يمكن لـ CineMag تسجيل حوالي 1Gpixel / second مباشرة"

في ما يلي مثال واحد فقط عن كيفية القيام بذلك:

دعونا نلقي نظرة على كاميرا عالية السرعة حقيقية ، بدلا من مجرد   يتحدث في الملخص. هذا هو فانتوم v2512 ، والتي يمكن أن تطلق النار   بدقة تصل إلى 1280 × 800 ومعدل إطارات يصل إلى 1،000،000 إطار في الثانية   مع خيار خاص. ومع ذلك ، ليس كلاهما في نفس الوقت. إذا كنت   عند تصوير 1000،000 إطار في الثانية ، يمكنك تصوير أحادية اللون على 128 × 32   القرار. للحصول على دقة كاملة تبلغ 1280 × 800 ، يمكن تصويرها بسرعة 25،600   إطارا في الثانية. يدعون هذا هو أسرع كاميرا فيديو 1Mpixel على   سوق.

لذلك يمكن تصوير 25 غيغسل في الثانية. هذا لا يتم إرساله إلى SSD ،   ومع ذلك ، هذا يذهب إلى ذاكرة الوصول العشوائي. يمكنك طلب الكاميرا بسعة 72 جيجابايت ، و 144 جيجابايت ،   أو 288 غيغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ، بطبيعة الحال ، بعيدة ، أسرع بكثير من أي SSD.   يمكنك التصوير لمدة 7.6 ثانية بدقة كاملة مع ذاكرة الوصول العشوائي 288 غيغابايت   اختيار.

لفترة أطول ، إطلاق النار أبطأ ، أنها توفر SSD مصممة خصيصا ل   فيديو عالي السرعة ، CineMag IV. يمكن تسجيل CineMag مباشرة حول   1Gpixel / second ، بحيث يكون 1500 ميجابايت / ثانية. بالطبع ، بالنظر إلى أنهم كذلك   باستخدام SSD مخصص وليس وحدة جاهزة ، ليس هناك سبب ل   نتوقع أن تقتصر بالضرورة على سرعة تلك المستخدمة في   أجهزة إس إس دي قياسية جاهزة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية.

مصدر كيف تعالج كاميرات السرعة العالية غيغابايت من البيانات في مثل هذه السرعات القصيرة؟ - كورا


قراءة متعمقة


75
2017-07-15 20:19



كما أنها تشتمل على ASICs فائقة السرعة وعالية الجودة للقيام بضغط الفيديو وترميزه في الوقت الفعلي. لا تفكر في تسريع ترميز الفيديو المعجل بالأجهزة على المنشطات ، بل بدلاً من ذلك ، ترميز فيديو الأجهزة الحرفية الخالص. ربما يمثل "معالج" الفيديو أكثر من 20000 دولار من تكلفة الكاميرا وحدها. - qasdfdsaq
مثال على الإعداد الحقيقي واستخدام هذه SSDs ، يمكنك إلقاء نظرة على إعداد Linus Tech Tips. هذا (على الأرجح) ليس أفضل إعداد ، ولكنه مثال. - Ismael Miguel
فقط غير متأكد في ما هو 1500mb / s العالم سرعة الكتابة السريعة ل SSD الراقية. PM1725a، Samsung، WAY more than that and is "standard" datacenter SSD - لدي زوجين منها في الخوادم الخاصة بي. - TomTom
الاقتباس يقول 10،000 FPS لكن الأصل يقول 100،000 FPS (صغير جداً للتحرير). - Zackary
Zackary شكراً. ثابت. - DavidPostill♦


هذا ليس ما يحدث على الإطلاق.

كما يمكن مشاهدته بوضوح في الفيديو ، تتم عملية التسجيل بمعدل 120 كيلوبايت في الثانية 512 * 320 القرار ، وهو أقل من 8٪ من النطاق الترددي لـ 1080 بكسل. في 170 كيلوبايت في الثانية ، القرار هو فقط 256 * 256، ويتم تسجيل 340K مرة أخرى نصف هذا القرار ، والذي هو فقط 3 ٪ من النطاق الترددي الذي تتحدث عنه.
الفيديو النهائي على youtube هو 1080p، بالتأكيد، لكن مصدر الفيديوهات (على الأقل تلك السرعة العالية) لا يتم رفعها بعد الحقيقة.

لذلك ، في حين لا يزال ليس بالقصير، انها ليست تقريبا ما تعتقد أنه هو.

أصغر طراز من هذه الكاميرات يحتوي على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 72 جيجا ، وهي تصل إلى 288 جيجا بايت من ذاكرة الوصول العشوائي. بافتراض أدنى القرارات التي استخدمتها في الفيديو ، وأكبر نموذج من الكاميرا ، ستكون الكاميرا قادرة على تخزين حوالي 2 مليون إطار كامل الشاشة ، أو حوالي 5.8 ثانية من الفيديو في ذاكرة الوصول العشوائي مثل ذلك ، بحاجة إلى كتابة أي شيء من أي وقت مضى.
لكن هذا لا يفعل ذلك ، فإنه يخزن الإطارات التي هي 1/10 من هذا الحجم. لذلك ، يمكن أن تسجل دقيقة واحدة تقريبًا بدون كتابة أي شيء. أضف إلى ذلك وسيلة تخزين سريعة (والتي يمكن حتى للأجهزة الأرخص منها أن تأخذ 100 ميغابايت / ثانية في الوقت الحاضر ، وأرفع درجة هي أشبه بـ 1GB / s) ، وهناك القليل من المفاجأة في كيفية عملها.
لاحظ أنه بفضل الكتابة المتوازية ، حتى مع وجود وسيط بطيء لا يمكنه مواكبة الحفاظ على الكتابة إلى أجل غير مسمى ، يمكنك زيادة سعة التسجيل الإجمالية إلى حد كبير بحيث تكون غير محدودة فعليًا (لا تفعل أعلى ساعتين تسجيلات السرعة على أي حال).

أما بالنسبة للمعالجة / الضغط ، فإن ProRes 422 لا يمكن مقارنته بضغط الفيديو النموذجي. وهو عبارة عن فرط كيميائي خبيث بسيط ميت يتبعه DCT ، مقيد بشكل صارم في إطار واحد. لا تقدير الحركة ، والتنبؤ ، والإعتماد على interframe ، لا شيء من هذا القبيل. لذا فهو في الأساس نوع من الإطار الفردي JPEG ضغط ، والتي تم بحثها جيدا لمدة 25+ سنة ، و مواز محرج المشكلة ، والتي تكرس ، والأجهزة الرخيصة التي لديها تحويل كامل من الصعب السلكية متاح بسهولة. القيام بهذا الصيام ليس تحديا تقنيا. تخزين البيانات المضغوطة بنفس سرعة تخزين البيانات غير المضغوطة.


4
2017-07-16 12:11





كما ذكر ، RAM عالية السرعة. إذا لم يخفض هذا الخردل ، فيمكنك:

  • interleave RAMS عالية السرعة. على سبيل المثال ، يمكنك إرفاق ثمانية أو ستة عشر شريحة من ذاكرة الوصول العشوائي بالتوازي مع خرج المستشعر ، وإخبارهم بتخزين واحد تلو الآخر ، ثم الأول مرة أخرى ، بطريقة round robin. تحتاج ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) فقط إلى ثمانية أو ستة عشر. إذا لم يتمكنوا من معالجة البيانات التي تتغير بسرعة كبيرة أمام مدخلاتهم ، فقم بإضافة سجل سريع إضافي واحد كوسيط.

    هناك طريقة بديلة تتمثل في إظهار كل ثمانية أو ستة عشر أو أي ذاكرة وصول عشوائي (RAM) في نفس الوقت - ولكن ارتبك طول الأسلاك / الآثار المؤدية إليها ، لذلك تظهر البيانات التي كانت موجودة في أوقات مختلفة عند مدخل كل ذاكرة وصول عشوائي.

  • استخدم ذاكرة غير قابلة للعنونة ولكن بدلاً من ذلك يعمل بطريقة FIFO / طابور - وهذا لا يحتاج إلى عناوين معالجة على الإطلاق ، يمكنك فقط تسجيل البيانات في هذه الأجهزة بأسرع ما يمكن أن تتخذ ، حتى يخرج حرفياً من الطرف الآخر - إذا أنت بحاجة إلى مساحة أكبر تعلقها أكثر من هذه الأجهزة على الطرف الآخر. مرة واحدة قد حان الوقت لقراءة ذلك ، يمكنك القيام بذلك في سرعتك المفضلة.


1
2017-07-16 15:08



يتم تنفيذ fifo إما من خلال سجلات shift كبيرة أو تسجيل عنوان متزايد تغذية في وحدة فك ترميز عنوان. تعتبر سجلات Shift مساوية للغاية في مجال الطاقة والسيليكون (من حيث القيمة النسبية) مقارنةً بمفكك الشفرة. - ratchet freak