Fields en scan lines

Interlacing, scan lines en fields

Een PAL-film telt 25 frames per seconde. Toch is het in werkelijkheid niet zo eenvoudig. 

Een klassieke (PAL-)camera filmt 50 beelden per seconden en mixt ze tot 25 frames. De camera verdeelt het beeld in horizontale lijnen ( scan lines). Om het wat begrijpelijker te maken, kan je die lijnen best zien als een genummerde lijst. In het ene beeld registreert hij alle even lijnen, in het andere beeld alle oneven lijnen. 

Beide verzamelingen noemen we een veld ( field). Vervolgens mixt de camera het veld van de oneven lijnen met het veld van de even lijnen. Het eindresultaat is één beeldframe. Het vermengen van beide velden noemen we interlacing(25 interlaced frames, 25 fps).

Omdat er een minimaal tijdsverschil is tussen de opname van beide velden, zit er ook een minimale verschuiving tussen de beelden in beide velden. Op een beeldbuistelevisietoestel zorgen de interlaced/interweaved velden voor een vloeiender beweging. Op een computerscherm (bijvoorbeeld wanner je film monteert in videomontagesoftware) zorgen interlaced frames voor vervelende lijnen in het beeld.

Toen televisie aan zijn opmars begon, bleek analoge technologie niet in staat om aan die snelheid te filmen. Televisie was niet in staat om beelden met zo'n snelheid weer te geven. Interlacing is een oude, maar niettemin zeer slimme compressiemethode die de benodigde bandbreedte halveert.

Progressive scan

De huidige generatie camera’s en camerachips (in smartphones) filmen vaak in progressive mode. Ze maken geen gebruik van scan lines, maar filmen maar 12,5 frames per seconde! Bij weergave duurt elk beeld 2 frames. Zo kom je aan 25 fps!

Meer frames zijn niet altijd beter

‘Mijn smartphone kan films maken met 60 frames per seconde’, hoor ik soms wel eens iemand bluffen. So what?  

Bioscoopfilms tonen 24 non-interlaced/progressive frames per seconde. Dat is minder dan PAL en NTSC... en toch lijken de beelden vloeiend en helder. Zoals we eerder reeds zeiden, is film niet meer dan de illusie van beweging. Die illusie hangt dus niet noodzakelijk samen met de hoeveelheid frames per seconde.  

Onze hersenen ervaren vervaging in het beeld als vloeiend. Hoe scherper de beelden, hoe schokkeriger het aanvoelt. Wanneer je een dicht bewolkte hemel filmt met vrijwel stil hangende wolken, zal de kijker dit zelfs bij een lage beeldsnelheid als vloeiend ervaren. Oorzaak is dat er vrijwel geen scherpe randen in voorkomen en de verschillen tussen de opeenvolgende frames minimaal zijn. Wanneer je een potlood snel heen en weer beweegt voor je ogen, zie je die niet meer scherp, maar vaag. Onze hersenen ervaren het niettemin als een vloeiende beweging. Een film met 50 scherpe progressivebeelden zou je eerder als schokkerig ervaren dan een 24 fps-bioscoopfilm met wat blur(vervaging) op de beelden!

Flikkerende beelden

Onze ogen nemen de werkelijkheid vloeiend waar en delen die niet echt op in frames per seconde. Dit verklaart meteen waarom een filmbeeld en zeker een televisiebeeld kan flikkeren. Wanneer het ene frame het andere vervangt, is het scherm gedurende een fractie van een seconde even zwart. Aan 24 fps lijkt de film dan wel vloeiend (smooth), maar de 24 'verversingen' zorgen voor heel wat geflikker. De oplossing voor dit probleem lijkt op het eerste zicht nogal vreemd: de projector in de bioscoop toont/ververst elk frame 3 keer.

Hierdoor worden de zwarte overgangen iets korter en frequenter. Op die manier zie je in de bioscoopzaal films aan 72 fps... ook al zijn er in werkelijkheid maar 24 progressieve afbeeldingen. Een TV-scherm past diezelfde techniek toe. Hoe hoger de Hz of verversingsgraad ( refresh rate), hoe minder beeldflikker! Een TV van 100 Hz ververst zijn beeld 100 keer per seconde waardoor het geflikker nog nauwelijks zichtbaar is. Bovendien blijft een helder beeld een paar seconden op ons netvlies bestaan ( afterimage). Kijk maar eens even in een lamp en je ervaart meteen wat we bedoelen! Door die nabeelden winnen heldere beelden het van de zwarte beelden tussen de frames.  

Onderzoek heeft uitgewezen dat onze ogen een lichtflits van 1/220e van een seconde kunnen registreren. Wanneer je een tv-scherm van opzij bekijkt, valt het geflikker zelfs bij een hoge verversingsgraad nog op. Om een scherm volledig flikkervrij te maken moet het waarschijnlijk pulseren aan een 500e deel van een seconde.

Meer frames helpen enkel bij hogere verversingsgraad

Gameshebben er alle baat bij een monitor met een hoge verversingsgraad te gebruiken. Enkel dan zijn hoge framerates (hoge fps) zinvol. Een gaming-monitor haalt tegenwoordig 240 Hz.  

Bij standaard computergebruik volstaat 60 Hz. Wat betekent dit precies? Het zorgt ervoor dat je scherm 60 keer per seconde ververst. Indien dit niet zo was, zou je niet merken dat je je muiscursor verplaatst of zou je niet zie, dat er letters verschijnen als je een tekst intikt in een tekstverwerker.