Frame Rate คืออะไร ทำไมภาพเคลื่อนไหวจึงลื่นหรือกระตุก
Frame Rate คือจำนวนภาพนิ่งที่กล้องบันทึกหรือระบบแสดงผลต่อหนึ่งวินาที หน่วยที่ใช้คือ fps หรือ frames per second ยิ่งมีจำนวนเฟรมต่อวินาทีมาก การเคลื่อนไหวมักดูต่อเนื่องขึ้นและมีโอกาสเห็นจังหวะสำคัญได้ละเอียดกว่า แต่ต้องใช้เครือข่าย พื้นที่จัดเก็บ และกำลังประมวลผลเพิ่มขึ้นด้วย
การเลือกค่าให้เหมาะจึงไม่ใช่การตั้งตัวเลขสูงสุดทุกจุด ระบบที่ดูทางเข้า ห้องเก็บของ หรือพื้นที่ซึ่งแทบไม่มีการเคลื่อนไหวอาจใช้ค่าไม่สูงมากได้ ขณะที่จุดรับเงิน ประตูรถ หรือทางที่วัตถุเคลื่อนเร็วควรให้ความสำคัญกับความต่อเนื่องของภาพมากกว่า บทความนี้อธิบายวิธีพิจารณาตั้งแต่ต้นทางที่กล้องไปจนถึงการดูย้อนหลัง
Frame Rate คืออะไร และ FPS ใช้บอกค่าอย่างไร
วิดีโอเกิดจากภาพนิ่งหลายภาพแสดงต่อเนื่องกัน ค่า 15 fps หมายถึงมีภาพ 15 เฟรมในหนึ่งวินาที ส่วน 30 fps หมายถึงมีภาพ 30 เฟรมในช่วงเวลาเดียวกัน เมื่อวัตถุเคลื่อนผ่านมุมมอง ระบบ 30 fps จึงมีจังหวะระหว่างทางให้ตรวจสอบมากกว่า 15 fps
อย่างไรก็ตาม จำนวนเฟรมไม่ได้บอกความคมชัดของแต่ละเฟรมโดยตรง ภาพจะเห็นรายละเอียดมากน้อยเพียงใดยังขึ้นอยู่กับความละเอียด เลนส์ แสง ความเร็วชัตเตอร์ การบีบอัด และ Bitrate ด้วย จึงอาจพบว่าวิดีโอ 30 fps ดูลื่นแต่ใบหน้าหรือป้ายทะเบียนยังเบลอ หากกล้องใช้ชัตเตอร์ช้าในบริเวณแสงน้อย
จำนวนเฟรม
บอกว่าระบบเก็บหรือแสดงภาพกี่จังหวะในหนึ่งวินาที ค่าสูงช่วยให้ติดตามการเคลื่อนไหวได้ต่อเนื่องขึ้น
คุณภาพต่อเฟรม
ขึ้นอยู่กับความละเอียด แสง ชัตเตอร์ เลนส์ Bitrate และการบีบอัด ไม่ได้ขึ้นกับ fps เพียงอย่างเดียว
ความสามารถของทั้งระบบ
กล้อง เครือข่าย เครื่องบันทึก ฮาร์ดดิสก์ และจอแสดงผลต้องรองรับกระแสวิดีโอได้ตลอดเส้นทาง
ทำไมจำนวนเฟรมจึงทำให้ภาพลื่นหรือกระตุก
เมื่อจำนวนภาพต่อวินาทีน้อย ระยะเวลาระหว่างเฟรมจะห่างกัน วัตถุที่เคลื่อนเร็วอาจขยับไปไกลก่อนเกิดเฟรมถัดไป ผู้ชมจึงรับรู้เป็นการเคลื่อนไหวที่ขาดช่วง ผลจากการเพิ่ม Frame Rate คือระยะห่างระหว่างภาพแต่ละจังหวะลดลง การเดิน การหยิบของ หรือการเคลื่อนผ่านประตูจึงดูต่อเนื่องกว่า
ความลื่นกับความชัดเป็นคนละเรื่อง
อาการกระตุกเกิดได้ทั้งจากการตั้ง Frame Rate ต่ำและจากระบบส่งข้อมูลไม่ทัน หากต้นฉบับเป็น 25 fps แต่เครือข่ายติดขัดหรือเครื่องบันทึกประมวลผลไม่ไหว บางเฟรมอาจตกหล่นจนภาพที่ได้ไม่ต่อเนื่อง ในทางกลับกัน วิดีโอ 15 fps ที่รับส่งครบทุกเฟรมอาจดูสม่ำเสมอกว่าสตรีม 30 fps ที่มี Packet Loss
ส่วนภาพเบลอขณะวัตถุเคลื่อนมักสัมพันธ์กับความเร็วชัตเตอร์ ถ้าพื้นที่มืด กล้องอาจเปิดรับแสงนานขึ้นจนวัตถุทิ้งรอยในเฟรม แม้จำนวนเฟรมต่อวินาทีจะสูงก็ไม่ได้แก้ปัญหานี้ทั้งหมด ควรปรับแสง ชัตเตอร์ การลดนอยส์ และ WDR ควบคู่กันตามสภาพหน้างาน
หากเพิ่ม fps แล้วคนเดินยังเบลอ ลองตรวจค่าแสงและทดสอบภาพคนเดินตอนกลางคืน โดยดูเวลารับแสงร่วมด้วย
15, 20, 25 และ 30 fps ต่างกันอย่างไร
| ค่าที่ตั้ง | ลักษณะภาพโดยทั่วไป | งานที่มักเหมาะ | สิ่งที่ต้องแลก |
|---|---|---|---|
| 10 ถึง 15 fps | เห็นเหตุการณ์ต่อเนื่องพอสำหรับพื้นที่เคลื่อนไหวน้อย แต่อาจเห็นการก้าวเดินหรือวัตถุเร็วเป็นช่วง | ห้องเก็บของ ทางเดินที่ไม่พลุกพล่าน จุดที่เน้นตรวจว่ามีเหตุการณ์เกิดขึ้นหรือไม่ | ใช้ข้อมูลและพื้นที่น้อยกว่า แต่มีจังหวะให้เลือกดูย้อนหลังน้อยลง |
| 20 fps | สมดุลระหว่างความต่อเนื่องกับทรัพยากร เหมาะกับกิจกรรมทั่วไปที่ไม่เร็วมาก | สำนักงาน ร้านค้า และทางเข้าที่มีคนเดินเป็นระยะ | ต้องประเมิน Bitrate และพื้นที่มากกว่าค่าต่ำ |
| 25 fps | การเคลื่อนไหวต่อเนื่อง เหมาะกับระบบที่อ้างอิงมาตรฐานภาพ 50 Hz | จุดบริการ ประตูเข้าออก และพื้นที่ที่ต้องดูรายละเอียดของจังหวะการกระทำ | เครือข่ายและเครื่องบันทึกต้องรองรับพร้อมกันทุกช่อง |
| 30 fps | ภาพลื่นและมีจังหวะต่อวินาทีมาก เหมาะกับการเคลื่อนไหวเร็วหรือเหตุการณ์สั้น | ทางรถเข้า จุดรับเงิน สายการผลิต หรือพื้นที่ที่วัตถุเคลื่อนเร็ว | ใช้ทรัพยากรสูงขึ้นและยังต้องตั้งชัตเตอร์ให้เหมาะจึงจะหยุดภาพได้ชัด |
ตารางนี้เป็นแนวทางเริ่มต้น ไม่ใช่ค่าตายตัว ควรทดสอบจากภาพจริงในช่วงกลางวัน กลางคืน และเวลาที่พื้นที่มีการใช้งานสูง เพราะแสง ปริมาณการเคลื่อนไหว และความสามารถของอุปกรณ์แต่ละรุ่นส่งผลต่อผลลัพธ์
ควรใช้ Frame Rate เท่าไรในแต่ละพื้นที่
พื้นที่ที่มีการเคลื่อนไหวน้อย
ห้องเก็บของ ห้องอุปกรณ์ หรือทางเดินที่มีคนผ่านไม่บ่อยอาจเริ่มทดสอบที่ 10 ถึง 15 fps หากวัตถุประสงค์คือยืนยันว่ามีคนเข้าพื้นที่เมื่อใด ค่านี้ช่วยลดภาระการบันทึกได้ แต่ต้องทดลองดูว่าจังหวะเปิดประตู หยิบของ และการมองใบหน้ายังเพียงพอหรือไม่
สำนักงานและร้านค้าทั่วไป
พื้นที่ที่มีคนเดิน พูดคุย และหยิบจับสินค้าเหมาะกับช่วงประมาณ 15 ถึง 25 fps โดยพิจารณาร่วมกับมุมมองและระยะห่าง หากต้องการตรวจการส่งมอบสินค้า การรับเงิน หรือการเคลื่อนไหวของมือ ควรทดสอบค่าที่สูงขึ้นในจุดสำคัญแทนการเพิ่มทุกช่องเท่ากัน
ทางรถ จุดรับเงิน และวัตถุเคลื่อนเร็ว
บริเวณที่เหตุการณ์เกิดเร็วอาจต้องใช้ 25 หรือ 30 fps พร้อมชัตเตอร์ที่เร็วพอและแสงที่เหมาะสม สิ่งสำคัญคือระบบต้องรักษาค่าดังกล่าวได้ตลอดทาง เอกสารของ Axis อธิบายว่าการคงภาพเต็ม 25 หรือ 30 fps ต้องอาศัยความสามารถของกล้อง เครือข่าย เซิร์ฟเวอร์ และระบบจัดการวิดีโอร่วมกัน สามารถอ่านแนวทาง controlled full frame rate ของ Axisเพื่อดูปัจจัยในระดับระบบ
หลักเลือกที่ใช้งานได้จริง กำหนดค่าตามความเร็วของเหตุการณ์และรายละเอียดที่ต้องพิสูจน์ แล้วเพิ่มทรัพยากรให้เฉพาะจุดสำคัญ ไม่จำเป็นต้องตั้งทุกช่องสูงสุดเท่ากัน
Frame Rate ต่างจาก Resolution, Bitrate และ Shutter Speed อย่างไร
| ค่า | ควบคุมอะไร | ถ้าตั้งสูงขึ้น |
|---|---|---|
| Frame Rate | จำนวนภาพต่อวินาที | การเคลื่อนไหวต่อเนื่องขึ้นและใช้ข้อมูลมากขึ้นโดยทั่วไป |
| Resolution | จำนวนพิกเซลในแต่ละเฟรม | เห็นรายละเอียดมากขึ้นแต่เพิ่มภาระการประมวลผลและพื้นที่ |
| Bitrate | ปริมาณข้อมูลที่ใช้ส่งวิดีโอต่อเวลา | มีข้อมูลสำหรับรักษาคุณภาพมากขึ้น แต่ใช้เครือข่ายและพื้นที่มากขึ้น |
| Shutter Speed | เวลาที่เซนเซอร์รับแสงในแต่ละเฟรม | ชัตเตอร์เร็วช่วยลดภาพลาก แต่ต้องมีแสงเพียงพอ |
| Refresh Rate | จำนวนครั้งที่จอแสดงผลอัปเดตต่อวินาที | จอแสดงผลได้ถี่ขึ้น แต่ไม่สามารถสร้างเฟรมต้นฉบับที่กล้องไม่ได้บันทึกไว้ |
ถ้าต้องการลดไฟล์โดยยังรักษารายละเอียด ควรตรวจทั้งค่าบีบอัดและความแตกต่างระหว่าง H.264 กับ H.265 ข้อควรระวังเมื่อลด Frame Rate คืออาจประหยัดพื้นที่แต่สูญเสียจังหวะที่ต้องใช้เป็นหลักฐาน จึงควรทดลองดูเหตุการณ์จริงก่อนสรุปค่า
จำนวนเฟรมส่งผลต่อเครือข่ายและพื้นที่จัดเก็บอย่างไร
ผลที่มักตามมาจากการเพิ่ม Frame Rate คือ Bitrate และพื้นที่จัดเก็บเพิ่มขึ้น เพราะตัวเข้ารหัสต้องประมวลผลภาพบ่อยขึ้นและมีข้อมูลการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น ส่วนขนาดที่เพิ่มขึ้นไม่ได้เป็นสัดส่วนตายตัวเสมอไป เนื่องจากระบบ H.264 หรือ H.265 ใช้เฟรมอ้างอิงและบันทึกเฉพาะความเปลี่ยนแปลงบางส่วน ฉากนิ่งจึงอาจใช้ข้อมูลน้อยกว่าฉากที่มีคนหรือรถเคลื่อนตลอดเวลาแม้ตั้ง fps เท่ากัน
ก่อนเพิ่มค่าควรตรวจสี่ส่วนพร้อมกัน
- กำลังประมวลผลของกล้อง ความละเอียดสูง ฟังก์ชันวิเคราะห์ภาพ และหลายสตรีมอาจทำให้ค่าที่ส่งได้จริงต่ำกว่าสเปกสูงสุด
- เครือข่าย พอร์ต Uplink และสายเชื่อมต่อทุกช่วงต้องรองรับข้อมูลรวมในเวลาที่ฉากมีการเคลื่อนไหวมาก
- เครื่องบันทึก ตรวจ Bandwidth ขาเข้ารวม จำนวนช่อง และความสามารถถอดรหัสสำหรับการแสดงผลพร้อมกัน
- ฮาร์ดดิสก์ คำนวณจาก Bitrate จริง จำนวนช่อง ชั่วโมงบันทึก และจำนวนวันที่ต้องการเก็บ พร้อมเผื่อความผันผวนของ VBR
หากต้องวางระบบหลายช่อง สามารถดูเครื่องบันทึก NVR และขีดจำกัดแบนด์วิดท์ควบคู่กับSwitch Hub ตามจำนวนพอร์ตและความเร็วก่อนสรุปค่าในแต่ละสตรีม
วิธีตั้งค่าเฟรมเรตให้เหมาะกับการใช้งานจริง
- กำหนดสิ่งที่ต้องเห็น จุดเริ่มต้นของการตั้ง Frame Rate คือระบุว่าแต่ละจุดต้องดูเพียงการเข้าออก หรือต้องเห็นจังหวะมือ ใบหน้า ป้ายทะเบียน และวัตถุที่เคลื่อนเร็ว
- เริ่มจากค่ากลาง ทดลอง 15 หรือ 20 fps ในพื้นที่ทั่วไป และใช้ 25 หรือ 30 fps เฉพาะจุดที่เหตุการณ์เร็ว
- ทดสอบทั้งกลางวันและกลางคืน ให้คนเดิน วิ่ง หยิบของ หรือขับรถผ่านด้วยความเร็วใกล้เคียงการใช้งานจริง
- หยุดภาพทีละเฟรม ตรวจว่ามีจังหวะสำคัญเพียงพอและภาพแต่ละเฟรมไม่เบลอจนอ่านรายละเอียดไม่ได้
- ดูค่าที่เครื่องบันทึกรับจริง ไม่พิจารณาเฉพาะค่าที่ตั้งในกล้อง ตรวจเฟรมที่ได้รับ Bitrate และอาการเฟรมตกในช่วงโหลดสูง
- คำนวณพื้นที่หลังตั้งค่า ใช้ค่า Bitrate จากการทำงานจริงอย่างน้อยหลายช่วงเวลา แล้วเผื่อพื้นที่สำหรับวันที่มีการเคลื่อนไหวมาก
- บันทึกค่าของแต่ละจุด เก็บความละเอียด fps Bitrate ชัตเตอร์ และวัตถุประสงค์ไว้เพื่อไม่ให้การปรับภายหลังทำลายเงื่อนไขเดิม
หากต้องการให้บันทึกเฉพาะช่วงที่มีเหตุการณ์ การตั้ง Motion Detection ให้แม่นยำช่วยลดเวลาที่ต้องค้นหาภาพได้ แต่ไม่ควรใช้แทนการทดสอบจำนวนเฟรม เพราะระบบตรวจจับและคุณภาพของวิดีโอเป็นคนละส่วนกัน
ภาพยังสะดุดแม้ตั้งค่าไว้สูงควรตรวจอะไร
| อาการ | สาเหตุที่เป็นไปได้ | วิธีตรวจเบื้องต้น |
|---|---|---|
| ภาพสดลื่นแต่ดูย้อนหลังสะดุด | เครื่องบันทึกรับเฟรมไม่ครบ ฮาร์ดดิสก์เขียนข้อมูลไม่ทัน หรือโปรไฟล์บันทึกใช้ค่าต่ำกว่าภาพสด | เปรียบเทียบค่าของ Main Stream กับ Live Stream และตรวจบันทึกเหตุการณ์ของเครื่อง |
| ภาพทุกช่องสะดุดพร้อมกัน | Uplink เต็ม เครื่องบันทึกมีโหลดสูง หรือจอแสดงผลถอดรหัสหลายช่องไม่ไหว | เปิดดูทีละช่อง ตรวจ Bandwidth รวม และลดความละเอียดของสตรีมแสดงผลชั่วคราว |
| สะดุดเฉพาะช่วงกลางคืน | ชัตเตอร์ช้า การลดนอยส์สูง หรือ Bitrate ไม่พอกับนอยส์ในภาพ | เพิ่มแสง ทดสอบชัตเตอร์ และดูค่าการลดนอยส์โดยไม่เร่งทุกค่าในครั้งเดียว |
| สะดุดเมื่อดูจากนอกสถานที่ | ความเร็วอัปโหลดไม่พอ Latency หรือ Packet Loss | ทดสอบ Sub Stream ที่เบากว่าและเปรียบเทียบกับการดูในเครือข่ายเดียวกัน |
| ตั้ง 30 fps แต่รับได้ต่ำกว่า | กล้องลดประสิทธิภาพเมื่อเปิดความละเอียดหรือฟังก์ชันบางอย่าง หรือปลายทางจำกัดสตรีม | อ่านตารางสเปกรุ่นจริงและปิดฟังก์ชันเสริมชั่วคราวเพื่อแยกสาเหตุ |
ถ้าภาพหลุดหรืออุปกรณ์ขึ้นออฟไลน์ร่วมด้วย สิ่งที่ควรตรวจให้แน่ใจก่อนปรับ Frame Rate คือความเสถียรของเครือข่ายและไฟเลี้ยง สามารถใช้ลำดับตรวจอาการออฟไลน์เพื่อแยกสาย สวิตช์ IP และการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตทีละส่วน
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Frame Rate
คือจำนวนภาพนิ่งที่ระบบบันทึกหรือแสดงในหนึ่งวินาที ใช้หน่วย fps ค่า 25 fps จึงหมายถึง 25 ภาพต่อวินาที
ไม่เสมอ จำนวนเฟรมช่วยเรื่องความต่อเนื่อง แต่ความชัดของแต่ละเฟรมยังขึ้นอยู่กับความละเอียด แสง ชัตเตอร์ เลนส์ Bitrate และการบีบอัด
เพียงพอได้ในพื้นที่เคลื่อนไหวน้อยหรือใช้ตรวจเหตุการณ์ทั่วไป แต่ควรทดสอบวัตถุจริงและหยุดภาพดูว่ามีจังหวะสำคัญครบหรือไม่
ไม่มีตัวเลขเดียว เพราะขึ้นอยู่กับความละเอียด Codec Bitrate โหมด CBR หรือ VBR แสง และปริมาณการเคลื่อนไหว ควรดู Bitrate จริงหลังตั้งค่าแล้วคำนวณตามจำนวนช่องและวันที่ต้องการเก็บ
ไม่เหมือนกัน FPS บอกจำนวนเฟรมของวิดีโอ ส่วน Refresh Rate บอกความถี่ที่จออัปเดต จอ 120 Hz ไม่สามารถเติมรายละเอียดที่ต้นฉบับบันทึกไว้เพียง 15 fps ได้
อาจมีเฟรมตกจากเครือข่าย เครื่องบันทึกหรือจอถอดรหัสไม่ทัน โปรไฟล์ที่ใช้ดูต่างจากโปรไฟล์บันทึก หรืออุปกรณ์ทำงานได้ไม่ถึงค่าที่ตั้ง จึงต้องตรวจค่าที่ปลายทางได้รับจริง
สรุปการเลือกจำนวนเฟรมต่อวินาที
หลักในการเลือก Frame Rate คือเริ่มจากเหตุการณ์ที่ต้องการตรวจ ไม่ใช่เริ่มจากตัวเลขสูงสุด พื้นที่ทั่วไปอาจใช้ 15 ถึง 20 fps ได้อย่างสมดุล ส่วนจุดที่วัตถุเคลื่อนเร็วหรือต้องตรวจจังหวะละเอียดอาจใช้ 25 ถึง 30 fps จากนั้นต้องทดสอบชัตเตอร์ แสง Bitrate เครือข่าย เครื่องบันทึก และพื้นที่จัดเก็บร่วมกัน
หากกำลังเลือกอุปกรณ์ใหม่ ควรอ่านข้อจำกัดของแต่ละรุ่นที่ความละเอียดจริง เพราะข้อความ 30 fps ในสเปกอาจใช้ได้เฉพาะบางโหมด สามารถตรวจรุ่นและสเปกกล้อง IP Cameraเพื่อเปรียบเทียบก่อนวางจำนวนช่องและภาระของระบบ
