Wie schreiben Kameras mit extrem hoher Bildrate so schnell?

Welche Technologie steckt hinter Kameras mit hoher Bildrate, die in der Lage sind, riesige Bilddatenmengen zu verwalten?

Aufnahme bei 1080p und 100.000 FPS

Nicht gleichzeitig:

Wenn Sie 1.000.000 Bilder pro Sekunde aufnehmen, wird in Monochrom mit einer Auflösung von 128 x 32 aufgenommen. Bei einer vollen Auflösung von 1280 x 800 können Bilder mit 25.600 Bildern pro Sekunde aufgenommen werden.

Diese Kameras verwenden eine Kombination aus:

• große Mengen an RAM

  "Mit der 288-GB-RAM-Option können Sie 7,6 Sekunden bei voller Auflösung aufnehmen

• spezielle SSD-Karten

  "Ein CineMag kann direkt ungefähr 1Gpixel / Sekunde aufnehmen."

Hier ist nur ein Beispiel, wie es gemacht wird:

Schauen wir uns eine echte Hochgeschwindigkeitskamera an, anstatt nur abstrakt zu sprechen. Dies ist der Phantom v2512, der mit einer speziellen Option Auflösungen von bis zu 1280 x 800 und Bildraten von bis zu 1.000.000 Bildern pro Sekunde aufnehmen kann. Allerdings nicht beide gleichzeitig. Wenn Sie 1.000.000 Bilder pro Sekunde aufnehmen, wird in Monochrom mit einer Auflösung von 128 x 32 aufgenommen. Bei einer vollen Auflösung von 1280 x 800 können Bilder mit 25.600 Bildern pro Sekunde aufgenommen werden. Sie behaupten, dass dies die schnellste 1-Megapixel-Videokamera auf dem Markt ist.

So können 25 Gpixel pro Sekunde aufgenommen werden. Das wird nicht an eine SSD gesendet, sondern geht an RAM. Sie können die Kamera mit 72 GB, 144 GB oder 288 GB RAM bestellen. Dynamisches RAM natürlich viel schneller als jede SSD. Mit der 288-GB-RAM-Option können Sie 7,6 Sekunden bei voller Auflösung aufnehmen.

Für längere und langsamere Aufnahmen bieten sie eine speziell für Hochgeschwindigkeitsvideos entwickelte SSD, die CineMag IV. Ein CineMag kann direkt etwa 1 Gpixel / Sekunde aufnehmen, also 1500 MB / s. In Anbetracht der Tatsache, dass sie eine benutzerdefinierte SSD verwenden und keine Standardeinheit, gibt es keinen Grund zu erwarten, dass diese notwendigerweise auf die Geschwindigkeit beschränkt ist, die in Standard-Standard-SSDs für PCs verwendet wird.

Quelle Wie verarbeiten Hochgeschwindigkeitskameras Gigabytes von Daten bei so kurzen Geschwindigkeiten? - Quora

Lesen Sie weiter

• Die Phantom CineMag & CineStation für die digitale Hochgeschwindigkeitskamera von Vision Research

Das passiert überhaupt nicht.

Wie im Video deutlich zu erkennen ist, erfolgt die Aufnahme bei 120 kfps mit einer Auflösung von 512 * 320, was weniger als 8% der Bandbreite für 1080p beträgt. Bei 170k fps beträgt die Auflösung nur 256 * 256, und die 340k-Aufzeichnung erfolgt mit der Hälfte dieser Auflösung, was nur 3% der Bandbreite entspricht, von der Sie sprechen.
Das fertige Video auf youtube ist 1080p, sicher, aber die Quelle Videos (zumindest die Hochgeschwindigkeits sind) sind nicht, sind sie nach der Tat hochskaliert.

Es ist zwar noch ziemlich viel, aber es ist nicht annähernd so, wie Sie denken.

Das kleinste Modell dieser Kameras verfügt über 72 GB RAM und bis zu 288 GB RAM. Unter der Annahme, dass die niedrigste Auflösung, die sie im Video verwendet haben, und des größten Kameramodells angenommen wird, könnte die Kamera etwa 2 Millionen Voll-Chroma-Frames oder etwa 5,8 Sekunden Video im RAM speichern. Nein Müssen immer etwas schreiben.
Das tut es aber nicht, es speichert Frames, die etwa 1/10 dieser Größe sind. Also wirklich, es kann fast eine Minute aufnehmen, ohne etwas zu schreiben. Dazu kommt noch ein schnelles Speichermedium (von dem sogar die billigsten derzeit mehr als 100 MB / s aufnehmen können und erstklassig sind eher 1 GB / s), und es ist wenig überraschend, wie es funktionieren könnte.
Beachten Sie, dass dank paralleler Schreibvorgänge selbst mit einem langsamen Medium, das nicht mithalten kann, die Schreibvorgänge unbegrenzt aufrecht erhalten werden können, die Gesamtaufzeichnungskapazität stark erhöht werden kann, so dass sie praktisch unbegrenzt ist (Sie haben keine 2-Stunden-Laufzeit). Geschwindigkeitsaufzeichnungen trotzdem).

In Bezug auf die Verarbeitung / Komprimierung ist ProRes 422 nicht mit einer typischen Videokomprimierung vergleichbar. Es handelt sich hierbei um ein unkompliziertes Chroma-Subsampling gefolgt von einer DCT, die streng auf einen einzelnen Frame beschränkt ist. Keine Bewegungsschätzung, Vorhersage, Interframe-Abhängigkeit, nichts dergleichen. Im Grunde handelt es sich also um eine Art von JPEG- Komprimierung mit Einzelbild-Einzelbildern, die seit über 25 Jahren gut erforscht ist, ein peinlich paralleles Problem, für das dedizierte, preiswerte Hardware verfügbar ist, die die gesamte Transformation fest verdrahtet hat. Dies schnell zu machen, ist keine technische Herausforderung. Das Speichern komprimierter Daten ist genauso schnell wie das Speichern unkomprimierter Daten.

Wie erwähnt, Hochgeschwindigkeits-RAM. Wenn das den Senf nicht schneidet, können Sie:

• verschachteln Hochgeschwindigkeits-RAMS. ZB befestigen Sie acht oder sechzehn RAM-Chips parallel an den Sensorausgang und fordern Sie sie auf, nacheinander zu speichern, dann den ersten, Round-Robin-Modus. Die RAMs müssen nur um ein Acht oder ein Sechzehntel so schnell sein. Wenn die Daten nicht so schnell vor den Eingaben geändert werden können, fügen Sie ein zusätzliches schnelles Register als Vermittler hinzu.

  Eine Alternative ist, alle acht oder sechzehn oder auch viele RAMs gleichzeitig zu spulen - aber die Länge der zu ihnen führenden Drähte / Leiterbahnen ist versetzt, so dass Daten, die zu verschiedenen Zeiten aktuell waren, am Eingang jedes RAM erscheinen.

• Verwenden Sie Speicher, der nicht adressierbar ist, sondern in einer FIFO- / Warteschlangen-Art arbeitet. Dazu müssen Sie keine Adressen bearbeiten. Sie können die Daten in diese Geräte so schnell wie möglich takten, bis sie buchstäblich das andere Ende erreichen - falls dies der Fall ist Sie benötigen mehr Speicherplatz, indem Sie einfach weitere Geräte an das andere Ende anschließen. Sobald es Zeit ist, es auszulesen, können Sie es mit Ihrer bevorzugten Geschwindigkeit tun.