Warum nehmen Digitalkameras keine Videos mit voller Sensorauflösung auf oder fahren kontinuierlich mit Videoframeraten?

Warum nehmen hochauflösende Kameras Standbilder mit hoher Auflösung auf, aber normalerweise nur Videos mit 1080p, was etwa 2 Megapixeln entspricht?

Zum Beispiel habe ich eine Sony-NEX 6, die Standbilder mit 16 Megapixeln aufnehmen kann, aber nur 1080p mal 1920p Video.

Wie trennen Digitalkameras die Bilder im Video, wenn sich der Objektivverschluss nie schließt?

Und wenn Sie Videos mit 30 fps oder 60 fps aufnehmen können, warum können Kameras dann keine kontinuierlichen Laufwerke mit 30 bis 60 fps haben?

Warum nehmen hochauflösende Kameras Standbilder mit hoher Auflösung auf, aber normalerweise nur Videos mit 1080p, was etwa 2 Megapixeln entspricht?

Zum Beispiel habe ich eine Sony-NEX 6, die Standbilder mit 16 Megapixeln aufnehmen kann, aber nur 1080p mal 1920p Video.

Es gibt mehrere Gründe, warum die meisten hochauflösenden Standbildkameras, die auch Videos aufnehmen, keine Videos mit derselben Auflösung produzieren und warum sie beim Aufnehmen von hochauflösenden Standbildern, die sie beim Aufnehmen von Videos verwenden, nicht die gleichen Bildraten beibehalten können.

• Das mit Abstand größte Problem ist die Datenmenge, die für einen bestimmten Zeitraum erstellt wurde. Da ein mit einer niedrigen Komprimierungsrate gespeichertes 20-Megapixel-JPEG in der Regel zehnmal so groß ist wie ein einzelnes 1080p-HD-Videobild und eine 20-Megapixel-RAW-Datei 2-3-mal so groß wie das JPEG, bedeutet dies, dass 20 bis 30 HD-Videobilder vorhanden sind sind ungefähr so ​​groß wie eine einzelne 20MP RAW-Datei. Anders ausgedrückt, Sie können HD-Videos im Wert von einer ganzen Sekunde auf demselben Speicherplatz wie EINE 20-Megapixel-RAW-Datei speichern.
• Die vom Sensor kommenden Daten müssen vom Prozessor der Kamera interpretiert werden. Wie bei allen anderen digitalen Prozessoren ist jede Kamera dadurch begrenzt, wie schnell die CPU die Zahlen verarbeiten kann. Eine 20-fache Erhöhung der Datenrate des Prozessors wäre unerschwinglich teuer und würde die Notwendigkeit von Kühlsystemen schaffen, die zu groß sind, um in ein DSLR-Gehäuse zu passen.
• Die aktuellen Schreibgeschwindigkeiten selbst der schnellsten UHS-1-SD-Karten und UDMA-8-CF-Karten konnten nicht mit einer Datenrate mithalten, die hoch genug war, um 30 fps von 20 MP RAW-Dateien aufzuzeichnen.
• Bei der Aufnahme von Standbildern halten die meisten Kameras an, um Dinge wie Fokus und Belichtung zwischen den einzelnen Bildern neu zu berechnen. Bei einer DSLR muss der Reflexspiegel zwischen den einzelnen Bildern hin- und herwechseln und das Objektiv zwischen den einzelnen Aufnahmen auf maximale Blende geöffnet werden. Die FF-DSLRs der höchsten Klasse können dies alles mit Bildraten von 10-12 fps! Kostengünstigere DSLRs schießen normalerweise mit 3-5 fps. Sie können dieses Tempo jedoch nur einige Sekunden lang beibehalten, bevor die Übertragungsrate all dieser Bits auf eine Speicherkarte sie dazu zwingt, auf das Löschen des Speicherplatzes im Pufferspeicher zu warten.

Wie trennen Digitalkameras die Bilder im Video, wenn sich der Objektivverschluss nie schließt?

Die Objektive Ihrer Sony NEX-6 haben keinen mechanischen Verschluss. Vor der Sensorbaugruppe im Kameragehäuse befindet sich ein mechanischer Verschluss mit zwei Vorhängen. Abhängig von den von Ihnen ausgewählten Einstellungen funktioniert es normalerweise wie der gleiche Verschlusstyp bei einer DSLR oder sogar einer alten Filmkamera, wenn Sie Standbilder aufnehmen. Die Pixelstellen auf Ihrem Sensor werden kurz vor dem Öffnen des ersten Vorhangs bis kurz nach dem Schließen des zweiten Vorhangs aktiviert. Die Zeitspanne, in der der Sensor eingeschaltet ist und Licht sammelt, kann etwas länger als die Blitzsynchronisationsgeschwindigkeit von 1/160 Sekunde bis zur maximalen Belichtungszeit von 30 Sekunden oder sogar länger sein, wenn der Lampenmodus verwendet wird.

Wenn Sie ein Video aufnehmen, bleibt der Verschluss geöffnet und die von jeder Pixelstelle gesammelte Lichtmenge wird in bestimmten Intervallen an den Prozessor ausgelesen. Der "Zähler" für jedes Pixel wird auf Null zurückgesetzt und das Pixel beginnt, die Anzahl der Photonen zu zählen das trifft es wieder. CMOS-Sensoren, die in 1080P aufzeichnen (das p steht für progressiv ), lesen nacheinander jede Pixelstelle von oben nach unten im Bild und beginnen dann für das nächste Bild oben von vorne. Ältere Standard Definition- und 720i-Kameras lesen die ungeradzahligen Zeilen von oben nach unten, gehen dann zurück und lesen die geradzahligen Zeilen (Das i in 720i steht für Interlaced). High-End-CCD-Sensoren lesen den gesamten Sensor zum gleichen Zeitpunkt, speichern diese Daten in einem On-Sensor-Puffer und sammeln mehr Licht, während die Daten aus dem vorherigen Bild an den Prozessor der Kamera gesendet werden.

Und wenn Sie Videos mit 30 fps oder 60 fps aufnehmen können, warum können Kameras dann keine kontinuierlichen Laufwerke mit 30 bis 60 fps haben?

Einige tun dies, aber alle Preise für Verbraucher sind begrenzt, wenn so hohe Bildraten auf niedrigere Auflösungen ähnlich der Auflösung von HD-Videos (30 fps) oder sogar auf eine niedrigere Auflösung (60 fps) aufgenommen werden, und sie sind auch auf Aufnahmen mit verbleibendem Verschluss beschränkt Öffnen, z. B. beim Aufnehmen von Videos oder Standbildern in der Live-Ansicht . Und wenn Sie 60 fps aufnehmen, sollten Sie sich auf Verschlusszeiten beschränken, die kürzer als 1/60 Sekunde sind. Tatsächlich machen diese Kameras nichts weiter als Videos aufzunehmen und jedes Bild als separate Datei zu speichern.

Datenraten, Datenraten, Datenraten. Ein hochauflösendes Foto von einem 24-Megapixel-Sensor ist beispielsweise 20 bis 30 MB roh oder 10 MB hochqualitatives JPEG. Wenn Sie so viele Bilder für Videos speichern würden, wären das 240 MB bis 720 MB pro Sekunde. Keine SD-Karte kann so schnell schreiben, und die Menge an Informationen, die von der Bildverarbeitungsschaltung verarbeitet werden müssten, ist noch lächerlicher.

Um eine Vorstellung von den Rohdatenraten zu geben, verfügt eine typische DSLR entweder über einen 12- oder einen 14-Bit-Sensor. Bei 14 Bit erzeugt eine 24-Megapixel-Kamera also 42 Megabyte Daten pro Frame, dh für 24-fps-Video Bildverarbeitungsschaltungen müssen in der Lage sein, mit der Verarbeitung über ein Gigabyte pro Sekunde Schritt zu halten. Das sind über 60 Gigabyte pro Minute oder 3,6 Terabyte pro Stunde. Bei 1080p-Videos müssen nur 1/12 dieser Informationen verarbeitet werden. 75 MB pro Sekunde sind weitaus einfacher zu verwalten und mit der Komprimierung kann diese Größe auf etwas Verwaltbares reduziert werden (und je größer die Rohdaten werden, desto schwieriger wird es, die Komprimierung auch in Echtzeit durchzuführen).

Es ist einfach nicht möglich, mit der erforderlichen Menge an Video Schritt zu halten oder diese zu speichern. Dies ist auch der Grund, warum der Burst-Modus selbst bei High-End-DSLRs nur 8 bis 11 fps ausführen kann und ihnen relativ schnell der Pufferplatz ausgeht (normalerweise innerhalb von 20 Aufnahmen oder so bei RAW-Aufnahmen).

Es gibt keinen guten Grund, warum Kameras bei Videos keine bessere Arbeit leisten können.

Aber zuerst eine Qualifikation: Ich spreche nicht davon, 20 MB 16-Megapixel-Bilder in voller Auflösung mit 60 FPS aufzunehmen, worauf die anderen Antworten hinweisen, dass dies derzeit schwierig / unmöglich ist.

Aber ich sehe keinen Grund, warum Kameras nicht in der Lage sein sollten, einen BESSEREN Job zu machen als jetzt, bei dem 60 FPS mit etwas Besserem als 1080p wie 1440p (2560 x 1440) aufgenommen werden. Oder Video mit einer Bildrate von mehr als 60 fps und einer angemessenen Auflösung. Das iPhone schießt 120 FPS mit 720p.

Und wenn wir das auf 30 MBit / s (<4 MB / s) komprimieren, sollten SD-Karten in der Lage sein, dies bequem zu handhaben. Telefone unterstützen ab sofort 4k-Videos, und der neue mobile SoC von Qualcomm übernimmt die 4k-Videokodierung. Daher ist dies keine schwierige Aufgabe. Und Standalone-Kameras haben normalerweise größere Batterien als ultradünne Telefone, sodass auch die Stromversorgung nicht die Einschränkung darstellt.

Mir wurde gesagt, dass iPhones leistungsstärkere Prozessoren als Standalone-Kameras haben, aber ich sehe keinen Grund, warum dies nicht verbessert werden kann. Der SoC im iPhone 5S kostet schätzungsweise nur 19 US-Dollar . Wenn Leute mehr als tausend Dollar für eine NEX mit Objektiven bezahlen, sind 19 Dollar ein unbedeutender Betrag mehr, wenn sie zu besseren Fähigkeiten führen.

Wie Sie besitze ich eine NEX, die mich viel Geld gekostet hat. Versteh mich nicht falsch, ich mag meine NEX und ich sage natürlich nicht, dass das iPhone insgesamt besser ist als die NEX für Fotografie; nur dass es in EINIGEN Dingen besser ist. Und ich sehe keinen eigentlichen Grund, warum die NEX nicht alles oder das meiste kann, was das iPhone 5s kann:

• Nehmen Sie 720p-Videos mit 120 FPS auf.

• Nehmen Sie Videos mit einer höheren Auflösung als 1080p auf.

• Nehmen Sie eine Reihe von Fotos auf und führen Sie sie in der Software zusammen , um das Rauschen zu reduzieren. Dies wird als Bildstapelung bezeichnet.

• Haben Sie einen Panoramamodus, der funktioniert. Der Panoramamodus der NEX, zumindest auf meiner NEX-5R, ist nutzlos. Es heißt, ich bewege meine Kamera zu schnell oder zu langsam oder nicht in einer perfekten Linie oder etwas anderem.

• Tippen Sie hier, um die Belichtung für einen bestimmten Teil der Szene festzulegen. Vielleicht unterstützt die NEX-5R dies, aber der Touchscreen ist so schlecht, dass es sich nicht lohnt, ihn zu verwenden.

Wieder ist mein Punkt nicht, dass die NEX scheiße ist (ich hätte es nicht gekauft, wenn das der Fall wäre), sondern dass es einige Dinge gibt, die das iPhone besser macht, und ich sehe diese nicht als intrinsische Kompromisse.

Wenn Sie über den Einbau eines APS-C-Sensors in eine Taschenkamera sprechen, ist dies wahrscheinlich vorerst ein inhärenter Kompromiss. Wenn Sie über die Herstellung eines 50-fach-Zoomobjektivs für eine APS-C-Sensorkamera zu einem angemessenen Preis, einer angemessenen Größe und einem angemessenen Gewicht sprechen, ist dies wiederum ein inhärenter Kompromiss. Aber ich weiß nicht, warum die oben genannten Dinge inhärente Kompromisse sind. Sie können mit Software und einem leistungsstärkeren Prozessor behoben werden. Wir sprechen nicht über grundlegende Einschränkungen der optischen Technik.

Meine Antwort auf Ihre Frage möchten Sie vielleicht nicht hören: Es gibt keinen Grund, warum (eigenständige) Kameras bei einigen Fragen, nach denen Sie fragen, bessere Arbeit leisten können.

Fußnoten:

1 Ja, die Verarbeitung der Ausgabe eines 16-Megapixel-Sensors (wie der in der NEX verwendeten) erfordert mehr Leistung als die Verarbeitung der Ausgabe eines 8-Megapixel-Sensors (wie der im iPhone verwendete), aber wir können sie leicht erhalten Um dies zu umgehen, lesen Sie nur einige Zeilen vom Sensor.

2 Ja, NEX-Benutzer erwarten eine bessere Qualität ihrer Videos, aber das Mindeste, was ich erwarten würde, ist, dass meine NEX mindestens das tut, was mein iPhone kann: 120 fps bei 720p bei vergleichbarer Qualität. Wenn es besser geht, toll, aber es sollte mindestens so gut sein wie mein iPhone. Die Aussage "Wir können keinen besseren Job machen als das iPhone, also versuchen wir nicht einmal, einen so guten Job wie das iPhone zu machen" ist nicht zu entschuldigen.

(Dank an Michael, der diese beiden Fragen aufgeworfen hat.)