Como as câmeras de taxa de quadros ultra-alta escrevem tão rápido?

Question

Gravar em 1080p e 100.000 FPS por 1 segundo no codec ProRes 422 usa até 73,2 gigabytes de armazenamento. (SOURCE)

Como as câmeras de velocidade ultra-alta gravam em cartões SD em velocidades tão rápidas, como 580,56 gigabits por segundo? Antes de escrever, a filmagem também precisa ser codificada / processada! Qual é a tecnologia por trás das câmeras de taxa de quadros ultra-alta sendo capazes de gerenciar grandes quantidades de dados de imagem? Eles têm gigantescos buffers de memória?

    

Answer 1

Qual é a tecnologia por trás das câmeras de alta taxa de quadros capaz de gerenciar grandes quantidades de dados de imagem?

Recording at 1080p and 100,000 FPS

Não ao mesmo tempo:

If you’re shooting 1,000,000 fps, you’re shooting in monochrome at 128 x 32 resolution. For full-resolution of 1280 x 800, it can shoot at 25,600 fps.

Essas câmeras usam uma combinação de:

• grandes quantidades de RAM

  "Você pode fotografar por 7,6 segundos em resolução máxima com a opção de RAM de 288 GB

• cartões SSD especializados

  "Um CineMag pode gravar diretamente sobre 1Gpixel / segundo"

Aqui está apenas um exemplo de como isso é feito:

Let’s take a look at a real high-speed camera, rather than just speaking in the abstract. This is the Phantom v2512, which can shoot at resolutions up to 1280 x 800 and frame rates of up to 1,000,000 fps with a special option. However, not both at the same time. If you’re shooting 1,000,000 fps, you’re shooting in monochrome at 128 x 32 resolution. For full-resolution of 1280 x 800, it can shoot at 25,600 fps. They claim this is the fastest 1Mpixel video camera on the market.

So it can shoot at 25 Gpixels per second. That’s not sent to an SSD, however, that goes to RAM. You can order the camera with 72GB, 144GB, or 288GB of RAM. Dynamic RAM, of course, far, far faster than any SSD. You can shoot for 7.6 seconds at full resolution with the 288GB RAM option.

For longer, slower shooting, they offer an SSD custom-designed for high speed video, the CineMag IV. A CineMag can directly record about 1Gpixel/second, so that’s 1500MB/s. Of course, given that they’re using a custom SSD and not an off-the-shelf unit, there’s no reason to expect these to necessarily be limited to the speeds of those used in standard off-the-shelf SSDs for PCs.

Fonte Como fazer a alta velocidade câmeras processam gigabytes de dados em velocidades tão curtas? - Quora

Leitura Adicional

• O Fantasma CineMag & CineStation para a Câmera Digital de Alta Velocidade da Vision Research

Answer 2

Isso não é o que acontece.

Como pode ser visto claramente no vídeo, a gravação a 120k fps é feita com resolução 512 * 320 , que é inferior a 8% da largura de banda para 1080p. Com 170k fps, a resolução é de apenas 256 * 256 , e a gravação de 340k é feita novamente em metade da resolução, que é de apenas 3% da largura de banda da qual você está falando. O vídeo final no youtube é 1080p, com certeza, mas os vídeos source (pelo menos os de alta velocidade) não são, eles são aprimorados após o fato.

Então, enquanto ainda é bastante , não é quase o que você pensa que é.

O menor modelo dessas câmeras tem 72 GB de RAM, e eles chegam a 288 GB de RAM. Assumindo a menor das resoluções que eles usaram no vídeo, e o maior modelo da câmera, a câmera seria capaz de armazenar cerca de 2 milhões de quadros de croma completo, ou cerca de 5,8 segundos de vídeo na RAM assim, não precisa sempre escrever algo.
Mas o não faz isso, ele armazena quadros com cerca de 1/10 desse tamanho. Então, realmente, pode gravar quase um minuto sem nunca escrever algo. Acrescente a isso um meio de armazenamento rápido (dos quais até os mais baratos são capazes de receber 100 + MB / s hoje em dia, e de primeira qualidade é mais como 1GB / s), e não há surpresa alguma como isso poderia funcionar. Note que, graças a gravações paralelas, mesmo com uma mídia lenta que não consegue acompanhar as gravações indefinidamente, você pode aumentar muito a capacidade total de gravação, de modo que é virtualmente ilimitado (você não faz uma alta de 2 horas). gravações de velocidade de qualquer maneira).

Quanto ao processamento / compressão, o ProRes 422 não é comparável à compressão de vídeo típica. É um subamostramento de croma simples morto seguido por um DCT, estritamente restrito a um único quadro. Nenhuma estimativa de movimento, previsão, dependência entre quadros, nenhuma desse tipo. Então, basicamente, é um tipo de compactação JPEG sub-amostrada, que é bem pesquisada por mais de 25 anos , um problema embaraçosamente paralelo , e para o qual hardware dedicado e barato que tem toda a transformação hard-wired está prontamente disponível. Fazer isso rápido não é um desafio técnico. Armazenar dados compactados é tão rápido quanto armazenar dados não compactados.

    

Answer 3

Como mencionado, RAM de alta velocidade. Se isso não cortar a mostarda, você pode:

• intercalam RAMS de alta velocidade. Por exemplo, você conecta oito ou dezesseis chips de RAM em paralelo à saída do sensor, e pede que eles armazenem um após o outro, e depois o primeiro de novo, de forma round robin. As RAMs só precisam ser um oito ou um décimo sexto mais rápido. Se eles não puderem lidar com os dados mudando tão rápido na frente de suas entradas, adicione um registro extra rápido como intermediário.

  Uma maneira alternativa é estrobiar todos os oito ou dezesseis ou quantos RAMs todos ao mesmo tempo - mas escalonar o comprimento dos fios / traços que levam a eles, então os dados que eram atuais em momentos diferentes aparecem na entrada de cada um deles. RAM.

• Use memória que não é endereçável, mas que trabalhe em uma forma FIFO / queue - isso não precisa manipular endereços, você pode apenas sincronizar dados nesses dispositivos o mais rápido possível, até chegar literalmente do outro lado - se você precisar de mais espaço, basta conectar mais desses dispositivos ao outro lado. Quando chegar a hora de lê-lo, você poderá fazê-lo na velocidade que preferir.