超高帧速相机如何如此快地写入?


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在ProRes 422编解码器中以1080p和100,000 FPS的速度录制1秒钟将占用73.2 GB的存储空间。(资源)

超高速相机如何以如此之快的速度(例如每秒580.56吉比特)写入SD卡?在写作之前,还需要对素材进行编码/处理!超高帧率相机能够管理大量图像数据的背后的技术是什么?他们有巨大的内存缓冲区吗?


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顶级PC可以以19.2 GB / s的速度写入RAM,这是现成的通用硬件。因此,将其转储到未经处理的RAM中,然后花点时间保存它。
RomanSt

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应该将其移到photo.SE吗?
dalearn '18

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@dalearn:如果有的话,电子学。 缓存怎么能这么快?(关于多核IvyBridge上的内存/缓存带宽基准测试结果)在那儿广受欢迎。
彼得·科德斯

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@RomanSt:那是一根棍子(即一个通道/一个内存控制器)。典型的台式机/笔记本电脑系统是双通道,高端台式机可以是三通道或四通道。例如,不进行超频,具有DDR4-2400的Intel CPU(例如Coffee Lake i3-8100)的理论最大内存带宽为37.5 GB / s。实际吞吐量略低,并且需要多个内核来饱和DRAM带宽
彼得·科德斯

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GPU内存带宽可能是将DRAM焊接到具有大量通道的板上的最佳示例,该通道针对顺序访问模式的吞吐量进行了优化。就像GTX1080具有320GB / s的带宽,来自8GB的GDDR5X或112GB / s的预算GTX1050。这些天来,有3D堆栈的DRAM,例如HBM(en.wikipedia.org/wiki/High_Bandwidth_Memory),每个包提供高达256 GB / s的速度。
彼得·科德斯

Answers:


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高帧率相机能够管理大量图像数据的背后的技术是什么?

以1080p和100,000 FPS录制

不能同时:

如果您以1,000,000 fps的速度拍摄,则以128 x 32分辨率以单色拍摄。对于1280 x 800的全分辨率,它可以25,600 fps的速度拍摄。

这些相机使用以下组合:

  • 大量的RAM

    “您可以使用288GB RAM选项以全分辨率拍摄7.6秒

  • 专用SSD卡

    “ CineMag可以直接记录大约1Gpixel / second”

这只是一个完成它的例子:

让我们看一看真正的高速相机,而不只是抽象地讲。这是Phantom v2512,它具有特殊选项,可以高达1280 x 800的分辨率和高达1,000,000 fps的帧速率进行拍摄。但是,不能同时使用两者。如果您以1,000,000 fps的速度拍摄,则以128 x 32分辨率以单色拍摄。对于1280 x 800的全分辨率,它可以25,600 fps的速度拍摄。他们声称这是市场上最快的1Mpixel摄像机。

因此它可以每秒25 G像素的速度拍摄。那没有发送到SSD,但是到RAM。您可以订购具有72GB,144GB或288GB RAM的相机。当然,动态RAM比任何SSD都快得多。您可以使用288GB RAM选项以全分辨率拍摄7.6秒。

为了获得更长,更慢的拍摄效果,他们提供了专为高速视频而定制的固态硬盘CineMag IV。CineMag可以直接记录大约1Gpixel / second,即1500MB / s。当然,考虑到他们使用的是自定义SSD,而不是现成的单元,因此没有理由期望它们必然会受限于PC的标准现成SSD的速度。

来源高速相机如何以如此短的速度处理千兆字节的数据?-Quora


进一步阅读


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它们还包括定制的超高速ASIC,可实时进行视频压缩和编码。不考虑类固醇上的硬件加速的硬件加速视频编码,而是纯文字硬件视频编码。仅摄像机的视频“处理器”成本就可能超过20,000美元。
qasdfdsaq '18年

这些SSD实际安装和使用的示例,您可以查看Linus Tech Tips的安装。(可能)不是最佳设置,但这只是一个例子。
伊斯梅尔·米格尔

1
只是不确定在哪个世界上1500mb / s是高端ssd的快速写入速度。三星PM1725a的功能远不止于此,这是“标准”数据中心SSD-我的服务器中有几个。
TomTom

1
报价中说的是10,000 FPS,但原来的报价是100,000 FPS(对于编辑而言太小了)。
Zackary

5

那根本没有发生。

从视频中可以清楚地看到,以512 * 320的分辨率完成120k fps的录制,该分辨率不到1080p带宽的8%。在170k fps下,分辨率仅为256 * 256,而340k录制又以该分辨率的一半完成,这仅是您所讨论的带宽的3%。
youtube上的最终视频当然是1080p,但是视频(至少是高速视频)却不是,事实上,它们已经被放大了。

因此,尽管它仍然是相当多的东西,但这几乎不是您认为的那样。

这些相机中最小的型号具有72GB的RAM,最高可存储288GB的RAM。假设他们在视频中使用的最低分辨率和最大的相机型号,那么相机将能够在RAM中存储约200万个全色度帧或约5.8秒的视频,需要写点东西。
但是它不这样做,它存储的帧大约是该大小的1/10。因此,实际上,它可以记录几乎一分钟而无需写任何内容。再加上快速的存储介质(如今,即使便宜的存储介质也能以100 + MB / s的速度运行,而一流的存储介质更像是1GB / s),并且它如何工作也就不足为奇了。
请注意,借助并行写入,即使使用慢速介质也无法完全无限期地维持写入,您仍可以大大增加总记录容量,因此几乎是无限的(您不必进行2小时的高强度处理,速度记录)。

至于处理/压缩,ProRes 422无法与典型的视频压缩相比。这是一个死的简单色度子采样,后跟DCT,严格限制为单个帧。没有运动估计,预测,帧间依赖性,这些都不是。所以基本上它是一种子采样单帧的JPEG压缩,这是精心研究了25年,一个尴尬的并行问题,并为这dedicdated,具有全变换廉价硬件的硬连线更是一应俱全。快速做到这一点不是技术挑战。存储压缩数据与存储未压缩数据一样快。


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如前所述,高速RAM。如果这样不能榨菜,您可以:

  • 交错高速RAMS。例如,您将八或十六个RAM芯片与传感器输出并行连接,并告诉它们一个接一个地存储,然后又以循环方式存储。RAM仅需要快八分之一或十六分之一。如果他们无法在输入之前如此快速地处理数据更改,请添加一个额外的快速寄存器作为中介。

    另一种方法是同时选通所有八个或十六个或更多个RAM,但错开通往它们的导线/走线的长度,因此在不同时间流过的数据会出现在每个RAM的输入处。

  • 使用不可寻址而是以FIFO /队列方式工作的内存-根本不需要处理地址,您可以将数据尽可能快地输入这些设备,直到字面意思是从另一端出来-如果您需要更多空间,只需将更多这些设备连接到另一端即可。时间到了,您可以按照自己喜欢的速度进行朗读。


fifo是通过大移位寄存器或馈入地址解码器的递增地址寄存器实现的。与地址解码器相比,移位寄存器在功率和硅空间(相对而言)上非常昂贵。
棘轮怪胎
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