Ка́дровая частота́, частота́ кадросме́н — количество сменяемых кадров за единицу времени в кинематографе, телевидении, компьютерной графике и т. д. Понятие впервые использовано фотографом Эдвардом Майбриджем, осуществлявшим эксперименты по хронофотографической съёмке движущихся объектов несколькими фотоаппаратами последовательно. Общепринятая единица измерения — герцы (кадры в секунду).
Кинематограф В кинематографе используется постоянная частота кадров, не изменяющаяся на протяжении всего фильма и соответствующая определённому стандарту. Для немого кинематографа частота киносъёмки и кинопроекции была выбрана Люмьером в 1896 году и составляла 16 кадров в секунду. Расход 35-мм киноплёнки при этом составлял ровно 1 фут в секунду, облегчая расчёты.
Во времена немого кинематографа кинопроекторы оснащались примитивными стабилизаторами скорости, и проекция фильма часто происходила с частотой, превышающей частоту съёмки. Эта частота выбиралась киномехаником самостоятельно, исходя из «темперамента» публики. Роль человека, вращавшего ручку кинопроектора, на заре кинематографа считалась не менее важной, чем роль создателей фильма: подбор темпа проекции также считался искусством. Для более спокойных зрителей выбиралась скорость 18—24 кадра в секунду, а для «живой» публики фильм ускорялся до 20—30 кадров в секунду. После окончания Первой мировой войны в европейских кинотеатрах наметилась тенденция показа фильмов с увеличенной частотой. Это объяснялось коммерческими соображениями кинопрокатчиков, стремившихся укоротить киносеансы и увеличить их количество. В некоторых случаях демонстрация происходила со скоростью более 50 кадров в секунду, совершенно искажая движение на экране. В Германии даже было выпущено специальное постановление полиции о недопустимости повышения частоты проекции выше стандартной.
С появлением звукового кино стандартом стала частота 24 кадра в секунду, чтобы повысить скорость непрерывного движения киноплёнки для получения необходимого частотного диапазона оптической фонограммы. Частота 24 кадра в секунду стандартизирована консорциумом американских кинокомпаний в 1926 году для новых систем звукового кинематографа: «Вайтафон» «Фокс Мувитон» и RCA Photophone. 15 марта 1932 года Американская Академия киноискусства окончательно узаконила этот параметр, утвердив классический формат в качестве отраслевого стандарта. Частоты немой и звуковой киносъёмки выбраны как технический компромисс между необходимой плавностью движения на экране, разумным расходом киноплёнки и динамическими характеристиками механизмов киноаппаратуры. Скорости движения киноплёнки определяют долговечность фильмокопии, наиболее приемлемую при частоте 24 кадра в секунду. Для замедления или ускорения движения на экране существует ускоренная (рапид) и замедленная или покадровая (цейтраферная) съёмки. Киносъёмка с частотой смены кадров, отличной от стандартной, позволяет наблюдать на экране процессы, невидимые глазом или привносит в кинофильм дополнительный художественный эффект.
В отличие от телевидения, кадровые частоты которого различаются в разных странах, в звуковом кинематографе частота 24 кадра в секунду является общемировым стандартом. Для некоторых телевизионных стандартов это вынуждает применять интерполяцию частоты при телекинопроекции. Главная причина неизменяемости стандарта частоты съёмки и проекции в кинематографе заключается в огромных технологических трудностях её изменения на киноплёнке при печати в разных форматах для различных киносетей. Всё многообразие кинематографических систем основано на общем стандарте частоты, поскольку это единственный параметр, не поддающийся трансформации при оптическом переводе из одной системы в другую. Попытки некоторых разработчиков изменить общепринятую частоту с 24 на 30 кадров в секунду, чтобы повысить частоту мельканий выше критической для широкого экрана, не увенчались успехом, и кинематографический формат Todd-AO, первоначально рассчитанный на такую частоту съёмки и проекции, был вскоре приведен к общему стандарту. Частота киносъёмки и проекции панорамных киносистем, первоначально составлявшая 26 кадров в секунду, в последних кинопостановках в этих форматах приведена к общемировому.
Возможность перевода стандартов появилась только с отказом от киноплёнки и развитием цифровых технологий кинопроизводства.
Не имели успеха некоторые форматы, рассчитанные на частоту в 48 и 60 кадров в секунду из-за большого расхода киноплёнки и технологических трудностей кинопроекции. Единственное исключение — некоторые стандарты 3D-кинопроекции, в которых используется удвоенная частота 48 кадров в секунду для проекции стереопары. При этом, для каждого глаза частота остается привычной — 24 кадра в секунду. В цифровом кинематографе частота кадров также принята во всем мире равной 24 кадра в секунду как наиболее соответствующая эстетике профессионального художественного кино и не требующая неприемлемых объёмов данных. Дробная частота 23,976 кадра в секунду является нестандартной и используется при телекинопроекции для интерполяции в американские стандарты телевидения с частотой 29,97 или 59,94 кадра в секунду. Все частоты киносъёмки, отличающиеся от 24 кадров в секунду, являются нестандартными и применяются в специальных случаях. Вместе с тем, попытки увеличить частоту съёмки и проекции для усиления эффекта присутствия, начавшиеся практически сразу после появления кинематографа, не прекращаются по сей день.
Частоты киносъёмки и кинопроекции В немом кинематографе частота проекции может не совпадать с частотой съёмки, поскольку в большинстве случаев зрителям не известно, с какой скоростью двигались объекты. Разница может достигать 25 %, а иногда — даже 50 %, не вызывая ощущения неестественности. В звуковом кинематографе совпадение этих частот обязательно из-за недопустимости искажения синхронной фонограммы. Основные стандарты кадровых частот приведены в списке: 16 — стандартная частота съёмки и проекции немого кинематографа; 18 — стандартная частота съёмки и проекции любительского формата «8 Супер»; 23,976 (24 × 1000 ÷ 1001) — частота телекинопроекции в американском стандарте разложения 525/60, применяемая для интерполяции без потерь; 24 — общемировой стандарт частоты киносъёмки и проекции звукового кинематографа; 25 — частота киносъёмки, применяемая при производстве телефильмов и телерепортажей для перевода в европейский стандарт разложения 625/50. Также использовалась в советской панорамной киносистеме «Кинопанорама»; 26 — частота съёмки и проекции панорамной киносистемы «Синерама»; 29,97002616 (30 × 1000 ÷ 1001) — точная кадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC; 30 — частота киносъёмки и проекции раннего варианта широкоформатной киносистемы «Тодд-AO»; 48 — частота съёмки и проекции кинематографических систем «IMAX HD» и «Maxivision 48»; 50 — частота полукадров европейского стандарта разложения. Используется в электронных камерах для ТВЧ; 59,94 (60 × 1000 ÷ 1001) — точная полукадровая частота цветного телевизионного стандарта NTSC и частота кадров некоторых стандартов ТВЧ; 60 — частота киносъёмки в американском стандарте ТВЧ и системе «Шоускан» ().
Телевидение В телевизионных стандартах частота кадров так же, как в кинематографе, выбрана постоянной.
Частота смены кадров в телевидении является частью стандарта разложения изображения и при его создании выбиралась исходя из уже существующей частоты смены кадров кинематографа, физиологических критериев, а также была привязана к частоте промышленного переменного тока. Физиологическим пределом заметности мерцания изображения при средних значениях его яркости считается частота в 48 Гц. В кинематографе для сдвига мерцаний выше физиологического предела с применяется холостая лопасть обтюратора кинопроектора, перекрывающая изображение одного неподвижного кадрика вторично. В телевидении для этих же целей при сохранении близкой к кинематографу кадровой частоты применяется чересстрочная развертка. Изображение целого кадра строится дважды — сначала чётными строками, а затем нечётными. Кроме того, кадровая частота телевидения изначально для упрощения конструкции приёмника привязывалась (а именно, в точности соответствовала) к частоте местных электросетей. В частности: Европейский стандарт разложения 625/50 передаёт 50 полукадров в секунду, соответствуя промышленному току с частотой 50 Гц. Американский стандарт 525/60 — 60 полукадров в секунду, совпадая по частоте с электросетями Северной Америки.
При этом, по понятной причине, работоспособными были только телеприёмники, питающиеся от того же первичного генератора, что и передатчик. В дальнейшем, при появлении в телесигнале специальных управляющих синхроимпульсов, равенство кадровой частоты и частоты питающего напряжения стало вредным, оно приводило к появлению медленно плывущих по экрану участков разной яркости и другим проблемам у первых поколений телевизионных приёмников.
С появлением цветного телевидения стандарта NTSC полукадровая частота была изменена с 60 на 59,94 Гц из-за технических особенностей модуляции цветовой поднесущей. Поэтому при телекинопроекции кадровая частота стала кратной — 23,976 Гц.
В разных телевизионных стандартах HDTV применяются чересстрочная и прогрессивная (построчная) развертки, поэтому изображение может передаваться как полями, так и целыми кадрами. Но в конечном счете, максимальная частота смены изображений по-прежнему равна 50 Гц в Европе и 60 Гц в странах, использующих американскую систему (США, Канада, Япония и т. д.).
Телекинопроекция кинофильмов в американских стандартах разложения, основанных на кадровой частоте 30 Гц (29,97 Гц), происходит с частотой, близкой к стандартной — 23,976 кадра в секунду и последующей интерполяцией 3:2.
В России при демонстрации старых фильмов, снятых на киноплёнку с частотой 24 кадра в секунду для адаптации их к частоте смены кадров в телевидении, их пропускают с частотой в 25 кадров в секунду, при этом фильм ускоряется на 4 %, что становится заметным по звуковому сопровождению, голоса становятся выше тоном.
Тот же процесс в европейских стандартах, основанных на кадровой частоте 25 Гц, происходит с этой частотой, незначительно ускоряя движение на экране. При этом фильм становится короче на 4 %, а частоты фонограммы повышаются на 0,7067 полутона.
В большинстве систем видеонаблюдения используется существенно пониженная частота кадров, поскольку их главной задачей является не качественная передача движения, а регистрация событий с максимальной длительностью при минимальном объёме информации.
В современных стандартах цифровой видеозаписи частота кадров может быть переменной в зависимости от темпа движения и интенсивности потока видеоданных. Переменная кадровая частота используется в некоторых медиаконтейнерах для более эффективного сжатия видео.
Чересстрочная и прогрессивная развёртки
В телевидении для обеспечения передачи плавности движения в условиях ограниченной полосы пропускания канала передачи видеосигнала каждый кадр последовательно передается двумя полями (полукадрами) — чётным и нечётным, что увеличивает частоту кадровой развёртки вдвое. Сначала передаются нечётные строки (1, 3, 5, 7 …), затем — чётные (2, 4, 6, 8 …). Такая развёртка называется чересстрочной. Исторически в аналоговом телевещании частота чересстрочной развёртки измеряется в полукадрах в секунду.
В компьютерных мониторах и в некоторых стандартах телевидения высокой четкости HDTV применяется построчная развёртка (), когда электронный луч проходит все строки по порядку (1, 2, 3, 4, 5…). В потоке стандартов DVB и Blu-ray Disc с разрешением Full HD стандарты разложения с прогрессивной развёрткой не используются в связи с ограничением ёмкости носителей и, соответственно, скорости потока видеоданных, а также с технологической сложностью декодирования. В этих случаях используются различные варианты стандарта 1080i, допускающие кадровые частоты 25 и 30 кадров в секунду с чересстрочной развёрткой.