Cosa sono i frame per secondo

Quando si riproduce un video su un dispositivo, viene utilizzata una sequenza di immagini in rapida successione per restituire l’idea del movimento.
Il termine frame per secondo (abbreviato fps) esprime il numero di immagini che appaiono sullo schermo in un secondo: all’occhio umano sono sufficienti 30 fps per avere l’illusione di una proiezione continua delle immagini. Al di sotto di questa soglia è possibile accorgersi dello “stacco” tra un’immagine (frame) e quella successiva.
Salendo con il valore dei frame per secondo si ottiene un video più fluido quindi molto più naturale.
Il valore dei frame per secondo è dunque il numero di frame che la scheda grafica può inviare al display ogni secondo.

Gli appassionati dei videogiochi utilizzano frequentemente il termine fps: un valore elevato non solo va ad impattare sull’esperienza di gioco quindi sulla resa della scena, ma permette di agire con maggiore precisione quando si deve puntare e sconfiggere un avversario.
Per controllare il frame rate ovvero il numero dei fotogrammi per secondo, è possibile premere in Windows 10 e 11 la combinazione di tasti Windows+G (Xbox Game Bar), fare clic sul pulsante Prestazioni in alto e infine controllare il valore FPS (la prima volta può essere necessario fare clic su Richiedi accesso quindi riavviare il PC per applicare la modifica).

Oltre alla Xbox Game Bar il conteggio in tempo reale dei fps è attivabile dal driver della scheda video NVidia o AMD, da un software come MSI Afterburner, dai client Steam, EA Origin e Ubisoft Connect.

Le telecamere, in movimento o ferme, funzionano secondo lo stesso principio: l’obiettivo si apre per un periodo di tempo, le informazioni sulla luce vengono raccolte dai fotorecettori e catturata un’immagine.
Nel caso di immagini in movimento, la sequenza viene tipicamente acquisita digitalmente tra 24 e 60 fps: le prestazioni ottenibili variano però notevolmente a seconda della qualità del sensore, della risoluzione utilizzata, del formato, del tipo di video e così via.
È importante tenere in considerazione il frame rate con cui una sequenza viene acquisita e il valore fps che si vuole ottenere in fase di riproduzione dello stesso contenuto.

Si prenda ad esempio i video in slow motion ovvero riprodotti al rallentatore: perché, ad esempio, nelle specifiche di uno smartphone si legge che può registrare video 4K a 60 fps ma in slow motion si spinge a 240 fps?
Acquisire una scena a 60 fps che deve poi essere visualizzata al rallentatore va bene solo se i movimenti dei soggetti sono limitati: non certo per le situazioni in cui c’è grande azione.
Più veloce è l’azione che si sta riprendendo, maggiore dovrebbe essere il frame rate in fase di acquisizione. Per ottenere video fluidi in super slow motion ci si dovrebbe orientare su 480 fps:

Frequenza di rallentamento = Frequenza fotogrammi di acquisizione / Frequenza fotogrammi di riproduzione

Se un video viene girato a 240 fps e riprodotto a 30 fps, il video viene rallentato di 8 volte.

Quando parliamo di monitor, generalmente usiamo il termine Hertz (Hz) con cui viene misurata la frequenza di refresh: 1 fps equivale a 1 Hz.

Differenze tra frame per secondo e frequenza di refresh

La frequenza di refresh esprime quante volte il monitor del PC o qualsiasi altro display può aggiornare l’immagine sullo schermo: abbiamo infatti anche visto che si può usare un TV come monitor.

Se la frequenza di refresh riguarda principalmente il monitor e il valore fps è principalmente correlato con la potenza della scheda grafica (GPU), i due concetti sono comunque tra loro correlati tanto che un valore influisce direttamente sull’altro e viceversa.

Prendendo in esame la scheda grafica di un PC, questa è chiamata ad esempio ad effettuare il rendering dei fotogrammi che compongono i videogiochi: più la GPU è potente, più il numero delle immagini generate può crescere e più il valore fps aumenta.
Il valore fps può risultare forzosamente limitato in determinate applicazioni, come nei giochi, per garantire che i frame rimangano coerenti.

La scheda grafica può però essere chiamata anche a decodificare un flusso multimediale, come quello di un video. Anche in questo caso la tipologia del flusso video e le abilità in fase di decodifica, permettono di ottenere un valore fps più alto.
Utilizzando un programma come VLC, aprendo un contenuto multimediale, avviandone la riproduzione, premendo CTRL+I quindi cliccando su Codificatore, si ottiene il numero di frame per secondo. Qui tale valore ovviamente non rispecchia le “potenzialità” del monitor e della scheda video ma indica le preferenze scelte in fase di campionamento e codifica.
Insieme con un bitrate e una risoluzione scelti in modo adeguato, il valore fps fa sì che si possa ottenere e veicolare un video di qualità.

Se la scheda grafica è la fonte di nuovi frame, il monitor ne è il destinatario: il valore fps risulta limitato a qualunque sia la frequenza di refresh del monitor.
Anche se la scheda grafica fosse in grado di gestire 144 fps, collegandovi un monitor che non può andare oltre i 60 Hz, il valore fps massimo ottenibile crollerà automaticamente a 60 fps: si tratta della situazione che porta al fenomeno conosciuto con il nome di screen tearing. In questi casi un singolo fotogramma visualizzato sullo schermo contiene informazioni provenienti da due o più fotogrammi evidenziando artefatti.

Le tecnologie VRR (Variable Refresh Rate) si occupano proprio di adattare dinamicamente la frequenza di aggiornamento del monitor ai segnali della scheda grafica evitando appunto fenomeni di screen tearing.

Ovviamente se si possiede una buona scheda grafica è essenziale assicurarsi che il monitor in uso non ne stia sprecando il potenziale. La stessa osservazione vale all’inverso: un monitor eccellente deve fungere da contraltare a una scheda grafica dello stesso livello. Ideale sarebbe provare a far corrispondere fps e Hz.

Anche il collegamento HDMI o DisplayPort è importante: i cavi HDMI 2.1 permettono ad esempio di trasferire video 10K a 120 fps. In un altro articolo vediamo le principali caratteristiche di DisplayPort e le differenze tra le varie versioni, ad oggi utilizzate prevalentemente in ambito informatico e non sul versante multimediale.