Частота обновления , также известная как частота вертикального обновления или частота вертикальной развертки в терминологии, используемой в электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), представляет собой количество раз в секунду, когда растровое устройство отображения отображает новое изображение. Это не зависит от частоты кадров , которая описывает, сколько изображений сохраняется или генерируется каждую секунду устройством, управляющим дисплеем. На ЭЛТ-дисплеях более высокая частота обновления приводит к меньшему мерцанию , тем самым снижая нагрузку на глаза. В других технологиях, таких как жидкокристаллические дисплеи , частота обновления влияет только на то, как часто потенциально может обновляться изображение. [1]
Нерастровые дисплеи могут не иметь характерной частоты обновления. Например, векторные дисплеи отслеживают не весь экран, а только фактические линии, составляющие отображаемое изображение, поэтому скорость обновления может отличаться в зависимости от размера и сложности данных изображения. [2] Для компьютерных программ или телеметрии этот термин иногда применяется к тому, как часто данные обновляются новым внешним значением из другого источника (например, общей общедоступной электронной таблицы или аппаратного канала).
Хотя все устройства растрового отображения имеют характерную частоту обновления, физическая реализация различается в зависимости от технологии.
ЭЛТ с растровым сканированием по своей природе должны обновлять экран, поскольку их люминофоры тускнеют, и изображение быстро исчезает, если его не обновлять регулярно.
В ЭЛТ скорость вертикального сканирования — это количество раз в секунду, когда электронный луч возвращается в верхний левый угол экрана, чтобы начать рисовать новый кадр. [3] Он управляется сигналом гашения вертикальной развертки , генерируемым видеоконтроллером , и частично ограничивается максимальной скоростью горизонтальной развертки монитора .
Частоту обновления можно рассчитать на основе частоты горизонтальной развертки, разделив частоту развертки на количество горизонтальных линий плюс некоторое время, необходимое для возвращения луча наверх. По соглашению это множитель 1,05x. [4] Например, монитор с частотой горизонтальной развертки 96 кГц при разрешении 1280 × 1024 дает частоту обновления 96 000 ÷ (1024 × 1,05) ≈ 89 Гц (округляя вниз).
Частота обновления ЭЛТ исторически была важным фактором при программировании видеоигр. В ранних системах видеоигр единственным временем, доступным для вычислений, был интервал вертикального гашения , в течение которого луч возвращается в верхний правый угол экрана и изображение не рисуется. [5] Однако даже в современных играх важно избегать изменения видеобуфера компьютера, за исключением случаев вертикального возврата, чтобы предотвратить мерцание графики или разрыв экрана .
В отличие от ЭЛТ, где изображение будет тускнеть, если его не обновить, пиксели жидкокристаллических дисплеев сохраняют свое состояние до тех пор, пока подается питание, и, следовательно, собственное мерцание отсутствует независимо от частоты обновления. Однако частота обновления по-прежнему определяет максимальную частоту кадров, которая может отображаться, и, несмотря на отсутствие фактического гашения экрана, интервал вертикального гашения по-прежнему представляет собой период в каждом цикле обновления, когда экран не обновляется, в течение которого данные изображения в кадровом буфере хост-системы могут быть обновлены. Параметры вертикальной синхронизации позволяют устранить разрывы экрана за счет одновременного рендеринга всего изображения.
На ЭЛТ-мониторах меньшего размера (примерно до 15 дюймов или 38 см) мало кто замечает какой-либо дискомфорт в диапазоне 60–72 Гц. На ЭЛТ-мониторах большего размера (17 дюймов или 43 см или больше) большинство людей испытывают легкий дискомфорт, если только частота обновления не установлена на 72 Гц или выше. Частота 100 Гц удобна практически для любого размера. Однако это не относится к ЖК-мониторам. Ближайшим эквивалентом частоты обновления ЖК-монитора является частота кадров , которая часто фиксируется на уровне 60 кадров в секунду. Но это редко является проблемой, поскольку единственная часть ЖК-монитора, которая может создавать мерцание, подобное ЭЛТ, — его подсветка — обычно работает с частотой минимум 200 Гц.
В разных операционных системах частота обновления по умолчанию устанавливается по-разному. Microsoft Windows 95 и Windows 98 (первая и вторая редакции) устанавливают самую высокую частоту обновления, которую, по их мнению, поддерживает дисплей. Операционные системы на базе Windows NT , такие как Windows 2000 и ее потомки Windows XP , Windows Vista и Windows 7 , устанавливают консервативную частоту обновления по умолчанию, обычно 60 Гц. Некоторые полноэкранные приложения, в том числе многие игры, теперь позволяют пользователю перенастраивать частоту обновления перед переходом в полноэкранный режим, но большинство по умолчанию используют консервативное разрешение и частоту обновления и позволяют увеличивать параметры в параметрах. [ нужна цитата ]
Старые мониторы могут быть повреждены, если пользователь установит для видеокарты частоту обновления выше, чем самая высокая частота, поддерживаемая монитором. На некоторых моделях мониторов отображается уведомление о том, что видеосигнал использует неподдерживаемую частоту обновления.
Некоторые ЖК-дисплеи поддерживают адаптацию частоты обновления к текущей частоте кадров видеокарты. Две технологии, позволяющие это сделать, — FreeSync и G-Sync .
Когда для стерео 3D-дисплеев используются ЖК- очки с затвором , эффективная частота обновления уменьшается вдвое, поскольку каждому глазу требуется отдельное изображение. По этой причине обычно рекомендуется использовать дисплей с частотой не менее 120 Гц, поскольку, разделенный пополам, этот показатель снова равен 60 Гц. Более высокая частота обновления приводит к большей стабильности изображения, например, нестерео 72 Гц — это стерео 144 Гц, а нестерео 90 Гц — стерео 180 Гц. Большинство недорогих компьютерных видеокарт и мониторов не могут справиться с такой высокой частотой обновления, особенно при более высоких разрешениях.
У ЖК-мониторов изменение яркости пикселей происходит намного медленнее, чем у ЭЛТ или плазменных люминофоров. Обычно яркость пикселей ЖК-дисплея изменяется быстрее при подаче напряжения, чем при его отключении, что приводит к асимметричному времени отклика пикселя. При использовании 3D-очков с затвором это может привести к размытию изображения на дисплее и плохому восприятию глубины из-за того, что предыдущий кадр изображения не становится черным достаточно быстро при рисовании следующего кадра. [ нужна цитата ]
Развитие телевизоров в 1930-е годы было обусловлено рядом технических ограничений. Частота линии электропередачи переменного тока использовалась для частоты вертикального обновления по двум причинам. Первая причина заключалась в том, что электронная лампа телевизора была чувствительна к помехам со стороны источника питания устройства, включая остаточную пульсацию. Это может вызвать смещение горизонтальных полос (жужжащие полосы). Использование той же частоты уменьшило это явление и сделало помехи на экране статичными и, следовательно, менее навязчивыми. Вторая причина заключалась в том, что на телестудиях использовались лампы переменного тока, съемка на другой частоте вызывала стробирование . [7] [8] [9] Таким образом, у продюсеров не было другого выбора, кроме как запускать наборы с частотой 60 Гц в Америке и 50 Гц в Европе. Эти скорости легли в основу наборов, используемых сегодня: система M 60 Гц (почти всегда используется с цветовым кодированием NTSC ) и система B/G 50 Гц (почти всегда используется с цветовым кодированием PAL или SECAM ). Эта случайность дала европейским телевизорам более высокое разрешение в обмен на более низкую частоту кадров. Сравните систему M (704 × 480 при 30i) и систему B/G (704 × 576 при 25i). Однако более низкая частота обновления 50 Гц приводит к большему мерцанию, поэтому телевизоры, в которых используется цифровая технология для удвоения частоты обновления до 100 Гц, сейчас очень популярны. (см. Системы вещательного телевидения )
Еще одно различие между стандартами 50 Гц и 60 Гц заключается в способе передачи или представления движущихся изображений (источников фильма, а не источников видеокамеры). 35-миллиметровая пленка обычно снимается со скоростью 24 кадра в секунду (fps). Для PAL 50 Гц это позволяет легко передавать источники пленки, ускоряя пленку на 4%. Таким образом, полученное изображение получается плавным, однако наблюдается небольшой сдвиг высоты звука. Наборы NTSC отображают материал как со скоростью 24 кадра в секунду, так и с частотой 25 кадров в секунду без какого-либо изменения скорости с использованием метода, называемого преобразованием 3:2 , но за счет внесения неплавного воспроизведения в виде дрожания телекино .
Подобно некоторым компьютерным мониторам и некоторым DVD-дискам, аналоговые телевизионные системы используют чересстрочную развертку , которая уменьшает видимое мерцание, рисуя сначала нечетные, а затем четные линии (они известны как поля). Это удваивает частоту обновления по сравнению с изображением с прогрессивной разверткой при той же частоте кадров. Это отлично работает для видеокамер, где каждое поле получается из отдельной экспозиции — эффективная частота кадров увеличивается вдвое, теперь в секунду происходит 50, а не 25 кадров. Динамика ЭЛТ идеально подходит для этого подхода, быстрые сцены выиграют от обновления с частотой 50 Гц, более раннее поле будет в значительной степени затухать при записи нового поля, а статические изображения выиграют от улучшенного разрешения, поскольку оба поля будут интегрируется на глаз. Современные ЭЛТ-телевизоры можно сделать без мерцания с помощью технологии 100 Гц.
Многие высококачественные ЖК-телевизоры теперь имеют частоту обновления 120 или 240 Гц (нынешние и бывшие страны NTSC) или 100 или 200 Гц (страны PAL/SECAM). Скорость 120 была выбрана как наименьшее общее кратное 24 кадров в секунду (кинотеатр) и 30 кадров в секунду (телевидение NTSC) и обеспечивает меньшие искажения при просмотре фильмов благодаря устранению телекино (3:2). Для PAL при 25 кадрах в секунду частота 100 или 200 Гц используется как дробный компромисс наименьшего общего кратного 600 (24 × 25). Эти более высокие частоты обновления наиболее эффективны при воспроизведении видеосигнала с разрешением 24p (например, Blu-ray Disc ) и/или в сценах с быстрым движением. [10]
Поскольку фильмы обычно снимаются со скоростью 24 кадра в секунду, а телевизоры работают с другой частотой, необходимо некоторое преобразование. Существуют различные методы, позволяющие зрителю получить оптимальные впечатления.
Сочетание создания контента, обработки устройства воспроизведения и устройства отображения также может привести к появлению ненужных артефактов. Устройство отображения, обеспечивающее фиксированную частоту кадров 60 кадров в секунду, не может отображать фильм с частотой 24 кадра в секунду с равномерной скоростью без дрожания. Обычно используется вытягивание 3:2, что дает небольшую неравномерность движения.
В то время как обычные мультисинхронные компьютерные мониторы с ЭЛТ с начала 1990-х годов были способны работать с частотой, кратной 24 Гц, в последнее время стали производиться ЖК-дисплеи со скоростью 120 Гц, чтобы обеспечить более плавное и плавное движение, в зависимости от исходного материала и любых других параметров. последующая обработка сигнала. В случае материала, снятого на видео, улучшение плавности только за счет более высокой частоты обновления может быть едва заметным. [11]
В случае отснятого материала, поскольку 120 является четным числом, кратным 24, можно представить последовательность кадров со скоростью 24 кадра в секунду без дрожания на хорошо спроектированном дисплее с частотой 120 Гц (т. е. так называемое раскрывающееся изображение 5-5). Если частота 120 Гц создается путем удвоения сигнала преобразования 3:2 со скоростью 60 кадров в секунду, неравномерное движение все равно может быть видимым (т. е. так называемое преобразование 6-4).
Кроме того, материал может отображаться с искусственно созданной плавностью с добавлением к дисплею возможностей интерполяции движения , что оказывает еще большее влияние на отснятый материал.
Телевизоры с частотой 50 Гц (при подаче контента с частотой 50 Гц) обычно воспроизводят фильм немного быстрее, чем обычно, что позволяет избежать проблем с неравномерным прокручиванием изображения.