Частота обновления , также известная как вертикальная частота обновления или вертикальная частота сканирования в соответствии с терминологией, берущей начало от электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), — это количество раз в секунду, которое 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 изображение может потенциально обновляться. [1]
Нерастровые дисплеи могут не иметь характерной частоты обновления. Векторные дисплеи , например, не отслеживают 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, общедоступная электронная таблица или аппаратный канал).
Хотя все растровые устройства отображения имеют характерную частоту обновления, физическая реализация различается в зависимости от технологии.
ЭЛТ с растровой разверткой по своей природе должны обновлять экран, поскольку их люминофоры быстро выцветают, и изображение быстро исчезает, если его не обновлять регулярно.
В ЭЛТ частота вертикальной развертки — это количество раз в секунду, которое электронный луч возвращается в верхний левый угол экрана, чтобы начать рисовать новый кадр. [3] Она управляется сигналом вертикального гашения, генерируемым видеоконтроллером , и частично ограничивается максимальной частотой горизонтальной развертки монитора .
Частоту обновления можно рассчитать из частоты горизонтальной развертки, разделив частоту сканирования на количество горизонтальных линий, плюс некоторое количество времени, чтобы луч вернулся 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 (округленно вниз).
Частота обновления ЭЛТ исторически была важным фактором в программировании видеоигр. В ранних системах видеоигр единственное время, доступное для вычислений, было во время интервала вертикального гашения , во время 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 времени вертикального обратного хода, чтобы предотвратить мерцание графики или разрывы экрана .
В отличие от ЭЛТ, где изображение будет исчезать, если его не обновить, пиксели жидкокристаллических дисплеев сохраняют свое состояние до тех пор, пока подается питание, и, следовательно, нет внутреннего мерцания независимо от частоты обновления. Однако частота обновления по-прежнему определяет самую высокую частоту кадров, которая может быть отображена, и, несмотря на отсутствие фактического гашения экрана, интервал вертикального гашения по-прежнему является периодом в каждом цикле обновления, когда экран не обновляется, в течение которого данные изображения в кадровом буфере хост-системы могут обновляться. Параметры Vsync могут устранить разрывы экрана, визуализируя все изображение одновременно.
На небольших ЭЛТ-мониторах (до 15 дюймов или 38 см) мало кто замечает какой-либо дискомфорт между 60–72 Гц. На больших ЭЛТ-мониторах (17 дюймов или 43 см или больше) большинство людей испытывают легкий дискомфорт, если частота обновления не установлена на 72 Гц или выше. Частота 100 Гц комфортна практически для любого размера. Однако это не относится к ЖК-мониторам. Ближайшим эквивалентом частоты обновления на ЖК-мониторе является его частота кадров , которая часто зафиксирована на уровне 60 кадров в секунду. Но это редко является проблемой, потому что единственная часть ЖК-монитора, которая может производить мерцание, подобное мерцанию ЭЛТ, — его подсветка — обычно работает на частоте около 200 Гц.
Разные операционные системы устанавливают частоту обновления по умолчанию по-разному. Microsoft Windows 95 и Windows 98 (первое и второе издания) устанавливают частоту обновления на самом высоком уровне, который, 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 частоту обновления по умолчанию на консервативном уровне, обычно 60 Гц. Некоторые полноэкранные приложения, включая многие игры, теперь позволяют пользователю перенастраивать частоту обновления перед входом в полноэкранный режим, но большинство по умолчанию используют консервативное разрешение и частоту обновления и позволяют увеличить настройки в параметрах. [ необходима цитата ]
Старые мониторы могли выйти из строя, если пользователь установил частоту обновления видеокарты выше, чем максимальная частота, поддерживаемая монитором. Некоторые модели мониторов отображают уведомление о том, что видеосигнал использует неподдерживаемую частоту обновления.
Некоторые ЖК-дисплеи поддерживают адаптацию частоты обновления к текущей частоте кадров, предоставляемой графической картой. Две технологии, которые позволяют это сделать, — FreeSync и G-Sync .
Когда для стерео 3D-дисплеев используются очки с затвором LCD , эффективная частота обновления уменьшается вдвое, поскольку каждому глазу нужна отдельная картинка. По этой причине обычно рекомендуется использовать дисплей, способный выдавать не менее 120 Гц, поскольку, разделенный пополам, эта частота снова составляет 60 Гц. Более высокая частота обновления приводит к большей стабильности изображения, например, 72 Гц нестерео — это 144 Гц стерео, а 90 Гц нестерео — это 180 Гц стерео. Большинство низкоуровневых компьютерных видеокарт и мониторов не могут справиться с такими высокими частотами обновления, особенно при более высоких разрешениях.
Для ЖК-мониторов яркость пикселей изменяется намного медленнее, чем у ЭЛТ или плазменных люминофоров. Обычно яркость пикселей ЖК-мониторов изменяется быстрее при подаче напряжения, чем при его снятии, что приводит к асимметричному времени отклика пикселей. В очках с 3D-затвором это может привести к размытому размытию изображения и плохому восприятию глубины из-за того, что предыдущий кадр изображения недостаточно быстро затемняется при отрисовке следующего кадра. [ необходима цитата ]
Развитие телевизоров в 1930-х годах определялось рядом технических ограничений. Частота линии электропередачи переменного тока использовалась для частоты вертикальной развертки по двум причинам. Первая причина заключалась в том, что вакуумная трубка телевизора была восприимчива к помехам от источника питания устройства, включая остаточную пульсацию. Это могло вызвать дрейф горизонтальных полос (фоновые полосы). Использование той же частоты уменьшало это и делало помехи статическими на экране и, следовательно, менее заметными. Вторая причина заключалась в том, что телестудии использовали лампы переменного тока, съемка на другой частоте вызывала бы стробирование . [7] [8] [9] Таким образом, у продюсеров не было выбора, кроме как запускать телевизоры на частоте 60 Гц в Америке и 50 Гц в Европе. Эти частоты легли в основу используемых сегодня телевизоров: 60 Гц System M (почти всегда используется с цветовым кодированием NTSC ) и 50 Гц System B/G (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 System M (704 × 480 при 30i) и System B/G (704 × 576 при 25i). Однако более низкая частота обновления 50 Гц приводит к большему мерцанию, поэтому сейчас очень популярны телевизоры, использующие цифровую технологию для удвоения частоты обновления до 100 Гц. (см. Системы вещательного телевидения )
Другое различие между стандартами 50 Гц и 60 Гц заключается в способе передачи или представления движущихся изображений (источников кинопленки в отличие от источников видеокамеры). 35-мм кинопленка обычно снимается со скоростью 24 кадра в секунду (кадр/с). Для PAL 50 Гц это позволяет легко передавать источники кинопленки, ускоряя фильм на 4%. Таким образом, полученное изображение получается плавным, однако наблюдается небольшой сдвиг в высоте звука. Системы NTSC отображают как материал 24 кадра в секунду, так и 25 кадра в секунду без какого-либо сдвига скорости с помощью техники, называемой 3:2 pulldown , но за счет введения неплавного воспроизведения в виде дрожания телекино .
Аналогично некоторым компьютерным мониторам и некоторым DVD-дискам, аналоговые телевизионные системы используют чересстрочную развертку , которая уменьшает видимое мерцание, рисуя сначала нечетные строки, а затем четные строки (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 удваивается, теперь есть 50, а не 25 экспозиций в секунду. Динамика ЭЛТ идеально подходит для этого подхода, быстрые сцены выиграют от обновления 50 Гц, более раннее поле будет в значительной степени затухать, когда будет записано новое поле, а статические изображения выиграют от улучшенного разрешения, поскольку оба поля будут объединены глазом. Современные телевизоры на основе ЭЛТ могут быть сделаны без мерцания в виде 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). Частота 120 была выбрана как наименьшее общее кратное 24 кадра в секунду (кино) и 30 кадра в секунду (NTSC TV), и обеспечивает меньше искажений при просмотре фильмов из-за устранения телесина (3:2 pulldown). Для PAL при 25 кадрах в секунду 100 или 200 Гц используется как дробный компромисс наименьшего общего кратного 600 (24 × 25). Эти более высокие частоты обновления наиболее эффективны с видеовыходом источника 24p (например, Blu-ray Disc ) и/или сцен быстрого движения. [10]
Поскольку фильмы обычно снимаются с частотой 24 кадра в секунду, а телевизоры работают с другой частотой, необходимо некоторое преобразование. Существуют различные методы, чтобы предоставить зрителю оптимальный опыт.
Комбинация производства контента, устройства воспроизведения и обработки устройства отображения также может давать ненужные артефакты. Устройство отображения, обеспечивающее фиксированную частоту 60 кадров в секунду, не может отображать фильм с частотой 24 кадра в секунду с равномерной частотой без дрожания. Обычно используется 3:2 pulldown, что дает небольшое неравномерное движение.
В то время как обычные мультисинхронные компьютерные мониторы с ЭЛТ способны работать даже на частотах, кратных 24 Гц, с начала 1990-х годов, последние "120 Гц" ЖК-дисплеи были произведены с целью обеспечения более плавного, более текучего движения, в зависимости от исходного материала и любой последующей обработки сигнала. В случае материала, снятого на видео, улучшение плавности только за счет более высокой частоты обновления может быть едва заметным. [11]
В случае с отснятым материалом, поскольку 120 — это четное число, кратное 24, можно представить последовательность 24 кадра в секунду без дрожания на хорошо спроектированном дисплее 120 Гц (т. е. так называемый pulldown 5-5). Если частота 120 Гц создается путем удвоения кадров сигнала pulldown 60 кадров в секунду 3:2, неравномерное движение все равно может быть видно (т. е. так называемый pulldown 6-4).
Кроме того, материал может отображаться с искусственно созданной плавностью за счет добавления к дисплею возможностей интерполяции движения , что оказывает еще большее влияние на отснятый материал.
Телевизоры с частотой 50 Гц (при загрузке контента с частотой 50 Гц) обычно воспроизводят фильм немного быстрее обычного, что позволяет избежать проблем с неравномерной прокачкой кадров.