Задержка отображения — это явление, связанное с большинством типов жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев), таких как смартфоны и компьютеры, а также почти со всеми типами телевизоров высокой четкости (HDTV). Это относится к задержке или задержке между отправкой сигнала на дисплей и началом отображения этого сигнала на дисплее. Это время задержки может достигать 68 мс [1] или эквивалентно 3-4 кадрам на дисплее с частотой 60 Гц . Задержку отображения не следует путать со временем отклика пикселя , которое представляет собой количество времени, необходимое пикселю для изменения яркости с одного значения на другое. В настоящее время большинство производителей указывают время отклика пикселя, но забывают сообщить о задержке отображения. [ необходима цитата ]
Для более старой аналоговой технологии электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) задержка отображения практически равна нулю из-за природы технологии, которая не имеет возможности сохранять данные изображения перед отображением. Сигнал изображения минимально обрабатывается внутри, просто для демодуляции из радиочастотной (РЧ) несущей волны (для телевизоров), а затем разделяется на отдельные сигналы для красной, зеленой и синей электронных пушек , а также для синхронизации вертикальной и горизонтальной синхронизации. Корректировки изображения обычно включают в себя изменение формы сигнала, но без сохранения, поэтому изображение записывается на экран так же быстро, как оно принимается, с задержкой всего в наносекунды для прохождения сигнала по проводке внутри устройства от входа до экрана.
Для современных цифровых сигналов требуется значительная вычислительная мощность компьютера и объем памяти для подготовки входного сигнала к отображению. Для эфирного или кабельного телевидения используются те же методы аналоговой демодуляции, но после этого сигнал преобразуется в цифровые данные, которые должны быть распакованы с помощью кодека MPEG и преобразованы в битовую карту изображения, хранящуюся в буфере кадра .
Для режимов отображения с прогрессивной разверткой обработка сигнала здесь останавливается, и буфер кадра немедленно записывается на устройство отображения. В простейшей форме эта обработка может занять несколько микросекунд.
Для чересстрочного видео часто применяется дополнительная обработка, чтобы деинтерлейсировать изображение и сделать его более четким или более подробным, чем оно есть на самом деле. Это делается путем сохранения нескольких чересстрочных кадров и последующего применения алгоритмов для определения областей движения и неподвижности, а также для объединения чересстрочных кадров для сглаживания или экстраполяции, где пиксели находятся в движении, затем полученный вычисленный буфер кадров записывается на устройство отображения.
Деинтерлейсинг накладывает задержку, которая не может быть короче количества кадров, сохраняемых для справки, плюс дополнительный переменный период для расчета результирующего экстраполированного буфера кадров; задержки составляют 16-32 мс. [2]
Хотя время отклика пикселей дисплея обычно указывается в технических характеристиках монитора, ни один производитель не рекламирует задержку отображения своих дисплеев, вероятно, потому, что тенденция заключается в увеличении задержки отображения, поскольку производители находят больше способов обработки ввода на уровне дисплея до его отображения. Возможными виновниками являются накладные расходы на обработку HDCP , управление цифровыми правами (DRM), а также методы DSP , используемые для уменьшения эффектов ореола , — и причина может различаться в зависимости от модели дисплея. Исследования были проведены несколькими веб-сайтами, связанными с технологиями, некоторые из которых перечислены в конце этой статьи.
ЖК-дисплеи, плазменные и DLP-дисплеи, в отличие от ЭЛТ, имеют собственное разрешение . То есть, они имеют фиксированную сетку пикселей на экране, которые показывают изображение наиболее четко при работе с собственным разрешением (поэтому ничего не нужно масштабировать в полный размер, что размывает изображение). Для отображения неисходных разрешений такие дисплеи должны использовать видеомасштабаторы , которые встроены в большинство современных мониторов. Например, дисплей с собственным разрешением 1600x1200, получающий сигнал 640x480, должен масштабировать ширину и высоту в 2,5 раза, чтобы отобразить изображение, предоставленное компьютером, на собственных пикселях. Чтобы сделать это, создавая при этом как можно меньше артефактов , требуется расширенная обработка сигнала, которая может быть источником введенной задержки. Чересстрочные видеосигналы, такие как 480i и 1080i, требуют шага деинтерлейсинга , который добавляет задержку. Anecdotally [ оригинальное исследование? ] , задержка отображения значительно меньше, когда дисплеи работают в собственных разрешениях для данного ЖК-экрана и в режиме прогрессивной развертки . Внешние устройства также показали снижение общей задержки за счет предоставления более быстрых алгоритмов изменения размера пространства изображения, чем те, которые присутствуют в ЖК-экране. [ необходима цитата ] На практике это будет суммировать внутренние и внешние задержки.
Многие ЖК-дисплеи также используют технологию под названием «overdrive», которая буферизует несколько кадров вперед и обрабатывает изображение, чтобы уменьшить размытость и полосы, оставленные ореолом. Эффект заключается в том, что все отображается на экране через несколько кадров после того, как оно было передано источником видео. [3]
Задержку отображения можно измерить с помощью тестового устройства, например, Video Signal Input Lag Tester. Несмотря на свое название, устройство не может самостоятельно измерять задержку ввода. Оно может измерять задержку ввода и время отклика только вместе.
При отсутствии измерительного устройства измерение можно выполнить с помощью тестового дисплея (измеряемого дисплея), контрольного дисплея (обычно ЭЛТ ) , который в идеале будет иметь незначительную задержку отображения, компьютера, способного зеркалировать вывод на два дисплея, программного обеспечения секундомера и высокоскоростной камеры, направленной на два дисплея, на которых запущена программа секундомера. Время задержки измеряется путем фотографирования дисплеев , на которых запущена программа секундомера, а затем вычитания двух значений времени на дисплеях на фотографии. Этот метод измеряет только разницу в задержке отображения между двумя дисплеями и не может определить абсолютную задержку отображения одного дисплея. ЭЛТ предпочтительнее использовать в качестве контрольного дисплея, поскольку их задержка отображения обычно незначительна. Однако видеозеркалирование не гарантирует, что на каждый дисплей в один и тот же момент времени будет отправлено одно и то же изображение.
В прошлом считалось общеизвестным, что результаты этого теста были точными, поскольку они, казалось, легко воспроизводились, даже когда дисплеи были подключены к разным портам и разным картам, что предполагало, что эффект связан с дисплеем, а не с компьютерной системой. Глубокий анализ, опубликованный на немецком сайте Prad.de, показал, что эти предположения были неверными. Усреднение измерений, как описано выше, приводит к сопоставимым результатам, поскольку они включают одинаковое количество систематических ошибок. Как видно из различных обзоров мониторов, таким образом определенные значения задержки отображения для одной и той же модели монитора различаются на погрешность до 16 мс и даже больше.
Чтобы минимизировать эффекты асинхронных выходных сигналов дисплея (моменты времени, в которые изображение передается на каждый монитор, различны или фактическая используемая частота для каждого монитора различна), необходимо использовать узкоспециализированное программное приложение, называемое SMTT [4], или очень сложную и дорогую тестовую среду.
Несколько подходов к измерению задержки отображения были перезапущены слегка измененными способами, но все еще возрождают старые проблемы, которые уже были решены ранее упомянутым SMTT. Один из таких методов заключается в подключении ноутбука к HDTV через композитное соединение и запуске временного кода, который отображается на экране ноутбука и HDTV одновременно, и записи обоих экранов с помощью отдельного видеорекордера. Когда видео обоих экранов останавливается, разница во времени, отображаемая на обоих дисплеях, интерпретируется как оценка задержки отображения. [5] Тем не менее, это почти идентично использованию случайных секундомеров на двух мониторах с использованием настройки монитора «клонированный вид», поскольку он не заботится об отсутствующей синхронизации между композитным видеосигналом и отображением экрана ноутбука или задержке отображения этого экрана или о том, что вертикальное обновление экрана двух мониторов по-прежнему асинхронно и не связано друг с другом. Даже если V-sync активирован в драйвере графической карты, видеосигналы аналогового и цифрового выхода не будут синхронизированы. [6] Таким образом, невозможно использовать один секундомер для измерения задержки отображения, даже если он создан с помощью временного кода или простого приложения секундомера, поскольку это всегда будет вызывать ошибку до 16 мс или даже больше.
Задержка отображения вносит вклад в общую задержку в цепочке интерфейса ввода данных пользователем (мышь, клавиатура и т. д.) к графической карте и монитору. В зависимости от монитора, были измерены времена задержки отображения от 10 до 68 мс . Однако влияние задержки на пользователя зависит от чувствительности к ней каждого пользователя.
Задержка отображения наиболее заметна в играх (особенно на старых игровых консолях), при этом разные игры влияют на восприятие задержки. Например, в PvE в World of Warcraft небольшая задержка ввода не так критична по сравнению с PvP или другими играми, отдающими предпочтение быстрым рефлексам, такими как Counter-Strike . Ритмические игры, такие как Guitar Hero , также требуют точного времени; задержка отображения создаст заметное смещение между музыкой и подсказками на экране. Примечательно, что многие игры этого типа включают опцию, которая пытается откалибровать задержку отображения. Можно утверждать, что файтинги, такие как Street Fighter , Super Smash Bros. Melee и Tekken, страдают больше всего, поскольку они могут требовать ввода движений в чрезвычайно узких окнах событий, которые иногда длятся всего 1 кадр или 16,67 мс на экране.
Предполагая гауссово время реакции человека на конкретное игровое событие, становится возможным обсудить эффект задержки с точки зрения вероятностей. [7] При наличии дисплея без задержек у человека есть определенная вероятность поместить свой ввод в окно кадров. Поскольку видеоигры работают на дискретных кадрах, пропуск последнего кадра окна даже на 0,1 мс приводит к тому, что ввод интерпретируется на полный кадр позже. Из-за этого любая величина задержки повлияет на способность человека попадать в определенное временное окно. Серьезность этого воздействия является функцией положения и дисперсии реакции человека на визуальную подсказку, величины введенной задержки и размера временного окна. Например, при очень большом окне в 30 кадров человек, скорее всего, будет иметь 99,99% шанс попасть в это окно. При введении одного кадра задержки способность человека попасть в 30-кадровое окно, скорее всего, останется в диапазоне 99,99% (предполагая, что человек отвечает где-то около середины окна). Однако при меньшем окне, скажем, в 2 кадра, эффект задержки становится гораздо более существенным. Предполагая, что реакция человека сосредоточена в 2-кадровом окне, а у сверхчеловека есть 99,99% шанс попасть в окно, введение полного кадра задержки приводит к снижению вероятности успеха до примерно 50%.
Если игровой контроллер производит дополнительную обратную связь (вибрацию, динамик пульта Wii Remote и т. д.), то задержка отображения приведет к тому, что эта обратная связь не будет точно соответствовать визуальным эффектам на экране, что может вызвать дополнительную дезориентацию (например, ощущение вибрации контроллера за долю секунды до столкновения со стеной).
Телезрители также могут быть затронуты. Если используется домашний кинотеатр с внешними динамиками, то задержка отображения приводит к тому, что звук слышен раньше, чем появляется изображение. «Ранний» звук более резкий, чем «поздний». Многие домашние кинотеатры имеют ручную регулировку задержки звука, которую можно настроить для компенсации задержки отображения.
Многие телевизоры, масштабаторы и другие потребительские устройства отображения теперь предлагают то, что часто называют «игровым режимом», в котором обширная предварительная обработка, ответственная за дополнительную задержку, специально приносится в жертву, чтобы уменьшить, но не устранить задержку. Хотя эта функция обычно предназначена для игровых консолей, она также полезна для других интерактивных приложений. Аналогичные опции уже давно доступны на домашнем аудиооборудовании и модемах по той же причине. Подключение через кабель VGA или компонент должно устранить ощутимую задержку ввода на многих телевизорах, даже если у них уже есть игровой режим. Расширенная постобработка отсутствует при аналоговом подключении, и сигнал проходит без задержки.
Телевизор может иметь режим изображения, который уменьшает задержку отображения для компьютеров. Некоторые телевизоры Samsung и LG автоматически уменьшают задержку для определенного входного порта, если пользователь переименовывает порт в «ПК». [8]
ЖК-экраны с высоким значением времени отклика часто не обеспечивают удовлетворительного качества при просмотре быстро движущихся изображений (они часто оставляют полосы или размытость; это называется двоением ). Однако ЖК-экран с высоким временем отклика и значительной задержкой отображения не подходит для игр в динамичные компьютерные игры или выполнения быстрых высокоточных операций на экране из-за отставания курсора мыши.