Что такое частота обновления кадров
Статьи
Частота кадров и частота обновления: в чём разница?
В Отдел Технической поддержки компании Epiphan периодически поступают вопросы от покупателей касательно разницы между частотой кадров и частотой обновления. Обычно такие вопросы появляются при обсуждении совместимости продуктов Epiphan с различными типами видеосигналов, и, к сожалению, нередко возникает путаница из-за неправильной трактовки этих понятий. В этой статье мы хотели бы приоткрыть завесу тайны и объяснить, в чем разница между этими схожими, но по сути различными терминами.
Понятно, почему возникает путаница: и частота обновления, и частота кадров показывают количество сменяемых кадров за единицу времени (общепринятая единица измерения — кадры в секунду). Например, сигнал с частотой обновления 60 Гц и сигнал с частотой кадров 60 fps состоят из 60 изображений, сменивших друг друга за 1 секунду. И, тем не менее, это не одно и то же!
Частота обновления: с чего всё началось.
Электронный луч проходит последовательно по всем точкам экрана слева направо и сверху вниз, формируя изображение, или кадр. Количество возможных изменений изображения в секунду называется частотой обновления и измеряется в Герцах (Гц).
Спустившись до нижней кромки экрана, электронный луч быстро возвращается в левый верхний угол, чтобы начать прорисовку нового кадра изображения. Пауза между обновлениями называется «интервал гашения». В исправных мониторах обратный ход луча незаметен. Но иногда можно видеть, что монитор «мерцает». В этом виновата низкая частота обновления, обычно менее 80 Гц.
Жидкокристаллический дисплей (ЖК) работает по принципу отличному от ЭЛТ-монитора. У ЖК-дисплея нет паузы после каждого обновления кадра, так как он просто меняет структуру жидкокристаллического вещества для отображения каждой последующей картинки, и его яркость остается постоянной вне зависимости от частоты обновления входящего сигнала.
Понятие «частота обновления» сыграло значимую роль в формировании современного процесса кодирования цифрового сигнала. Но, прежде чем перейти к этому моменту, мы хотели бы подробнее рассказать, чем отличаются частота кадров кодированного сигнала и частота обновления необработанного сигнала.
Частота кадров: преимущество в кодировании.
На самом деле кодированный видеосигнал довольно сильно отличается от необработанного видеосигнала, хотя бы потому, что не зависит от таких физических предметов реального мира, как электронные пушки.
Рассмотрим процесс кодирования сигнала без сжатия. Например, для необработанного сигнала с параметрами 1080 p и 60 fps общий битрейт будет следующим: Разрешение по вертикали × разрешение по горизонтали × кадры в секунду × число битов на пиксель = 1920 × 1080 × 60 × 24 = 2,985,984,000 битов в секунду
… или примерно 356 Мбайт/сек.
Тогда можно легко посчитать, что одна минута несжатого видео будет весить около 21 Гб. Очевидно, что такой объем данных нецелесообразно использовать для хранения, а уж тем более проблематично транслировать через интернет. Зато после кодирования и сжатия то же самое видео без потери качества составит около 1.5 Мбайт/сек (
Для сокращения размера данных, кодированное видео должно предусматривать сжатие цветового пространства. (Для этого используется аппаратное или программное кодирование, как например, в многофункциональной системе Epiphan Pearl.) Например, изменение цветового пространства с RGB24 на YUV420 сокращает число эффективных битов на пиксель с 24 до 12.
После того как процесс кодирования завершен, становится видно, что полученные данные значительно сокращают необходимый объем свободного места на жестком диске и позволяют задействовать меньшую пропускную способность сети при передаче через интернет.
Больше кадров – не значит лучше!
При захвате и кодировании необработанного видеосигнала частота кадров на выходе может не совпадать с первоначальной частотой обновления. Устройства Epiphan для захвата (а также для трансляции и записи) видеосигнала, такие как AV.io HD, работают практически со всеми стандартами сигналов, но из-за ограничений пропускной способности кабеля USB 3.0 кодированный сигнал в результате преобразования будет иметь более низкую частоту кадров. Например, наши карты захвата могут принимать HDMI сигнал с параметрами 1080p и 120 Гц, но вы не сможете в результате получить 120 fps, а вот 60 fps уже гораздо вероятнее.
И сколько же кадров в секунду считается достаточным? Это зависит от многих факторов! Большее число fps не всегда оказывается лучше. Просто потому, что параметр 60 Гц не означает, что вам нужна частота 60 fps для записи или трансляции – это напрямую зависит от характера видео-контента.
Проще всего это пояснить на примере фильмов. Стандартная частота кадров составляет всего 24 fps, и большинство фильмов стандарта Blu-ray (современный стандарт высочайшего качества для домашних кинотеатров) также использует эту частоту. Интересно, что в настоящее время киноиндустрия как раз тестирует возможности использования более высокой частоты кадров. Фильм «Хоббит: Нежданное путешествие» режиссера Питера Джексона стал первым фильмом, в котором используется частота 48 fps, что вызвало весьма неоднозначные отзывы критиков и зрителей.
Многие гуру от кино утверждали, что переход от стандартных 24 fps к более высокому параметру 48 fps сделал фильм слишком реалистичным, практически стирая грань между правдой и вымыслом. В случае с фильмами (или иным видео по скорости аналогичному фильму) частота кадров 24 fps является наиболее предпочтительной и считается золотым стандартом для DVD и Blu-ray.
Другой пример типичного использования низкой частоты кадров – это показ относительно статичного видео-контента, как например, слайды презентации. Если кроме презентации больше ничего не демонстрируется, то не будет существенной разницы между 30 fps и, скажем, 10 fps, так как изображение полностью меняется всего один раз за несколько минут или секунд, а в остальное время остается статичным. В случае, если это никак не сказывается на результате для зрителя, снижение частоты кадров может помочь значительно уменьшить трафик, размер файла для хранения на жестком диске, а также нагрузку на процессор ПК.
Подводя итоги.
Теперь вы знаете, что это такое – частота кадров и частота обновления; два термина, которые относятся к числу изображений, показываемых в секунду, но которые при этом принципиально отличаются друг от друга. Частота обновления берет свое начало на этапе появления ЭЛТ-мониторов и выражает число изображений в секунду для необработанного видеосигнала, в то время как частота кадров касается непосредственно кодированного сигнала и может быть задана пользователем в зависимости от характера видео-контента.
Мы будем очень рады, если эта статья станет для вас полезной и позволит вам лучше ориентироваться в технических терминах.
FPS-приговор. Что такое
частота кадров
в видеоиграх
и зачем её знать?
Чувствуете себя неловко, когда спрашивают «сколько у тебя фпс», а вы не знаете, что ответить? Хватит! Пора узнать, что такое фпс в играх и перестать испытывать геймерское смущение.
Что такое FPS
FPS — это сокращение от английского выражения Frames Per Second. В российских игровых сообществах уже привыкли писать fps или даже «фпс». На великий и могучий Frames Per Second переводят как «кадры в секунду». Благодаря этому понять, что такое fps в играх (и в видео в принципе) становится проще.
FPS показывает, сколько кадров (отдельных картинок) ваш монитор или телевизор демонстрирует каждую секунду. Чем выше частота кадров, тем плавнее и отзывчивее становится игра. С другой стороны, при низких показателях FPS играть становится менее приятно. Возможно, друзья иногда жаловались вам, что не могут играть из-за «слайд-шоу на экране». Это значит, что у них низкий показатель FPS, и они видят очень мало кадров в секунду.
Но как узнать, сколько фпс в игре? Может быть, вам комфортно играть, но, вдруг вас засмеют в приличных игровых сообществах, если вы расскажете о том, сколько кадров показывает ваша игра? Давайте разбираться.
Что влияет на fps в играх?
В видеоиграх частота кадров зависит как от разработчика, так и от самого геймера. Создатель игры должен обеспечить выпуск продукта без технических проблем, а покупатель — быть уверен, что у него есть платформа, которая позволит запустить игру с приемлемой частотой кадров (на текущий момент это 30 FPS, но ситуация стремительно меняется). Один из самых ярких примеров 2021 года — Cyberpunk 2077. Столь ожидаемая игра испытывала технические проблемы на консолях прошлого поколения (PlayStation 4 и Xbox One) и не могла обеспечить геймеру игру при стабильных 30 кадрах в секунду.
В то же время игрок должен быть уверен, что конфигурация его ПК позволяет запускать ту или иную игру. Так, на частоту кадров на ПК влияют:
Чаще всего проблемы с FPS возникают из-за неспособности видеокарты отрисовывать большое число отдельных кадров. Из-за этого частота кадров становится низкой, и игрок испытывает проблемы. Процессор и оперативная память оказывают меньшее влияние на FPS, но без них не добиться стабильности воспроизведения игры.
Разница между низким и высоким FPS
Представьте, что вы смотрите, как кто-то бежит. При 1 FPS вы будете видеть лишь 1 кадр в 1 секунду. Таким образом, для вас преодоление человеком 1 метра в видео при 1 FPS превратится в пытку. Чем выше FPS, тем плавнее будут становиться его движения. Пример можно найти в анимации. В «Человеке-пауке: Через вселенные» молодой и неопытный паук в лице Майлза Моралеса дёргается, в то время как Питер Паркер летает на паутине плавно. Так аниматоры хотели показать разницу в мастерстве героев.
Сколько FPS должно быть в играх
Так какая частота кадров необходима, чтобы было комфортно играть?
Чем лучше игры с высоким показателем FPS?
Как узнать FPS в играх?
Есть несколько способов узнать фпс в игре. Первый — запустить тестирование в самой игре. Часто разработчики добавляют в игру бенчмарк (тест производительности), запустить который можно в меню. В течение минуты или более, игра демонстрирует сцены в разной обстановке: ночью, днём, с толпой людей, пустые территории и так далее. После теста игра показывает результаты в виде частоты кадров.
Второй вариант — запустить специальную программу. Можно скачать Fraps. Даже бесплатная версия приложения выведет показатель FPS в любой удобный для вас угол экрана.
Также можно воспользоваться программами от производителей видеокарт: Nvidia или AMD. В обе встроен функционал для отслеживания частоты кадров в игре.
Как добиться высокого FPS в играх?
Если вас не устраивает частота кадров в игре, есть несколько вариантов решения проблемы. Самый простой: снижение настроек графики. Отключайте тени, сглаживание, снижайте качество текстур. Игра станет выглядеть хуже, но процесс прохождения станет комфортнее.
Вариант сложнее, а точнее — затратнее: обзавестись платформой, которая будет обеспечивать вас стабильным и высоким FPS. Возможно, стоит обратить внимание на консоли: PlayStation 5 и Xbox Series X, игры для которых адаптируются для 60 FPS.
Что в итоге?
FPS — это частота кадров в секунду, демонстрируемая игрой. Чем выше этот показатель, тем лучше. Движения героев станут плавнее, а проводить время за такой игрой будет приятнее. Если вы не киберспортсмен или почти не играете в соревновательные игры вроде Apex Legends, Call of Duty: Warzone, CS:GO — вам не обязательно добиваться 60 FPS. Для комфортной игры чаще всего нужно от 45 до 60 кадров в секунду. Добиться этого показателя можно снижением настроек графики или покупкой нового оборудования: комплектующих для ПК, игровых консолей.
Чем отличаются частота кадров и частота обновления монитора
Одна из самых больших проблем для людей, которые ищут высококачественный монитор, – это соотношение частоты кадров и частоты обновления. По сути, эти два общих термина описывают похожую концепцию, что может затруднить полное понимание того, чем они отличаются друг от друга. Это, в свою очередь, может сделать поиск качественного монитора более запутанным.
В этой статье мы предложим определения как частоты кадров, так и частоты обновления, чтобы помочь вам понять концепции, а также объясним, как они сочетаются для создания качественного изображения, которое вы видите на своём мониторе.
Частота кадров: определение
Во-первых, полезно дать базовое определение частоты кадров. Движение на мониторе демонстрируется путём отображения ряда последовательных неподвижных изображений, которые называются «кадрами», и это независимо от того, является ли отображаемое движение фильмом, телешоу, видеоигрой или движущимся курсором мыши. Конечно, эти отдельные кадры меняются много раз в секунду, но предпосылка похожа на анимацию флипбука.
Имея это в виду, частота кадров – это скорость, с которой отображаются новые кадры. Обычно это количество кадров в секунду. По сути, чем выше частота кадров, тем больше кадров отображается за секунду, что приводит к более плавному и реалистичному движению, в отличие от более ступенчатого или прерывистого движения.
Важно подчеркнуть, что частота кадров не определяется самим монитором. Вместо этого частота кадров будет определяться комбинацией программного обеспечения или носителя, которые вы используете, вашего центрального процессора и вашей видеокарты. Однако, это не означает, что частота кадров не имеет значения для мониторов, о чем мы поговорим позже.
Частота обновления: определение
В отличие от частоты кадров, концепция частоты обновления напрямую связана с мониторами или другим оборудованием для отображения. Проще говоря, она описывает количество обновлений дисплея монитора, и это обычно выражается в герцах (Гц).
Как правило, чем выше частота обновления монитора, тем лучше. Более высокая частота обновления будет иметь тенденцию производить гораздо более плавное движение, и это может быть заметно даже с точки зрения того, насколько плавно курсор мыши перемещается по экрану, но особенно заметно, когда дело доходит до более требовательного использования, такого как игры или киберспорт.
Для современных мониторов 60 Гц – это минимально необходимый минимум, но даже это иногда связано с такими проблемами, как усталость глаз и напряжение глаз, поэтому 75 Гц может быть лучшей отправной точкой. Серьёзный игровой монитор обычно предлагает частоту обновления 120 Гц или более, а все, что выше, представляет собой потенциальный вариант почти для всех целей.
Частота кадров против частоты обновления
Хотя с компьютерными мониторами напрямую связана только частота обновления, вместе они – частота обновления и частота кадров – влияют на то, что вы видите на экране. Если у вас монитор с высокой частотой обновления, но ваша видеокарта и процессор могут воспроизводить только низкую частоту кадров, вы вряд ли ощутите все преимущества, и наоборот.
При этом не все медиа требуют высокой частоты кадров. Например, старые и даже современные фильмы обычно снимались со скоростью 24 кадра в секунду, а прямые трансляции спортивных передач часто записывались со скоростью 30 кадров в секунду. Более высокая частота кадров 60 кадров в секунду и выше актуальна для отображения контента, который связан с быстро изменяющимися объектами и где требуется точность, что справедливо для игр.
Когда частота кадров и частота обновления не синхронизированы, может возникнуть проблема, называемая разрывом кадра, и это, по сути, когда одно обновление экрана отображает данные из нескольких кадров одновременно. Один из способов сбалансировать частоту кадров и частоту обновления и предотвратить это – использовать такие технологии отображения, как G-Sync или FreeSync.
В конечном счете, самая большая разница между частотой кадров и частотой обновления – это исходная точка. Частота кадров создается комбинацией вашей видеокарты и вашего процессора, поэтому, по сути, это количество кадров, которое система может создать за секунду, тогда как частота обновления – это частота, с которой монитор может полностью обновить изображение. Важно, чтобы оба изображения были синхронизированы, чтобы избежать визуальных дефектов, таких как разрыв кадра.
Что такое частота обновления экрана и на что она влияет
Развитие современных технологий позволяет производителям мониторов постоянно увеличивать технические характеристики своей продукции. И если с диагональю, разрешением и яркостью вопросов не возникает, то такой параметр, как частота требует тщательного изучения.
Что такое частота монитора.
Частота обновления монитора – это характеристика, которая показывает, сколько раз в секунду экран способен выводить новый кадр. Например, самые доступные и распространенные модели с частотой 60 Гц за одну секунду успевают сменить кадр 60 раз.
Частота в первую очередь влияет на плавность картинки, что особенно заметно в насыщенных игровых сценах, а также при просмотре динамичных фильмов.
Также низкая частота способна вызывать определенный дискомфорт у пользователя. Заметное мерцание экрана приводит к повышению нагрузки на глаза и быстрой утомляемости. Нередко длительная работа за монитором с низкими показателями частоты может окончиться даже головной болью.
Существует мнение, что человеческому глазу достаточно 24-х кадров в секунду, которые нам демонстрировало аналоговое телевидение. Но такая позиция не соответствует истине. Человеческий глаз способен различать нюансы качества видео даже при частотах до 380 Гц.
Наглядно понять значение частоты Вы можете, проследив за движением курсора мыши на экранах с частотой 60 и, например, 120 Гц. Во втором случае движение будет плавнее, равномернее и без размытого следа.
Как выбрать подходящий монитор.
Параметры частоты монитора следует выбирать в зависимости от планов пользователя и назначения компьютера:
Для комфортного использования монитора независимо от целей, пользователям следует обратить внимание и на другие параметры.
Время отклика.
Время отклика или задержка матрицы дисплея – это вторая по важности техническая характеристики каждого монитора. Она определяется периодом времени, который требуется каждому пикселю дисплея с момента получения команды до ее выполнения – изменения цвета.
Время отклика измеряется в миллисекундах и определяется физическими свойствами матрицы. Чем меньше время отклика, тем быстрее формируется новый кадр, следовательно, остается больше времени на его демонстрацию. Поэтому если выбор монитора упирается только в показатель отклика, то однозначно берите тот, где значение минимальное.
Задержка существенно влияет на некоторые характеристики изображения:
А вот для работы с текстами или таблицами, а также для просмотра сайтов в сети задержка отклика матрицы не имеет принципиального значения.
Самое большое время отклика можно наблюдать у мониторов, предназначенных для профессиональной работы с цветом. На таких устройствах в угоду точной цветопередачи ставятся все другие параметры.
Герцы и FPS.
Как Вы уже поняли, частота монитора – характеристика, которая определяет главным образом игровой процесс. Поэтому очень важным аспектом является соотношение частоты игрового монитора и производительности видеокарты.
Главная задача видеокарты – создание кадров-изображений из которых складывается динамичный сюжет. Поэтому основной характеристикой игрового процесса считается FPS – частота кадров, создаваемых графическим ядром.
Если частота монитора превышает возможности видеокарты, то некоторые кадры демонстрируются по 2 раза, что приводит к заметным задержкам и подвисаниям. То есть, если на мониторе с частотой 120 Гц идет игра на 60 fps, то каждое изображение будет показано 2 раза подряд.
Если соотношение обратное, и частота монитора меньше FPS игры, то лишние кадры будут упраздняться в случайном порядке, например, каждый третий или каждый второй. В случае с активированной вертикальной синхронизацией это приведет к задержкам в управлении и заметному подтормаживанию картинки. Для аналоговых HID (руля, авиа-джойстика, систем позиционирования в пространстве) рекомендуется снимать ограничение максимальной частоты кадров.
Поэтому при покупке монитора, соотнесите показатели частоты с игровыми возможностями компьютера. На игровых моделях с принудительным разгоном со 144 до 165/170 Гц можно выставить подходящие значения в настройках дисплея.
В коротком видео компания NVIDIA наглядно показывает как частота обновления в конкурентных играх позволяют вам увидеть вещи раньше и достичь того, к чему вы стремитесь.
Дисплеи с высокой частотой обновления вошли в моду. Производители смартфонов и фанаты гаджетов говорят о более быстрых и плавных экранах, работающих на частоте 90, 120 или даже 144 Гц. Большинство производителей устройств не только стремятся к более высокой частоте обновления, но также используют этот параметр в качестве индикатора лучшего качества дисплея. Теперь этот параметр используется и маркетологами, чтобы подчеркнуть удобства, которые получает владелец смартфона с таким экраном.
Производители мониторов для ПК уже несколько лет привлекают пользователей высокой частотой обновления экранов. Когда речь заходит о смартфонах, более высокая, чем обычно, частота обновления является относительно новой функцией, на которую ещё недавно не обращали особого внимания. Так продолжалось до запуска OnePlus 7 Pro в прошлом году, когда частота обновления экрана стала объектом внимания энтузиастов. OnePlus 7 Pro был запущен с дисплеем с частотой 90 Гц, что на 50% превышало стандарт 60 Гц.
С тех пор многие производители смартфонов, включая Google, Samsung, Realme, Xiaomi, OPPO, Vivo и других, последовали их примеру и представили более плавно работающие экраны в своих флагманах и даже устройствах среднего класса.
Хотя OnePlus удалось вызвать у потребителей интерес к более высокой частоте обновления, компания Razer, производитель оборудования для ПК, представила дисплей с частотой 120 Гц на Razer Phone первого поколения ещё за год до OnePlus. Но и Razer, оказывается, не была первой: фактически эту идею впервые использовала японская Sharp, которая представила смартфон с дисплеем 120 Гц в 2015 году.
Но прежде чем мы рассмотрим популярные смартфоны, выпущенные с частотой обновления выше 60 Гц, следует объяснить сам этот параметр.
Что такое частота обновления?
Стандартная частота обновления для большинства телевизоров, мониторов ПК и дисплеев смартфонов составляет 60 Гц. Частота обновления 60 Гц означает, что дисплей обновляется 60 раз в секунду. Другими словами, изображение на дисплее обновляется полностью каждые 16.67 миллисекунды (мс). Этот промежуток времени, в течение которого на экране находится один кадр, называется его временем обновления. Таким образом, время обновления обратно пропорционально частоте обновления.
Соответственно дисплей с частотой 90 Гц обновляется 90 раз в секунду, а дисплей с частотой 120 Гц обновляется 120 раз в секунду. Следовательно, экраны с частотой 90 Гц и 120 Гц имеют меньшие значения времени обновления – 11.11 мс и 8.33 мс. Значит, смартфон с дисплеем с более высокой частотой обновления должен быть в состоянии справиться с увеличением количества пикселей в секунду.
Но люди не могут зрительно воспринимать эти мгновенные изменения. Тогда что делает переход с 60 Гц на 90 Гц, 120 Гц или 144 Гц плюсом?
90, 120 или 144 Гц: преимущества высокой частоты обновления
Ответ на поставленный выше вопрос заключается в анимации. Да, мы не можем увидеть ни одного отдельного обновлённого кадра, но мы определённо можем увидеть более плавную последовательность кадров на дисплее смартфона. При обновлении дисплея с частотой 90 Гц при воспроизведении той же анимации отображается в 1,5 раза, или на 50%, больше кадров по сравнению с дисплеем с частотой 60 Гц. В результате дополнительных кадров движение во время анимации выглядит более плавным на дисплее с частотой 90 Гц или 120 Гц.
Это не означает, что более высокая частота обновления экрана влияет на скорость анимации. Думайте об этом как о разнице между просмотром видео, записанного с частотой 24 или 30fps, и 60fps на YouTube.
Минусы высокой частоты обновления
Как частота обновления стала трендом?
Бум спроса на экраны с более высокой частотой обновления начался после запуска OnePlus 7 Pro, что отодвинуло на второй план идеи Sharp и Razer. После OnePlus 7 Pro появились и другие смартфоны с экранами 90 Гц:, Pixel 4 и 4XL, Nubia Red Magic 3, OnePlus 7T и OnePlus 7T Pro, OPPO Reno3 Pro и Realme X2 Pro. ASUS опередила своих конкурентов, представив первый AMOLED-экран с частотой 120 Гц в ROG Phone II, завершив состязание дисплеев с высокой частотой обновления, происходившее в 2019 году.
Эта технология теперь гораздо более распространена на смартфонах, чем на момент запуска OnePlus 7 Pro. Тем не менее, производители устройств говоря о более высокой частоте обновления, не объясняют, что на самом деле приводит к более плавной работе экранов. Ниже мы опишем, как это работает.
Как работает рендеринг на Android?
Как упоминалось ранее, стандартный дисплей смартфона обновляется 60 раз в секунду вместе с кадром. Информация для рисования каждого кадра обрабатывается CPU и GPU и передается со скоростью, зависящей от возможностей устройства. Скорость, с которой ЦП и графический процессор обрабатывают данные и отправляют их на дисплей, называется частотой кадров и выражается в кадрах в секунду (fps). Понятие частоты кадров встречается чаще, чем частота обновления, но их часто путают, считая одним и тем же.
В отличие от частоты обновления экрана, которая в большинстве случаев постоянна для смартфонов, частота кадров варьируется в зависимости от приложения, а также от работы связки CPU-GPU. Экран с частотой 60 Гц способен отображать 60 кадров в секунду. Аналогично, экран с частотой обновления 90, 120 Гц или выше может отображать 90, 120 или более кадров в секунду. Чтобы понять это глубже, нужно разобраться, как дисплей смартфона отображает изображения или кадры.
Буферная очередь гарантирует, что новый кадр или изображение будут отправлены на дисплей, только когда он будет готов отобразить их. Как упоминалось ранее, для стандартного экрана с частотой 60 Гц требуется 16.67 мс для полного обновления. SurfaceFlinger отвечает за то, чтобы кадр оставался на дисплее в течение одного цикла обновления, а следующий выдвигался только по прошествии 16.67 мс.
Весь процесс, начиная от визуализации кадра приложением до кадра, представленного на дисплее, включает пять шагов, которые контролируются так называемым Android Choreographer. Он контролирует рендеринг каждого кадра, оптимизируя время, затрачиваемое на шаг, чтобы обеспечить адекватную работу буфера кадров. Во время Google I / O 2018 инженеры Google подробно рассказали о том, как ОС Android обрабатывает кадр.
Как видите, время обновления для дисплеев с частотой 90, 120 или 144 Гц намного короче по сравнению с дисплеем с частотой 60 Гц, что приводит к более короткой обработке и данных в кадре сервисом Choreographer. Вполне возможно, что приложение или система не смогут удовлетворить требованиям и быстро доставить кадры. В этом случае частота кадров просто сокращается до больших интервалов. К примеру, игра, которая не поддерживает 60 fps, обеспечит 30 кадров в секунду на экране с частотой 60 Гц, чтобы выглядеть плавно, поскольку дисплей ограничен отображением изображений с кратностью 16.6 мс. Это особенно актуально для экранов, которые работают со статической частотой обновления.
Как работает экран со статической частотой обновления 120 Гц?
Частоту кадров можно дополнительно снизить до трёх, четырёх или пяти циклов обновления на кадр, в результате чего частота кадров будет составлять 40 fps (120/3), 30 fps (120/4), 24 fps (120/5) или ниже. Точно так же дисплей, поддерживающий режимы 90 Гц и 120 Гц, может поддерживать более широкий диапазон частот кадров, например 120 fps, 90 fps, 60 fps (120/2), 45 fps (90/2), 40 fps (120/3), 30 fps (90 / 3), 24 fps (120/5) и так далее.
Если скорость, с которой кадры обрабатываются CPU-GPU, не синхронизирована со значениями, указанными выше, можно увидеть торможения или рывки из-за несоответствия частоты кадров и частоты обновления. Несмотря на использование VSYNC, это иногда всё ещё случается и может быть серьезной проблемой для дисплеев со статической частотой обновления. К счастью, подсистема UI в Android использует метод, называемый «опережающий рендеринг», для задержки представления кадра; это может поддерживать пропускную способность на уровне 90 Гц, давая приложению не 10 мс для создания кадра, а 21 мс.
Отдельные чипы для визуального улучшения изображения
Некоторые флагманы также могут поставляться с дополнительным чипом для визуального улучшения. OnePlus 8 Pro и OPPO Find X2 Pro используют чип Iris 5 от Pixelworks. Его можно использовать для ускорения некоторых функций, к примеру, MEMC для более плавного рендеринга изображения, автоматической регулировки яркости, контрастности или баланса белого, масштабирования SDR в HDR или других улучшений качества картинки. Помимо визуальных улучшений, Iris 5 может повысить энергоэффективность устройства за счет разгрузки основного процессора, что приводит к снижению расхода заряда батареи при работе с более высокой частотой обновления.
Как работает экран с высокой частотой обновления?
Визуализированный кадр и данные от процессора или DPU отправляются на контроллер дисплея, который управляет обновлением горизонтальных полос пикселей, тем самым отображая новый кадр.
В случае, если в очереди больше нет входящих кадров (допустим, CPU перегрелся и у него возникли проблемы с последовательной визуализацией кадров) дисплей поддерживает кадр до тех пор, пока не появится новый. Это называется самообновлением панели. Для пользователя этот «прилипший» кадр может показаться зависанием смартфона.
Как указано выше, производители смартфонов должны откалибровать параметры экрана для отображения желаемой яркости, тонов и температуры, значений цветовой гаммы в разных режимах. Аналитики отмечают, что «идеальная калибровка экрана практически недостижима при массовом производстве». Ошибки часто приводят к расхождению в производительности и цветопередаче, что наиболее заметно при более низкой яркости, и именно поэтому в Pixel 4 / 4XL при понижении яркости частота обновления снижается до 60 Гц.
Эти ограничения вынуждают производителей устройств калибровать свои дисплеи только для одного или небольшого количества режимов. Из-за этого ограничения большинство устройств не способны плавно переключаться на более низкую частоту обновления по запросу для снижения энергопотребления. Однако компании Samsung удалось сделать первый OLED-дисплей с поддержкой динамического или переменного переключения частоты обновления.
На смартфонах нечто подобное возможно с помощью запатентованной технологии Qualcomm Q-Sync, которая была впервые представлена в Snapdragon 835. Подобно технологиям, предлагаемым NVIDIA и AMD, Qualcomm Q-Sync позволяет частоте обновления экрана соответствовать частоте кадров, отображаемой CPU-GPU. Первым телефоном, в котором использовалась эта технология, был Razer Phone 2018 года. В нем использовался дисплей UltraMotion с использованием тонкоплёночных транзисторов IGZO, которые не позволяли частично обновлять дисплей, а также помогали более эффективно использовать энергию.
Примечательно, что до сих пор динамическая частота обновления была возможна только на смартфонах с LCD-экранами, но появление Samsung Galaxy Note 20 Ultra создало новый тренд.
В чём плюс адаптивной частоты обновления в Galaxy Note 20 Ultra?
Как объясняет AnandTech, экран Galaxy Note 20 Ultra обновляется с разной скоростью в зависимости от того, какое приложение вы используете. В отличие от традиционных дисплеев, которые обновляются только с определенной частотой, новая панель Samsung поддерживает 10 Гц, 24 Гц, 30 Гц, 60 Гц и 120 Гц, и легко переключается между ними, не влияя на яркость или цветопередачу экрана.
Обычно частота обновления дисплея Galaxy Note 20 Ultra переключается между 60 Гц и 120 Гц в процессе гейминга. Частота остаётся на уровне 24 Гц при просмотре фильмов (из-за кинематографического стандарта 24 кадра в секунду) и уменьшается до 10 Гц при чтении. Нельзя сказать, что дисплей Note 20 Ultra действительно имеет полностью динамическую (переменную) частоту обновления, поскольку для этого потребуется, чтобы частота обновления была на 100% синхронизирована с частотой кадров.
Так как Samsung является ведущим производителем AMOLED-панелей для смартфонов, стоит ожидать, что AMOLED-экраны с адаптивной частотой обновления станут доступны и в предстоящих флагманских устройствах других производителей. Потенциально первым брендом, который использует эту идею, может стать OnePlus, поскольку компания готовится к релизу OnePlus 8T.
А пока предлагаем несколько советов, которые помогут вам максимально эффективно использовать дисплей вашего смартфона.
Как получить максимально возможную частоту обновления на вашем смартфоне?
Каждый смартфон с экраном, частота обновления которого 90, 120 или 144 Гц поставляется с меню настроек, которое позволяет переключаться между поддерживаемыми режимами частоты. Большинство смартфонов с дисплеем 90 Гц позволяют настраивать частоту обновления от 90 Гц до 60 Гц, а смартфоны с дисплеем 120 Гц позволяют выбирать между 120 Гц и 60 Гц. ASUS ROG Phone II и ROG Phone 3 также позволяют выбирать промежуточные интервалы, к примеру, 90 Гц, что позволяет лучше контролировать частоту обновления, а значит и расход батареи.
В то же время в большинстве пользовательских скинов Android частота обновления автоматически уменьшается до 60 Гц, даже если для нее установлено более высокое значение. Уменьшение может варьироваться в зависимости от скина Android. Тогда нужно, чтобы OEM заносил в белый список приложения, которые могут использовать более высокую частоту обновления. Но если вы не хотите, чтобы частота обновления автоматически изменялась в различных условиях, вы можете установить максимально возможное значение на своих устройствах.
Если у вас есть смартфон OnePlus с экраном 90 или 120 Гц, вы можете использовать команду ADB, чтобы разблокировать режим 90 Гц / 120 Гц независимо от приложения (для этого вам нужно установить ADB на свой компьютер). Эта команда ADB поддерживается в OnePlus 7 Pro, OnePlus 7T, OnePlus 7T Pro, OnePlus 8, OnePlus 8 Pro и OnePlus Nord. Кроме того, вы можете использовать приложение AutoHz от arter97, чтобы установить отдельную частоту обновления для каждого приложения.
Аналогичная настройка существует в Realme X2 Pro и других смартфонах Realme и OPPO с дисплеями с высокой частотой обновления. Но вам понадобятся root-права, чтобы устанавливать более высокую частоту обновления для каждого конкретного приложения. В настройках Google Pixel 4 и Pixel 4 XL можно обнаружить опцию «Принудительная частота обновления 90 Гц» в параметрах разработчика.
Как разогнать экран вашего смартфона?
Кроме указанных выше способов увеличения частоты обновления, вы можете разогнать дисплей своего смартфона. Это работает на некоторых устройствах Xiaomi. Например, вы можете разогнать Xiaomi Mi 9 до 84 Гц, Redmi K20 Pro (Mi 9T Pro) до 69 Гц, а также другие устройства, работающие на фирменной оболочке MIUI, до 69 Гц на Android 10 и до 75 Гц на Android 9 Pie.
Прежде чем запускать этот процесс, следует осознать риски, связанные с разгоном дисплея смартфона. Это может увеличить его перегрев и привести к необратимым повреждениям.
Частота обновления экрана стала важным маркетинговым ходом для многих производителей смартфонов. Хотя частота обновления выше 60 Гц – это средство более плавного взаимодействия с пользователем, она всё чаще рассматривается как индикатор более высокого качества отображения. На самом деле, частота обновления 90, 120 Гц или выше не обязательно означает, что дисплей действительно высокого качества. Его качество напрямую зависит от технологии производства панели, калибровки и оптимизации на программном и аппаратном уровне.
Надеемся, что эта статья поможет вам понять смысл и важность высокой частоты обновления.