Képkockaszám, frissítési frekvencia

Sokak számára biztos tökéletesen világos a két fogalom közötti különbség. Mégis úgy gondoltuk, hogy nem árt néhány bekezdést szentelnünk a képkockaszám vagy képfrekvencia (frame rate) és a képfrissítési frekvencia (refresh rate) közötti különbségtételnek. A téma aktualitását az adja, hogy folyamatosan emelkedik a PC monitorok, különösképpen a gamer monitorok frissítési frekvenciája. Az egyik neves monitorgyártó éppen most hozott ki egy 240 Hz frissítésű monitort.

A frame rate (képkockaszám, képfrekvencia) 

Köztudomású, hogy a mozgóképet – legyen annak forrása film, videó, televíziós adás vagy számítógépes/konzolos játék – látórendszerünk állóképek sorozatából rakja össze. A kamerával felvett (és elektronikusan feldolgozott, rögzített, továbbított, lejátszott), vagy számítógéppel generált képek másodpercenkénti számát szokás képkockaszámnak, képfrekvenciának vagy frame rate-nek nevezni. Mértékegysége a kép/s, ennek angol megfelelője az fps (frame per second).

A képkockák időtartama a legtöbb képforrás esetében ugyanakkora, és másodpercenként ugyanannyi képkocka „jön ki” a forrásból, így állandó vagy fix frame rate-ről beszélhetünk. Ez nem így van a játékok esetében, ahol általános esetben a grafikus kártya pillanatról pillanatra változó hosszúságú képkockákat generál (renderel), aminek következtében maga a frame rate is változó. Ami fontos: a frame rate eltérő információtartalmú képek sorozatára, illetve ezek másodpercenkénti számára vonatkozik.

A magyar képkocka, és az angol frame elnevezés is a filmtechnikából jött, ahol fizikailag is valódi képkockák készültek a felvétel során. Mint köztudott, a film képfrekvenciája, frame rate-je hagyományosan 24 kép/s. 2013-ban ugyan elkészült az első 48 kép/s frame rate-tel rögzített digitális film (Unexpected Journey), idén pedig megjelenik az első 120 kép/s-os játékfilm (Billy Lynn’s Long Halftime Walk), de a filmek elsöprő többsége – ma már persze digitális mozikamerával, nem pedig filmes kamerával – most is 24 kép/s frame rate-tel készül.

A 24 kép/s-os képforrás (film, digitális film) megjelenítésének érdekességeiről egy külön írásban beszélünk, most csak arra érdemes utalni, hogy a filmes vetítőgépek, ahol még egyáltalán vannak, minden egyes filmkockát másodpercenként kétszer vagy háromszor villantanak be. Ha ezt nem tennék, a vetített kép zavaró villogását érzékelnénk. A filmkockák ismétlésének következménye, hogy a „megjelenítési gyakoriság”, azaz a „frissítési frekvencia” (lásd a következő bekezdést) a filmes vetítőgépek esetében 48 Hz vagy 72 Hz, miközben az egymástól különböző képkockák másodpercenkénti száma továbbra is 24 fps. Ez talán szemléletesebbé teszi a frame rate és a refresh rate közötti különbséget.

A refresh rate (frissítési frekvencia) 

Ha röviden akarunk fogalmazni, akkor ez a szám (általában Hz-ekben megadva) azt mondja meg nekünk, hogy egy adott kijelző eszköz – legyen az monitor, projektor, televízió vagy másfajta kijelző/megjelenítő – másodpercenként hányszor tud képet kirajzolni a képernyőn, függetlenül attól, hogy milyen a bemeneti jel frame rate-je, azaz képfrekvenciája. Ha a bemeneti frame rate nagyobb a beállítható legnagyobb frissítési frekvenciánál, akkor a kijelző vagy egyszerűen nem tudja megjeleníteni a képet, vagy pedig a fölös kockákat „eldobja”, illetve a PC játékok esetében képtörés következik be, ha a függőleges szinkron nincs bekapcsolva. Mivel a számítógéppel renderelt képet kivéve, a kijelző bemenetén a frame rate nem haladja meg a 60 fps-t, az előbbi eset csak kivételesen fordul elő a minimum 60 Hz frissítésű LCD monitoroknál (leszámítva persze a számítógépes játékokat).

A frissítési frekvenciánál kisebb frame rate esetében a kijelző ugyanazt a képkockát kétszer vagy többször is megjelenítheti, ez esetben az ismételt képkockák ugyanazt a képinformációt tartalmazzák, tehát az eredeti frame rate valójában nem változik meg. Mozgászavarok azonban jelentkezhetnek, ha a frissítési frekvencia nem egész számú többszöröse a frame rate-nek, de az elektronika elvégezte a “felkonvertálást” (pl. 3:2 pull-down: 24 fps-os kép megjelenítése 60 Hz-es frissítéssel).

A mozgásproblémára lehet egy – igaz, sokak által kifogásolt – megoldás, hogy az elsődleges képjel forrása és a kijelző közötti elektronika két szomszédos képkocka közé beiktat egy vagy több plusz képkockát, amelyek információtartama köztes jellegű: egy algoritmus több-kevesebb sikerrel kiszámolja, hogy milyen lett volna a plusz képkockák tartalma, ha tényleg elkészültek volna a felvétel során. Ezt nevezik képinterpolációnak, amit a televíziókba szokás (kikapcsolható módon) beépíteni, de némelyik monitorban is előfordul (esetleg PC-vel is elvégeztethető). Az eredmény a folyamatosabb mozgás „élménye”, amit azonban sokan utálnak, van, aki szereti, és van, aki észre sem veszi a hatását (szappanopera effektus). Kifejezetten gyors mozgásokat tartalmazó speciális mozgóképen (pl. sportközvetítések) a képinterpoláció sokat javíthat a mozgásreprodukción.

Meg kell jegyeznünk, hogy a képinterpoláció nyomán a kijelzőre már megváltozott képfrekvenciájú jel kerül, hiszen az interpolált képkockák új (bár mesterséges, utólag előállított) információtartalmat hordoznak, így a frame rate már nem ugyanaz lesz, mint az eredeti forrásé.

Az átlagos PC monitorok szokásos frissítési frekvenciája manapság 60 Hz (kivéve a játékra szánt monitorokét), ami az LCD monitoroknál tökéletesen elegendő a villogásmentes megjelenítéshez – feltéve, hogy a monitor nem használ drasztikus mértékű háttérvilágítási-időcsökkentő és mozgáselmosódás-javító technikát (pl. LightBoost), ami a CRT-hez hasonló villogást okoz, mert akkor a 60 Hz kevés lehet. Az LCD “sample and hold” működése miatti mozgáselmosódás egyébként pusztán a frissítési frekvencia emelésével is arányosan csökken.

Mint jeleztük, éppen mostanában egyre több 120 Hz-es, és ennél is nagyobb (144 Hz, 165 Hz, 180 Hz, 200 Hz, sőt 240 Hz) frissítési frekvenciájú monitor jelenik meg az egyre fejlettebb és gyorsabb játékokat játszó hardcore játékosok számára. A megadott frekvenciaértékek gyakran azt jelentik, hogy a monitor natív maximális frissítését fel lehet „húzni” nagyobb értékre (overclock). A nagy frissítési frekvenciákat akkor mondjuk „valódinak”, ha a bemeneten a monitor fogadni és feldolgozni tudja a hasonló képfrekvenciájú képtartalmat. Ez természetesen csak számítógépből kiadott jel lehet, hiszen semmilyen egyéb forrásból jelenleg nem kapunk még 120 kép/s-os képet sem (kivéve a nagysebességű videokamerákat, de ez nem ide tartozik).

A PC-játékok frame rate-je és a monitor frissítése

A monitorok frissítési frekvenciája egészen pár évvel ezelőttig fix érték volt, bár ezt a fix értéket gyakran át lehet állítani egy másik fix értékre (pl. 60 Hz-ről 80 Hz-re), de természetesen “menet közben” nem lehet változtatni. A fix frissítési frekvencia ma is általános mind a szokásos irodai munkára szánt, mind a professzionális célokra szolgáló (pl. grafikai munka, nyomdai előkészítés, videoszerkesztés stb.), nem beszélve a filmnézésről vagy fényképek feldolgozásáról.

Hosszú ideig a PC-játékok (játékosok) is megelégedtek a fix, bár 60 Hz-nél lehetőleg nagyobb frissítési frekvenciával. Említettük, hogy a játékok folyton változó frame rate-tel futnak, amelynek maximuma persze függ a PC erejétől (CPU, alaplap, GPU, grafikus memória), plusz a játékok bizonyos kiinduló beállításaitól, és persze attól, hogy hogyan programozták a konkrét játékot. A fix frissítési frekvencia és a változó frame rate értelemszerűen megjelenítési anomáliákhoz vezet, amelyek feloldására a grafikus kártyák két rivális fejlesztője, az Nvidia és az AMD komoly erőfeszítéseket tett, és ennek mára már láthatjuk az eredményét.

De maradjunk még egy percre a fix frissítési frekvenciánál. Kézenfekvő azt mondani, hogy a függőleges szinkront bekapcsolva (V-Sync ON) próbáljuk meg szinkronban tartani a frame rate-et a frissítéssel. A játék azonban hol lelassul, hol felgyorsul. Amikor a frame rate meghaladja a frissítési frekvenciát, a GPU-nak vissza kell tartania képkockákat, ami a késleltetést (lag) növeli. (A 120 Hz-es vagy ennél nagyobb frissítési frekvenciák mellett ennek csökken a jelentősége.)

Ha azonban a frame rate éppen csökken, a GPU még nem tudja küldeni a következő kockát, amikor egy adott kocka kirajzolása már befejeződött. A GPU-nak valamit küldenie kell, ezért ugyanazt az adott kockát küldi még egyszer (esetleg többször) – a monitor tehát kétszer (vagy többször) rajzolja ugyanazt a képkockát. Ez a kép akadozásához, a mozgás egyenetlenségéhez vezet (stuttering). Nagy frissítési frekvencia mellett ez a jelenség alig vagy egyáltalán nem zavaró. Kivéve, ha a gép nem képes legalább közelítőleg tartani a szinkront a frissítéssel, ami éppen a nagyobb frissítési frekvenciáknál fordulhat elő, ha nem elég erős a PC.

Ha a kötött szinkron miatt zavaró a kép akadása vagy a késleltetés, akkor marad a függőleges szinkron kikapcsolása (V-Sync OFF), ahogy azt sok játékos megteszi, azonban ennek is van nem kívánt hatása a megjelenítésre. Miután így a szinkron megszűnik, a GPU az egymás utáni képkockákat az elkészülés változó ütemében küldi ki a monitornak. Ha pl. egy adott kocka kirajzolása a monitoron még nem fejeződött be, de a következő kocka renderelése már megtörtént, a monitor ezt az információt azonnal megkapja, és a kép kirajzolása ennek megfelelően – egy másik frame tartalma alapján – folytatódik. A következmény az ún. képtörés (tearing), amit a játékosok jól ismernek.

tearing1

Képtörés a függőleges szinkron (V-Sync) kikapcsolása esetén

Összefoglalva: fix frissítési frekvencia mellett a függőleges szinkront bekapcsolva vagy kikapcsolva is felléphetnek zavaró mozgáshibák.

A monitor fix frissítési frekvenciája és a változó frame rate problémájára azonban van „igazi” megoldás, éspedig az ún. adaptív szinkron, a monitor teljes frissítési ciklusának dinamikus változtatása a változó frame rate ütemében. A teljes frissítési cikluson itt azt értjük, hogy az aktív „pásztázási” időn kívül, ami a bal felső pixel frissítésétől a jobb alsó pixel frissítéséig eltelik (és amit nem lehet változtatni), van egy kioltási periódus is (vertical blanking interval), amely a teljes frissítési időbe beleszámít. Normál esetben (fix frissítési frekvencia) a kioltási idő kb. 0,5 és 1 ms közötti, a felbontástól függően. Egészen a közelmúltig ezt a VESA szabványok határozták meg.

Nos, ennek a függőleges kioltási intervallumnak a kellően széles határok közötti változtatásával a monitor „rávehető”, hogy alkalmazkodjon a pillanatnyi frame rate-hez, tehát végső soron ne legyen meghatározott, fix frissítési frekvenciája, miközben egy kép tényleges megjelenítési időtartama nem változik a frissítés alatt. Az elgondolás nagyon szellemes, ugyanakkor kézenfekvő, így inkább azon kell csodálkoznunk, hogy nem korábban születtek meg a konkrét megoldások.

A fenti elvet alkalmazza az Nvidia 2014-ben kihozott G-Sync technikája, és az AMD nem egészen egy évvel később bejelentett FreeSync megoldása is, mely utóbbi a VESA korábbi Adaptive-Sync szabványán alapul, annak egyfajta bővítése. Természetesen mindkét módszernek vannak korlátai, a G-Sync 30 Hz és 144 Hz között működik, a FreeSync-nél pedig négy frekvenciaszegmensben tudja változtatni a frissítést (9 és 60 Hz, 17 és 120 Hz, 21 és 140 Hz, és 36 és 240 Hz között).

NVIDIA_G-Sync

Az Nvidia G-Sync kártyája, amely a G-Sync-képes monitorokba van beépítve

A G-Sync és a FreeSync között – a hasonló alapelv mellett – van néhány fontos különbség. A G-Sync-hez a monitorba épített külön célhardver szükséges, a FreeSync szoftveresen old meg mindent. A G-Sync felhasználása licenszdíjhoz kötött, a FreeSync-ért nem kell fizetni a gyártóknak stb. További részletek a két rivális technológiáról egy másik cikkben olvashatók.

Alvares

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.