Anzeigeverzögerung - Display lag

Anzeigeverzögerung ist ein Phänomen , das mit einigen Arten von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) wie Smartphones und Computern und fast allen Arten von hochauflösenden Fernsehern (HDTVs) verbunden ist. Es bezieht sich auf die Latenz oder Verzögerung, gemessen als Differenz zwischen der Zeit, die ein Signaleingang vorliegt, und der Zeit, die der Eingang benötigt, um auf dem Bildschirm angezeigt zu werden. Diese Verzögerungszeit wurde mit 68 ms gemessen oder entspricht 3-4 Frames auf einem 60- Hz- Display. Die Anzeigeverzögerung ist nicht mit der Pixelreaktionszeit zu verwechseln . Derzeit geben die meisten Hersteller keine Spezifikationen oder Informationen zur Anzeigelatenz auf den von ihnen hergestellten Bildschirmen an.

Analoge vs. digitale Technologie

Bei älteren analogen Kathodenstrahlröhren- (CRT-)Technologien ist die Anzeigeverzögerung aufgrund der Natur der Technologie, die nicht in der Lage ist, Bilddaten vor der Anzeige zu speichern, extrem gering. Das Bildsignal wird intern minimal verarbeitet, einfach für die Demodulation von einer Hochfrequenz (RF) -Trägerwelle (für Fernseher) und dann in separate Signale für die roten, grünen und blauen Elektronenkanonen und für das Timing der Vertikalen aufgespalten und horizontale Synchronisierung. Bildanpassungen beinhalten in der Regel das Umformen der Signalwellenform, jedoch ohne Speicherung, sodass das Bild so schnell auf den Bildschirm geschrieben wird, wie es empfangen wird, mit nur Nanosekunden Verzögerung, damit das Signal die Verkabelung im Gerät vom Eingang zum Bildschirm durchläuft.

Für moderne digitale Signale wird eine beträchtliche Computerverarbeitungsleistung und Speicherkapazität benötigt, um ein Eingangssignal für die Anzeige vorzubereiten. Entweder für Over-the-Air- oder Kabelfernsehen werden die gleichen analogen Demodulationstechniken verwendet, aber danach wird das Signal in digitale Daten umgewandelt, die mit dem MPEG-Codec dekomprimiert und in eine Bildbitmap gerendert werden müssen, die in a . gespeichert ist Rahmenpuffer .

Bei Anzeigemodi mit progressiver Abtastung stoppt die Signalverarbeitung hier und der Bildspeicher wird sofort in das Anzeigegerät geschrieben. In seiner einfachsten Form kann diese Verarbeitung mehrere Mikrosekunden dauern.

Bei Interlaced-Videos wird häufig eine zusätzliche Verarbeitung angewendet, um das Bild zu deinterlacen und es klarer oder detaillierter erscheinen zu lassen, als es tatsächlich ist. Dies geschieht durch Speichern mehrerer Zeilensprungbilder und anschließendes Anwenden von Algorithmen, um Bewegungs- und Stillebereiche zu bestimmen und um Zeilensprungbilder entweder zum Glätten zusammenzuführen oder zu extrapolieren, wo Pixel in Bewegung sind, der resultierende berechnete Bildpuffer wird dann in die Anzeigevorrichtung geschrieben.

De-Interlacing führt zu einer Verzögerung, die nicht kürzer sein darf als die Anzahl der zu Referenzzwecken gespeicherten Frames plus einer zusätzlichen variablen Periode zum Berechnen des resultierenden extrapolierten Frame-Puffers.

Ursachen der Anzeigeverzögerung

Während die Pixelreaktionszeit des Displays in der Regel in dem Monitor Spezifikationen aufgeführt ist, werben keine Hersteller die Anzeige Verzögerung ihres Displays, wahrscheinlich , weil die Trendanzeige Verzögerung zu erhöhen , wurde als Hersteller , bevor es mehr Möglichkeiten , um Prozesseingabe auf der Anzeigeebene finden wird gezeigt. Mögliche Übeltäter sind der Verarbeitungsaufwand von HDCP , Digital Rights Management (DRM) und auch DSP- Techniken, die zur Reduzierung von Ghosting- Effekten eingesetzt werden  – und die Ursache kann je nach Displaymodell variieren. Untersuchungen wurden von mehreren technologiebezogenen Websites durchgeführt, von denen einige am Ende dieses Artikels aufgeführt sind.

LCD-, Plasma- und DLP-Displays haben im Gegensatz zu CRTs eine native Auflösung . Das heißt, sie haben ein festes Pixelraster auf dem Bildschirm, das das Bild am schärfsten zeigt, wenn es mit der nativen Auflösung läuft (also muss nichts in voller Größe skaliert werden, was das Bild verwischt). Um nicht-native Auflösungen anzuzeigen, müssen solche Displays Videoscaler verwenden , die in die meisten modernen Monitore eingebaut sind. Beispielsweise muss ein Display mit einer nativen Auflösung von 1600 x 1200, das ein Signal von 640 x 480 liefert, Breite und Höhe um das 2,5-fache skalieren, um das vom Computer bereitgestellte Bild auf den nativen Pixeln anzuzeigen. Um dies zu erreichen und gleichzeitig so wenig Artefakte wie möglich zu erzeugen , ist eine fortschrittliche Signalverarbeitung erforderlich, die eine Quelle für eingeführte Latenz sein kann. Interlaced- Videosignale wie 480i und 1080i erfordern einen Deinterlacing- Schritt, der Verzögerungen hinzufügt. Anekdotisch ist die Anzeigeverzögerung erheblich geringer, wenn Anzeigen in nativen Auflösungen für einen bestimmten LCD-Bildschirm und in einem progressiven Scanmodus arbeiten. Es hat sich auch gezeigt, dass externe Geräte die Gesamtlatenz reduzieren, indem sie schnellere Algorithmen zur Größenänderung des Bildraums bereitstellen, als sie im LCD-Bildschirm vorhanden sind. In der Praxis würde dies die internen und externen Latenzen stapeln.

Viele LCDs verwenden auch eine Technologie namens "Overdrive", die mehrere Frames im Voraus puffert und das Bild verarbeitet, um Unschärfe und Schlieren durch Geisterbilder zu reduzieren. Der Effekt ist, dass alles einige Frames nach der Übertragung durch die Videoquelle auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Testen auf Anzeigeverzögerung

Die Anzeigeverzögerung kann mit einem Testgerät wie dem Video Signal Input Lag Tester gemessen werden. Trotz seines Namens kann das Gerät den Input-Lag nicht eigenständig messen. Es kann nur Input-Lag und Reaktionszeit zusammen messen.

In Ermangelung eines Messgeräts kann die Messung mit einer Testanzeige (die gemessene Anzeige), einer Kontrollanzeige (normalerweise eine CRT ) mit idealerweise vernachlässigbarer Anzeigeverzögerung, einem Computer, der eine Ausgabe auf die beiden Anzeigen spiegeln kann, einer Stoppuhr- Software durchgeführt werden , und eine Hochgeschwindigkeitskamera zeigte auf die beiden Displays, auf denen das Stoppuhrprogramm läuft. Die Verzögerungszeit wird gemessen, indem ein Foto der Displays, auf denen die Stoppuhr-Software ausgeführt wird, aufgenommen wird, und dann die beiden Zeiten auf den Displays im Foto subtrahiert werden. Diese Methode misst nur den Unterschied in der Anzeigeverzögerung zwischen zwei Anzeigen und kann nicht die absolute Anzeigeverzögerung einer einzelnen Anzeige bestimmen. CRTs werden vorzugsweise als Kontrollanzeige verwendet, da ihre Anzeigeverzögerung normalerweise vernachlässigbar ist. Die Videospiegelung garantiert jedoch nicht, dass das gleiche Bild zum gleichen Zeitpunkt an jedes Display gesendet wird.

In der Vergangenheit galt es als allgemein bekannt, dass die Ergebnisse dieses Tests exakt waren, da sie leicht reproduzierbar schienen, selbst wenn die Displays an verschiedenen Anschlüssen und unterschiedlichen Karten angeschlossen waren, was darauf hindeutete, dass der Effekt auf das Display zurückzuführen ist und nicht das Computersystem. Eine eingehende Analyse, die auf der deutschen Website Prad.de veröffentlicht wurde, ergab, dass diese Annahmen falsch waren. Mittelungsmessungen wie oben beschrieben führen zu vergleichbaren Ergebnissen, da sie die gleiche Menge an systematischen Fehlern enthalten. Wie in verschiedenen Monitortests zu sehen ist, unterscheiden sich die so ermittelten Werte für den Display-Lag für ein und dasselbe Monitormodell um bis zu 16 ms oder mehr.

Um die Auswirkungen asynchroner Anzeigeausgaben zu minimieren (die Zeitpunkte, zu denen ein Bild auf jeden Monitor übertragen wird, oder die tatsächlich verwendete Frequenz für jeden Monitor ist unterschiedlich), muss eine hochspezialisierte Softwareanwendung namens SMTT oder eine sehr komplexe und teure Testumgebung verwendet werden verwendet werden.

Mehrere Ansätze zur Messung des Display-Lags wurden auf leicht veränderte Weise neu gestartet, aber immer noch alte Probleme wieder eingeführt, die bereits durch das zuvor erwähnte SMTT gelöst wurden. Ein solches Verfahren beinhaltet das Anschließen eines Laptops an einen HDTV über eine Composite-Verbindung und das Ausführen eines Timecodes, der gleichzeitig auf dem Bildschirm des Laptops und dem HDTV angezeigt wird, und das Aufzeichnen beider Bildschirme mit einem separaten Videorecorder. Wenn das Video beider Bildschirme angehalten wird, wurde die auf beiden Bildschirmen angezeigte Zeitdifferenz als Schätzung für die Anzeigeverzögerung interpretiert. Trotzdem ist dies fast identisch mit der Verwendung von gelegentlichen Stoppuhren auf zwei Monitoren mit einem "Clone View"-Monitor-Setup, da es sich nicht um die fehlende Synchronisation zwischen dem Composite-Videosignal und der Anzeige des Laptop-Bildschirms oder deren Anzeigeverzögerung kümmert Bildschirm oder das Detail, dass die vertikale Bildschirmaktualisierung der beiden Monitore immer noch asynchron und nicht miteinander verknüpft ist. Auch wenn im Treiber der Grafikkarte V-Sync aktiviert ist, werden die Videosignale des analogen und des digitalen Ausgangs nicht synchronisiert. Daher ist es unmöglich, eine einzelne Stoppuhr für die Messung der Anzeigeverzögerung zu verwenden, wenn sie jedoch von einem Timecode oder einer einfachen Stoppuhranwendung erstellt wird, da dies immer einen Fehler von bis zu 16 ms oder mehr verursacht.

Auswirkungen der Anzeigeverzögerung auf Benutzer

Die Anzeigeverzögerung trägt zur Gesamtlatenz in der Schnittstellenkette der Benutzereingaben (Maus, Tastatur usw.) über die Grafikkarte zum Monitor bei. Je nach Monitor wurden Anzeigeverzögerungen zwischen 10-68 ms gemessen. Die Auswirkungen der Verzögerung auf den Benutzer hängen jedoch von der eigenen Sensibilität jedes Benutzers dafür ab.

Die Anzeigeverzögerung ist bei Spielen (insbesondere älteren Videospielkonsolen) am auffälligsten, wobei verschiedene Spiele die Wahrnehmung der Verzögerung beeinflussen. Zum Beispiel in World of Warcraft ‚s PvE , eine geringe Eingangsverzögerung ist nicht so kritisch im Vergleich zu PvP , oder zu anderen Spielen begünstigen schnelle Reflexe wie Counter-Strike . Rhythmusbasierte Spiele wie Guitar Hero erfordern ebenfalls ein genaues Timing; Die Anzeigeverzögerung erzeugt einen merklichen Versatz zwischen der Musik und den Aufforderungen auf dem Bildschirm. Bemerkenswert ist, dass viele Spiele dieser Art eine Option enthalten, die versucht, die Anzeigeverzögerung zu kalibrieren. Am stärksten betroffen sind wohl Kampfspiele wie Street Fighter , Super Smash Brothers Melee und Tekken , da sie möglicherweise Bewegungseingaben in extrem engen Ereignisfenstern erfordern, die manchmal nur 1 Frame oder 16,67 ms auf dem Bildschirm dauern.

Durch die Annahme einer gaußschen menschlichen Reaktionszeit auf ein bestimmtes Ereignis im Spiel wird es möglich, den Effekt der Verzögerung in Form von Wahrscheinlichkeiten zu diskutieren. Bei einer verzögerungsfreien Anzeige hat ein Mensch eine gewisse Wahrscheinlichkeit, seine Eingabe innerhalb eines Frame-Fensters zu landen. Da Videospiele mit diskreten Frames arbeiten, führt das Fehlen des letzten Frames des Fensters selbst um 0,1 ms dazu, dass eine Eingabe einen vollen Frame später interpretiert wird. Aus diesem Grund beeinflusst jede Verzögerung die Fähigkeit eines Menschen, ein bestimmtes Zeitfenster zu treffen. Die Schwere dieses Aufpralls ist eine Funktion der Position und Varianz der Reaktion eines Menschen auf einen visuellen Hinweis, des Ausmaßes der eingeführten Verzögerung und der Größe des Zeitfensters. Bei einem sehr großen Fenster von 30 Frames hätte ein Mensch beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit von 99,99 %, dieses Fenster zu treffen. Durch die Einführung eines Verzögerungsframes würde die Fähigkeit des Menschen, das 30-Frame-Fenster zu erreichen, wahrscheinlich im Bereich von 99,99 % bleiben (vorausgesetzt, der Mensch reagiert irgendwo in der Mitte des Fensters). Bei einem kleineren Fenster von beispielsweise 2 Frames wird der Effekt der Verzögerung jedoch viel signifikanter. Unter der Annahme, dass die Reaktion des Menschen auf das 2-Frame-Fenster zentriert ist und der Übermensch eine Chance von 99,99% hat, das Fenster zu treffen, führt die Einführung eines vollen Frames der Verzögerung dazu, dass die Erfolgsrate auf etwa 50% sinkt.

Wenn der Controller des Spiels zusätzliches Feedback erzeugt (Grollen, der Lautsprecher der Wii-Fernbedienung usw.), dann wird die Anzeigeverzögerung dazu führen, dass dieses Feedback nicht genau mit den Bildern auf dem Bildschirm übereinstimmt, was möglicherweise zu zusätzlicher Orientierungslosigkeit führt (z einen Bruchteil einer Sekunde rumpeln, bevor er gegen eine Wand prallt).

Auch Fernsehzuschauer können betroffen sein. Wenn ein Heimkino-Receiver mit externen Lautsprechern verwendet wird, führt die Anzeigeverzögerung dazu, dass der Ton früher gehört wird, als das Bild zu sehen ist. "Frühes" Audio ist irritierender als "spätes" Audio. Viele Heimkino-Receiver verfügen über eine manuelle Audioverzögerungseinstellung, die eingestellt werden kann, um die Anzeigelatenz zu kompensieren.

Lösungen

Spielmodus

Viele Fernsehgeräte, Scaler und andere Consumer-Display-Geräte bieten heute einen sogenannten "Spielmodus", in dem die für zusätzliche Verzögerung verantwortliche umfangreiche Vorverarbeitung gezielt geopfert wird, um die Latenz zu verringern, aber nicht zu eliminieren. Obwohl diese Funktion normalerweise für Videospielkonsolen gedacht ist, ist sie auch für andere interaktive Anwendungen nützlich. Ähnliche Optionen sind aus dem gleichen Grund seit langem auf Heim-Audio-Hardware und -Modems verfügbar . Der Anschluss über ein VGA-Kabel oder eine Komponente sollte bei vielen Fernsehern wahrnehmbare Eingangsverzögerungen eliminieren, selbst wenn sie bereits über einen Spielemodus verfügen. Eine erweiterte Nachbearbeitung ist bei analogen Verbindungen nicht vorhanden und das Signal wird ohne Verzögerung übertragen.

Eingang umbenennen

Ein Fernsehgerät kann über einen Bildmodus verfügen, der die Anzeigeverzögerung für Computer reduziert. Einige Samsung- und LG-Fernseher reduzieren automatisch die Verzögerung für einen bestimmten Eingangsport, wenn der Benutzer den Port in "PC" umbenennt.

Anzeigeverzögerung im Vergleich zur Reaktionszeit

LCD-Bildschirme mit einem hohen Reaktionszeitwert liefern oft kein zufriedenstellendes Erlebnis beim Betrachten von sich schnell bewegenden Bildern (sie hinterlassen oft Streifen oder Unschärfe; sogenannte Geisterbilder ). Ein LCD-Bildschirm mit sowohl hoher Reaktionszeit als auch erheblicher Anzeigeverzögerung ist jedoch ungeeignet, um schnelle Computerspiele zu spielen oder schnelle hochpräzise Operationen auf dem Bildschirm auszuführen, da der Mauszeiger hinterherhinkt. Hersteller geben nur die Reaktionszeit ihrer Displays an und informieren Kunden nicht über den Display-Lag-Wert, der je nach ausgewählten Bildschirmoptionen variieren kann.

Siehe auch

Verweise

Externe Links