Dlaczego częstotliwość odświeżania monitora jest ważna?

Coraz powszechniejszą cechą zarówno monitorów komputerów, jak i ekranów telefonów komórkowych jest wysoka częstotliwość odświeżania. Monitory w rzeczywistości nie pokazują ruchomych obrazów, wyświetlają serię nieruchomych obrazów. Koncepcja jest podobna do tej z flipbooka, jeśli wystarczająco szybko pokazujesz wystarczająco dużo obrazów, twoje oczy postrzegają wynik jako ruchomy obraz.

Częstotliwość odświeżania monitora i częstotliwość klatek ruchomego obrazu są mierzone w Hz (hercach) lub FPS (klatkach na sekundę). Jednostki są zasadniczo wymienne, ponieważ są tą samą miarą „zmian na sekundę”. Pomimo tego, że jednostki są takie same, częstotliwość odświeżania monitora jest zwykle mierzona w hercach, podczas gdy ruchome obrazy zwykle używają obu jednostek.

Badania wykazały, że przy szybkości klatek poniżej dziesięciu do dwunastu klatek na sekundę ludzkie oko postrzega poszczególne obrazy. Przy większej liczbie klatek wyświetlanych na sekundę obraz jest postrzegany jako poruszający się, chociaż widz może nadal uważać ruch za nierówny.

Wspólne częstotliwości odświeżania

Współczesny materiał telewizyjny jest zwykle nagrywany i wyświetlany z częstotliwością 50 Hz lub 59,94 Hz. Dzieje się tak, ponieważ kamery telewizyjne zostały opracowane w celu dostosowania częstotliwości zasilania sieciowego. W większości krajów jest to 50 Hz, jednak w USA, Kanadzie, Japonii i Korei Południowej sieć elektryczna działa z częstotliwością 60 Hz.

W krajach, w których stosuje się zasilanie sieciowe 60 Hz, po wprowadzeniu telewizji kolorowej w telewizorach czarno-białych odbierających sygnały telewizji kolorowej wykryto problem wizualny zwany „pełzaniem punktów”. Odkryto, że zmniejszenie liczby klatek na sekundę sygnału telewizji kolorowej o 0,1% do 59,94 FPS znacznie zmniejszyło problem. Od tego czasu zmniejszona liczba klatek na sekundę utknęła, mimo że nie jest już potrzebna.

Im niższa liczba klatek na sekundę, tym rzadziej obraz jest aktualizowany, co powoduje, że cały ruch wydaje się drgać lub zacinać. Efekt ten jest szczególnie zauważalny w scenach filmowych, w których występuje bardzo szybki ruch lub ujęcia z szybkim panoramowaniem, ponieważ filmy są zwykle nagrywane z szybkością 24 kl./s.

Wskazówka: stosunkowo dobrze znanym tego przykładem jest pojawienie się łopat wirnika helikoptera w filmach. Przy odpowiedniej częstotliwości odświeżania łopaty wirnika helikoptera wydają się poruszać bardzo wolno lub stać nieruchomo. Dzieje się tak, ponieważ prędkość obrotowa łopat wirnika jest idealnie lub prawie idealnie zsynchronizowana z liczbą klatek na sekundę kamery. W przypadku nagrywania i wyświetlania wideo z wyższą częstotliwością odświeżania efekt ten można zmniejszyć i wyeliminować.

W przypadku konkurencyjnych gier komputerowych monitor o szybszej częstotliwości odświeżania może zapewnić przewagę wydajności. . Dzieje się tak, ponieważ przy wyższych częstotliwościach odświeżania kluczowe zdarzenia, takie jak wróg poruszający się za rogiem, są wyświetlane ułamki sekundy szybciej niż na monitorze o niższej częstotliwości odświeżania. Płynniejszy ruch ułatwia również przewidywanie dokładnego miejsca, w którym należy celować, aby trafić w cel.

Aby spełnić to zapotrzebowanie na monitory o wysokiej częstotliwości odświeżania, stosunkowo często można znaleźć monitory obsługujące częstotliwości odświeżania do 120, 144 i 240 Hz. Na targach CES w 2020 r. ogłoszono, że najszybszy monitor będzie miał częstotliwość odświeżania 360 Hz.

Problemy związane z monitorem wysokiej częstotliwości odświeżania

Częstotliwość odświeżania monitora zazwyczaj wymaga również, aby odtwarzany materiał miał tę samą wysoką częstotliwość odświeżania, aby osiągnąć najlepsze wyniki. W przypadku archiwów wideo i filmowych niemożliwe jest ponowne nagranie zawartości z większą liczbą klatek na sekundę, dlatego czasami używana jest technika zwana interpolacją klatek. Interpolacja klatek zasadniczo podwaja szybkość klatek, wstawiając nową klatkę między każdym obrazem, ta nowa klatka jest oparta na oryginalnej klatce zarówno przed, jak i po niej. Może to pomóc starszym filmom wyglądać znacznie płynniej, ale wymaga wstępnego przetworzenia materiału lub wystarczającej mocy obliczeniowej urządzenia wyświetlającego, aby przeprowadzić przetwarzanie w czasie rzeczywistym.

Interpolacja klatek działa najlepiej, gdy nowa częstotliwość wyświetlania klatek jest wielokrotnością oryginalnej. Na przykład, jeśli oryginalny materiał został nagrany z szybkością 30 kl./s i był interpolowany do 60 kl./s, to dla każdej prawdziwej klatki należy interpolować pojedynczą klatkę. Jeśli jednak docelowa liczba klatek na sekundę wynosi 50 fps , proces staje się znacznie trudniejszy, ponieważ tylko dwie na każde trzy klatki wymagają klatki interpolowanej, co prowadzi do zacinania się.

W grach komputerowych z monitorami o bardzo wysokiej częstotliwości odświeżania, częstą trudnością jest to, że karta graficzna może nie tylko nie zawsze dopasowywać się do częstotliwości klatek monitora, ale też nie może w ogóle zapewnić stałej liczby klatek na sekundę. Aby rozwiązać ten problem, wiele nowoczesnych monitorów do gier zawiera funkcję zwaną zmienną częstotliwością odświeżania lub VFR. VFR umożliwia monitorowi synchronizację częstotliwości odświeżania z prędkością, z jaką karta graficzna generuje ramki do wyświetlenia.

VFR zapobiega problemowi zwanemu rozrywaniem ekranu. Monitory nie wyświetlają od razu całego obrazu na ekranie, zamiast tego zaczynają wyświetlać obraz od góry do dołu. Zrywanie ekranu polega na tym, że monitor zaczyna wyświetlać starą ramkę, a następnie w pewnym momencie otrzymuje nową ramkę do wyświetlenia i uzupełnia resztę obrazu o nową ramkę. Prowadzi to do tego, że jeden obraz na ekranie składa się z dwóch ramek, które są nieznacznie przesunięte względem siebie z powodu ruchu kamery.

Zalety monitora o wysokiej częstotliwości odświeżania

Ogólnie rzecz biorąc, wysoka częstotliwość odświeżania zapewnia wyższą jakość wrażeń niż monitor o niskiej częstotliwości odświeżania. Wynika to ze zwiększonej płynności treści, które może wyświetlać. Nowoczesne techniki, takie jak interpolacja klatek i monitory o zmiennej częstotliwości odświeżania, mogą zapewnić płynniejsze rezultaty w przypadku starszej zawartości i słabszego sprzętu, zwiększając zakres ulepszonych wrażeń.

W scenariuszach opartych na czasach reakcji, takich jak konkurencyjne gry, monitory o wysokiej częstotliwości odświeżania mogą zapewnić realną przewagę nad przeciwnikami. Dzieje się to w dwóch częściach, im częściej nowy obraz jest wyświetlany, tym szybciej można zauważyć ważną zmianę, zwiększona płynność obrazu ułatwia również podejmowanie bardziej precyzyjnych działań.