什么是屏幕刷新率?
农步祥 于 2018.03.29 14:49:23 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创
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在2017年,手机、平板电脑等移动设备的显示技术在不断地更新换代,HDR10、P3色域等已经逐步成为高端手机的标配,在近期Soomal也针对HDR显示相关技术进行了一系列介绍。

然而天下武功,唯快不破,苹果第二代iPad Pro和Razer Phone分别在两大移动系统阵营提供了最高的120Hz刷新率规格,刷新率是什么鬼?屏幕速度快又有什么实际意义?从不开电脑的手机用户定是一头雾水,在谈够了色彩和亮度后,今天我们就来谈谈移动显示的速度指标的基础和重要性。

刷新率[Hz]

刷新率是指显示屏的图像切换频率,单位是Hz,这是现代显示设备可以显示运动画面的基础。在CRT[阴极射线管]显示的大块头显示器时代,刷新率就是屏幕的垂直扫描频率,如果用户设置的刷新率低于72Hz,就会明显感受到画面的垂直闪烁,一般都会推荐提升至75-90Hz以上使用。观看时还要保持距离以避免长时间画面闪烁对视力造成影响。

不过在如今的LCD屏幕中,画面的运动已经不需要通过扫描的方式实现,因此刷新率是屏幕绘制图形变化的速率,主流的液晶显示设备刷新率在60Hz就可以满足大多数人的正常使用。液晶屏幕的“闪烁”是来自背光灯管的PWM开关频率以此控制液晶屏幕亮度,与画面的运动无关,这个频率至少在200Hz以上,但如果用户将屏幕亮度调最低时,单位时间内灯管关闭的时长要高于工作时长,也会造成画面的明暗闪烁,引起不适,最简单的验证方式就是用手机摄像头对着液晶显示器或电视屏幕,闪烁就是PWM频繁开关导致。解决方法是尽可能提高PWM频率或使用改变电流方式调整LED的明暗。

响应时间

这里就引申出另一个概念,在LCD显示中,画面的移动是通过像素的变化来实现的,那么像素分子对画面变化也需要在1/60秒内[约16.6毫秒]做出响应,如果响应时间高于16毫秒跟不上刷新速率,那么用户将看到在画面变化中运动停留的轨迹,这个负面效果就是常说的“拖影”。

在10年前,包括手机和平板电脑在内的主流价位的液晶显示设备的灰阶响应时间并不能跟上画面刷新率,即使在2017年也有很多中高价位手机的灰阶响应时间超过40-50毫秒。从诺基亚Lumia 920开始通过PureMotion技术中的面板驱动加速和快门刷新等技术普及,以及移动OLED面板的出现才逐渐实现响应同步。响应时间的另一个敌人是“冬将军”,在低温下LED背光灯管的电子迁移速度要比常温下更低,所以手机屏幕往往越冷拖影约明显,即使手机的色彩和亮度表现满足需求,鬼影和模糊也会让用户觉得眼睛难受。

帧率[FPS]

既然刷新率、响应速度是越高越好,那为何当前主流屏幕刷新率只有60Hz而非更高?显示刷新率的受限因素是显示带和宽硬件性能,在3840x2160高分辨率下,单张画面就需要处理800万像素。虽然带宽可以随着接口和协议版本提升,例如从HDMI1.4升级到2.0,手机内部的显示带宽也足够高,但图形硬件的运算和输出性能是有限的。决定画面快慢的并不仅仅是显示器的刷新率,还得加上硬件和操作系统自身可以生成的画面速率,人们通常将画面显示的速度称为FPS,即每秒能生成的帧数速率[1帧即为一张完整的画面]。

垂直同步

刷新率和帧率必须要同步显示,一旦两者出现差别,例如生成的画面大于或小于刷新率,那么后一帧和前一帧画面会在同一时间交替出现,就会出现画面撕裂等显示异常。

虽然看静态图片、视频等工作下硬件每秒60Hz的负担并不是太大问题,但是在复杂3D渲染中手机是很难做到每秒60帧的生成速度的,为了避免画面撕裂,屏幕必须等待GPU渲染完成后再进行同步刷新;反过来对于性能过于强大的电脑来说[例如某些人双路GTX1080台式机],则是需要限制GPU的画面生成速率实现同步,这些屏幕和显卡相互适应依靠被称为垂直同步的技术来实现。

高刷新率和高帧率的意义

更流畅的交互:显示设备并不是单纯用来观看,也存在大量的用户交互操作,输入的操作会因为各种设备的响应时间而造成延迟。无论是电竞玩家或是普通数码设备用户,延迟向来是越低越好。因为响应时间这一概念不仅存在于屏幕,也广泛存在于各类输入设备上,例如网络、硬盘、鼠标、键盘、手机的触控屏幕组件、手写笔,甚至是屏幕自己将输入画面信号显示出来的都需要时间。这些输入组件的响应速度是不会与屏幕“同步”的,如果屏幕的刷新率为60Hz,响应时间最终会被大幅度叠加,从输入到显示的实际延迟要远大于16毫秒。例如Surface和iPad Pro一代,手写笔响应速度延迟通常在0.1-0.3秒之间,如果用户感觉手机的触控操作总比手指慢一些,也正是这个原因。

所以,提高屏幕刷新率不仅仅是为了显示响应更快,也是为了更顺滑的交互体验,在iPad Pro采用ProMotion的自适应刷新率技术不仅提升了屏幕响应速度,也加快了触控组件的响应。结合A10X处理器240Hz的画面处理能力,iPad Pro二代的手写笔响应速度可以降低至20-50毫秒,这对于喜欢绘画书写的用户来说,是一个非常明显的进步。

更平滑的动画:因为运动速度的加快不仅让动画更平滑,也会使液晶拖影明显减少。120Hz就意味着屏幕每秒可生成120帧的画面和8毫秒的液晶响应延迟,即使是浏览网页、刷微博微信、看电影时有效减少鬼影和残影。手游是目前最热门的游戏市场,自然也会有追求游戏品质和操作的用户,120Hz就意味着输入延迟更低和更流畅的画面,也鼓励了开发者的审美和水平走向向更高的层次。而在移动AR应用中,更快的响应和显示速度意味着实时虚拟信息能和现实世界顺畅无缝对接。而VR应用对屏幕的苛刻要求更不用多言,目前主流的PCVR设备刷新率在90Hz都谈不上平滑,移动VR设备则更惨不忍睹。

总结

人们对于观影的体验需求往往是更逼真和自然,因此和色彩、亮度一样,人们对显示技术速度的追求也从未停止。在小屏幕上,OLED竞争优势之一就是速度,子像素主动发光可以带来极快的液晶响应时间,灰阶响应时间最短在5ms以下,例如谷歌Pixel系列手机和三星Galaxy系列手机的LG/三星OLED面板的显示刷新率就已经达到75Hz,因此画面和交互流畅度要高于业界平均水准。但是OLED的优势并非无解,iPad Pro和Razer Phone的TFT面板也可以通过技术改进提供120Hz的高刷新率,行业和技术标准的斗争从未止步。

和色域、亮度一样,户外使用需求、HDR技术的出现让sRGB、100nits等近30年的标准变得非常过时。同样的《比利林恩的中场休息》等少量新电影已经开始尝试进行60-120FPS的录制回放,随着消费者在移动影视、游戏娱乐的投入更大,移动应用领域向AR、VR等领域扩展,人们对显示速度的需求自然也会越来越高。

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发表于2018.04.03 22:06:11
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发表于2018.03.30 16:39:27
16

此帖使用VIVO XPLAY6提交
发表于2018.03.30 14:27:07
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发表于2018.03.30 14:24:43
14
同样60hz,a屏比lcd观感好得多,air2滑下网页闪瞎狗眼,不知是不是主动发光和背光的区别
此帖使用Win10提交
发表于2018.03.30 13:44:05
13
008.037.235.***
008.037.235.***
发表于2018.03.30 08:27:06
11
原来Pixel有75Hz?! 还以为大家都是60Hz
不过这股风潮应该真的是被ipad与razer带起来的,在这之前谁会注意这个呢
森泃妏蚚Win10枑蝠
发表于2018.03.30 08:23:59
10
买了144hz显示器2560*1080,1080显卡游戏带的动吗?
此帖使用MZ-PRO 6S提交
发表于2018.03.30 06:17:02
9
觉得还是护眼重要,频闪还有高蓝光LED,不会很伤眼吗
森泃妏蚚Win10枑蝠
发表于2018.03.30 05:27:52
8

此帖使用MZ-M5 NOTE提交
发表于2018.03.30 05:03:54
7
014.152.***.***
014.152.***.***
好像显像管显示器是没有分辨率之说的吧
此帖使用MI 4LTE提交
发表于2018.03.29 22:04:56
6
用惯了120Hz的电脑显示器,60Hz的显示器真的习惯不了,手机倒是感觉还OK
此帖使用1605-A01提交
发表于2018.03.29 18:51:31
4
技术发展 永远没有尽头 科技产品 入手就过时
此帖使用Win10提交
发表于2018.03.29 16:40:50
2
218.022.102.***
218.022.102.***
发表于2018.03.29 16:30:44
1
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