什么是熒幕更新頻率?
農步祥 于 2018.03.29 14:49:23 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
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在2017年,手機、平板電腦等移動裝置的顯示技術在不斷地更新換代,HDR10、P3色域等已經逐步成為高階手機的標配,在近期Soomal也針對HDR顯示相關技術進行了一系列介紹。

然而天下武功,唯快不破,蘋果第二代iPad Pro和Razer Phone分別在兩大移動系統陣營提供了最高的120Hz更新頻率規格,更新頻率是什么鬼?熒幕速度快又有什么實際意義?從不開電腦的手機用戶定是一頭霧水,在談夠了色彩和亮度后,今天我們就來談談移動顯示的速度指標的基礎和重要性。

更新頻率[Hz]

更新頻率是指顯示屏的圖像切換頻率,單位是Hz,這是現代顯示裝置可以顯示運動畫面的基礎。在CRT[陰極射線管]顯示的大塊頭顯示器時代,更新頻率就是熒幕的垂直掃描頻率,如果用戶設定的更新頻率低于72Hz,就會明顯感受到畫面的垂直閃爍,一般都會推薦提升至75-90Hz以上使用。觀看時還要保持距離以避免長時間畫面閃爍對視力造成影響。

不過在如今的LCD熒幕中,畫面的運動已經不需要通過掃描的方式實現,因此更新頻率是熒幕繪制圖形變化的速率,主流的液晶顯示裝置更新頻率在60Hz就可以滿足大多數人的正常使用。液晶熒幕的“閃爍”是來自背光燈管的PWM開關頻率以此控制液晶熒幕亮度,與畫面的運動無關,這個頻率至少在200Hz以上,但如果用戶將熒幕亮度調最低時,單位時間內燈管關閉的時長要高于工作時長,也會造成畫面的明暗閃爍,引起不適,最簡單的驗證方式就是用手機攝像頭對著液晶顯示器或電視熒幕,閃爍就是PWM頻繁開關導致。解決方法是盡可能提高PWM頻率或使用改變電流方式調整LED的明暗。

響應時間

這里就引申出另一個概念,在LCD顯示中,畫面的移動是通過畫素的變化來實現的,那么畫素分子對畫面變化也需要在1/60秒內[約16.6毫秒]做出響應,如果響應時間高于16毫秒跟不上刷新速率,那么用戶將看到在畫面變化中運動停留的軌跡,這個負面效果就是常說的“拖影”。

在10年前,包括手機和平板電腦在內的主流價位的液晶顯示裝置的灰階響應時間并不能跟上畫面更新頻率,即使在2017年也有很多中高價位手機的灰階響應時間超過40-50毫秒。從諾基亞Lumia 920開始通過PureMotion技術中的面板驅動加速和快門刷新等技術普及,以及移動OLED面板的出現才逐漸實現響應同步。響應時間的另一個敵人是“冬將軍”,在低溫下LED背光燈管的電子遷移速度要比常溫下更低,所以手機熒幕往往越冷拖影約明顯,即使手機的色彩和亮度表現滿足需求,鬼影和模糊也會讓用戶覺得眼睛難受。

幀率[FPS]

既然更新頻率、響應速度是越高越好,那為何當前主流熒幕更新頻率只有60Hz而非更高?顯示更新頻率的受限因素是顯示帶和寬硬體性能,在3840x2160高解析度下,單張畫面就需要處理800萬畫素。雖然頻寬可以隨著接口和協議版本提升,例如從HDMI1.4升級到2.0,手機內部的顯示頻寬也足夠高,但圖形硬體的運算和輸出性能是有限的。決定畫面快慢的并不僅僅是顯示器的更新頻率,還得加上硬體和作業系統自身可以生成的畫面速率,人們通常將畫面顯示的速度稱為FPS,即每秒能生成的幀數速率[1幀即為一張完整的畫面]。

垂直同步

更新頻率和幀率必須要同步顯示,一旦兩者出現差別,例如生成的畫面大于或小于更新頻率,那么后一幀和前一幀畫面會在同一時間交替出現,就會出現畫面撕裂等顯示異常。

雖然看靜態圖片、視訊等工作下硬體每秒60Hz的負擔并不是太大問題,但是在復雜3D渲染中手機是很難做到每秒60幀的生成速度的,為了避免畫面撕裂,熒幕必須等待GPU渲染完成后再進行同步刷新;反過來對于性能過于強大的電腦來說[例如某些人雙路GTX1080臺式機],則是需要限制GPU的畫面生成速率實現同步,這些熒幕和顯示卡相互適應依靠被稱為垂直同步的技術來實現。

高更新頻率和高幀率的意義

更流暢的交互:顯示裝置并不是單純用來觀看,也存在大量的用戶交互操作,輸入的操作會因為各種裝置的響應時間而造成延遲。無論是電競玩家或是普通數位裝置用戶,延遲向來是越低越好。因為響應時間這一概念不僅存在于熒幕,也廣泛存在于各類輸入裝置上,例如網路、硬碟、滑鼠、鍵盤、手機的觸控熒幕組件、手寫筆,甚至是熒幕自己將輸入畫面訊號顯示出來的都需要時間。這些輸入組件的響應速度是不會與熒幕“同步”的,如果熒幕的更新頻率為60Hz,響應時間最終會被大幅度疊加,從輸入到顯示的實際延遲要遠大于16毫秒。例如Surface和iPad Pro一代,手寫筆響應速度延遲通常在0.1-0.3秒之間,如果用戶感覺手機的觸控操作總比手指慢一些,也正是這個原因。

所以,提高熒幕更新頻率不僅僅是為了顯示響應更快,也是為了更順滑的交互體驗,在iPad Pro采用ProMotion的自適應更新頻率技術不僅提升了熒幕響應速度,也加快了觸控組件的響應。結合A10X處理器240Hz的畫面處理能力,iPad Pro二代的手寫筆響應速度可以降低至20-50毫秒,這對于喜歡繪畫書寫的用戶來說,是一個非常明顯的進步。

更平滑的動畫:因為運動速度的加快不僅讓動畫更平滑,也會使液晶拖影明顯減少。120Hz就意味著熒幕每秒可生成120幀的畫面和8毫秒的液晶響應延遲,即使是瀏覽網頁、刷微博微信、看電影時有效減少鬼影和殘影。手游是目前最熱門的游戲市場,自然也會有追求游戲品質和操作的用戶,120Hz就意味著輸入延遲更低和更流暢的畫面,也鼓勵了開發者的審美和水準走向向更高的層次。而在移動AR應用中,更快的響應和顯示速度意味著實時虛擬資訊能和現實世界順暢無縫對接。而VR應用對熒幕的苛刻要求更不用多言,目前主流的PCVR裝置更新頻率在90Hz都談不上平滑,移動VR裝置則更慘不忍睹。

總結

人們對于觀影的體驗需求往往是更逼真和自然,因此和色彩、亮度一樣,人們對顯示技術速度的追求也從未停止。在小熒幕上,OLED競爭優勢之一就是速度,子畫素主動發光可以帶來極快的液晶響應時間,灰階響應時間最短在5ms以下,例如谷歌Pixel系列手機和三星Galaxy系列手機的LG/三星OLED面板的顯示更新頻率就已經達到75Hz,因此畫面和交互流暢度要高于業界平均水準。但是OLED的優勢并非無解,iPad Pro和Razer Phone的TFT面板也可以通過技術改進提供120Hz的高更新頻率,行業和技術標準的斗爭從未止步。

和色域、亮度一樣,戶外使用需求、HDR技術的出現讓sRGB、100nits等近30年的標準變得非常過時。同樣的《比利林恩的中場休息》等少量新電影已經開始嘗試進行60-120FPS的錄制回放,隨著消費者在移動影視、游戲娛樂的投入更大,移動應用領域向AR、VR等領域擴展,人們對顯示速度的需求自然也會越來越高。

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發表于2018.03.30 16:39:27
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此帖使用VIVO XPLAY6提交
發表于2018.03.30 14:27:07
15
發表于2018.03.30 14:24:43
14
同樣60hz,a屏比lcd觀感好得多,air2滑下網頁閃瞎狗眼,不知是不是主動發光和背光的區別
此帖使用Win10提交
發表于2018.03.30 13:44:05
13
008.037.235.***
008.037.235.***
發表于2018.03.30 08:27:06
11
原來Pixel有75Hz?! 還以為大家都是60Hz
不過這股風潮應該真的是被ipad與razer帶起來的,在這之前誰會注意這個呢
森泃妏蚚Win10枑蝠
發表于2018.03.30 08:23:59
10
買了144hz顯示器2560*1080,1080顯示卡游戲帶的動嗎?
此帖使用MZ-PRO 6S提交
發表于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
發表于2018.03.30 05:27:52
8

此帖使用MZ-M5 NOTE提交
發表于2018.03.30 05:03:54
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