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【硬件学前班Lesson 6】垂直同步,帧延迟,帧间隔和Freesync...

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本帖最后由 wyzx01 于 2017-11-14 13:42 编辑

版权归 Sapphire蓝宝科技所有,2017-11-10


垂直同步到底开还是不开一直以来是困扰玩家的难题。
不开吧,画面撕裂打不准人;开吧,高帧数的优势就荡然无存了,
尤其是FPS游戏,很多时候帧数和开火速度是挂钩的。

所以,帧数高确实是可以为所欲为的。

微信图片_20171114122442.jpg
另外,高的帧数还可以缩短鼠标延迟,这个大概是FPS玩家最关心的,直接关系到出枪速度。60帧的玩家和200帧玩家对枪多数都是惨败。

重点来了啊,记笔记,这个考试要考
FPS与刷新率严重不匹配时画面会撕裂
这就很不爽了,好不容易通过升级硬件换来了高帧数,却败在了画面撕裂上。敌人头在左脚在右,瞄哪个都打不中。

9150e4e5ly1ffmcnaspdyg20b40b4djg.gif

这时候可能有些玩家就会打开Vsync(垂直同步)和三倍缓冲来避免撕裂,起码要保证打得到人嘛。不过这两个技术存在很大的局限性。

首先,Vsync的工作模式是将GPU输出的画幅与显示器的刷新率匹配,达到帧对帧输出。GPU在一秒钟均匀将60幅画面输送给一台60Hz的显示器,这是最棒的也是最理想的情况。

然而,现实总是很骨感的。当帧率远超显示器刷新率时,Vsync较少会出现卡顿现象,只要GPU输出的画幅的帧间隔差异不是特别大,无论是抗撕裂效果还是流畅度都有保障。

这里说的帧间隔是什么呢?

05.png
帧延迟或者帧生成时间与帧间隔是完全不同的概念。帧延迟单指GPU生成一帧所需的时间,但这并不代表实际一帧画面的输出时间。而帧间隔表示两个present之间的时间。

帧间隔 vs 帧延迟.png
这里举了一个典型的案例。FPS显示为60,但是依然觉得不流畅,卡顿。
在BBS论坛上面的答复更多的是“这是楼主你自己的错觉,我觉得流畅的1B”。
实际上,每个人对于卡顿的感受都是不同的,取决于每个人的视觉神经的视觉暂留的不同。
说的白一点,这是每个人大脑差异性造成的(和智商无关,就像每个人的平衡感与耳蜗的关系)。

QQ图片20171107155207.jpg

那么对于60帧的卡顿,要扫盲的是,这是可能发生而且可以被察觉到的。

我们平常所说的帧数实际上是一个总数,它只能被用来说明一秒内输出的画幅数。
大家都知道人眼是有视觉暂留的,而24帧每秒或30帧每秒一般被认为人眼无法察觉画面顿挫(电影为24或25帧)。
大家要清楚一个观念,电影的24帧和游戏中的24帧给人的感受是很不同的,
因为电影可以保证均匀连续的输出画面,而游戏出于场景和硬件的问题,帧数是一直在波动的,
这样就会导致两帧之间的间隔时间被拉大从而导致卡顿。

卡顿的产生.png

如上图所示为平均帧数为30的帧时间示意图。每秒30帧的画面就意味着平均每帧的生成时间为33ms,高于33ms都会让人眼感受到画面的卡顿。
这样我们将33ms设定为阈值,可以发现帧生成时间曲线平均下来有一半时间高于我们设定的基准线,而这些被蓝色标记的部分就是可被察觉的卡顿。
        
上面只是一个FPS为30的例子,即使是更高的FPS代表的也只是一秒内的画幅数量,不能衡量流畅度。
用几个最极端的例子,即使FPS为144,一秒钟的时间一共144幅画面,前143幅只需要1ms,而最后一幅需要999ms,你一定可以感受到143和144帧之间的巨大差距。

回到Vsync,之所以在帧数高于显示器刷新率时Vsync可以达到比较好的效果,是因为Vsync会预留2帧作为缓冲(1帧接受像素,1帧用于输出)。
这样,即使后面的帧处理遇到了问题造成拖延,Frame Buffer中还是有至少1帧可以用来输出来等那1帧处理完毕。
除非GPU处理1帧的时间达到平均处理2帧的时间,否则你很难察觉到卡顿。
至于三倍缓冲或者三重缓冲,则是在2帧缓冲的基础上又增加1帧作为预留,但会造成更久的操作延迟,也就是说对枪很没优势。

而我们常见的另一种情况是,游戏帧数往往无法维持在显示器最大刷新率,而这时开启Vsync问题就严重的多了,看下图。

卡顿的产生2.png

帧率在60和30之间来回切换,每一次帧率的下降都会造成可见的卡顿感,这也是为什么很多人不愿意甚至抵触开启垂直同步的原因。这种情况下的游戏体验真的是非常糟糕。

但是,我们有Freesync

006469286bc29d1fd52af10a.jpg

Freesync基于VESA公布的Adaptive-Sync标准,为开源方案。与黄老板的G-Sync不同,Freesync没有授权费,所以Freesync的显示器大多物美价廉。
Freesync的主要目的是解决我们上面提到的最后一种情况中Vsync无法解决的问题,提供流畅无撕裂的游戏体验。

Freesync将GPU输出的画面与显示器刷新率同步,这样就可以做到帧对帧输出,而不会出现由于显示器刷新率与FPS不同步导致的丢帧和卡顿问题,从根源解决问题。

catalyst-omega-amd-freesync-100534490-orig.png

不只游戏,Freesync还可用于视频播放。Freesync可用于任何帧率的视频,提供了无卡顿的流畅播放。
无需使用FRC或MadVR等插值工具提升帧率,Freesync可以大幅度降低播放视频时的功耗。

TIM图片20171108162859.png
Freesync显示器目前已经拥有超过200个产品,刷新范围最高的甚至可达240Hz,并且可以搭配增强同步功能(Enhanced Sync)进一步提升流畅度。
而新的Radeon Crimson Relive驱动程序更是将输入延迟压缩了33%,让玩家在对枪中占尽优势。

Freesync也在2016年12月的Crimson Relive更新中获得了HDMI支持以及对无边框全屏的支持。

而目前,AMD更是将Freesync升级到2.0版本,虽然Freesync 2的显示器尚未大面积问世,但是现在看看纸面数据还是很让人激动的。
微信图片_20171114122824.jpg

Freesync 2带来了诸如10bit-HDR支持,低延迟HDR,超过2倍于sRGB的色彩范围等等。

        然而
        Freesync真正的大招还不是这些
        Freesync有了全新的低帧率补偿技术,而这才是最可怕的

TIM截图20171106105024.png
TIM截图20171106105057.png
TIM截图20171106104001.png

什么是低帧率补偿呢?就是在帧率低于Freesync下限时,显示器和显卡会自行比较前后帧,根据两帧之间画面的差别生成第三帧插入到两帧中间。
使用过AMD FRC插帧追剧看番的用户应该能够清楚其中的差别是有多么巨大。

FreeSyncSlide-6.jpg


想象一下,使用G-sync+N卡的搭配,你需要为G-Sync显示器花费3000元甚至更多的钱。
而使用Freesync+A卡,你只需花费1700元就可得到一台144Hz的Freesync显示器,剩下的1300元可以全部分给显卡,完全可以买到更高一个等级的显卡。

聪明的人知道该怎么选择

最后来总结一下Freesync的特点:无撕裂的画面,更低的输入延迟,更高的色彩范围,10bit-HDR原生支持,低帧率插帧补偿。

总之,有了Freesync技术,我们既不用为帧率过高而发愁,也不用为帧率太低而发愁,更不用为撕裂和输入延迟发愁,可以说是很NB的解决方案了。
是时候发这张图了



最后,放上AMD自己的视频,来看看AMD的工程师们怎么说。

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发表于 2017-11-14 13:02:22 | 显示全部楼层
可把我牛逼坏了,换显示器,换tmd
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作用估计还是有得 ,吃鸡就能察觉得,本来该卡顿得,屏幕只感觉到了波动

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可把我牛逼坏了,换显示器,换tmd

互蹬鸡儿这么有钱,北大都是阔佬吗

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farcry 4玩起来各种掉帧。。。一会50一会30这种

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发表于 2017-11-26 12:39:10 | 显示全部楼层
有freesync 2认证的显示器都是高端
价格肯定不漂亮就是了
反正freesync 和 freesync 2 不是替代关系,一个对应高端 一个对应中低端
有机会想买个支持freesync2的显示器
原UID: 1201

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X370 PRO
MSI RX VEGA 64 银风
R3SL120G
R744G2400U1S*4
标准5A平台咱表示VEGA sucks

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 楼主| 发表于 2017-11-28 17:48:36 | 显示全部楼层
nanamiyaskit 发表于 2017-11-18 09:42
farcry 4玩起来各种掉帧。。。一会50一会30这种

Far Cry 5会使用Rapid Math Paid,Vega会有很大优势

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发表于 2017-11-29 09:43:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 viewtheard 于 2017-11-29 10:06 编辑
三倍缓冲或者三重缓冲,则是在2帧缓冲的基础上又增加1帧作为预留,但会造成更久的操作延迟,也就是说对枪很没优势。

三倍缓冲是增加显存占用,降低画面延迟和卡顿吧,如果你的硬件不够给力,就会造成牺牲fps来完善画面的连贯性
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 楼主| 发表于 2017-11-29 11:59:49 | 显示全部楼层
viewtheard 发表于 2017-11-29 09:43
三倍缓冲是增加显存占用,降低画面延迟和卡顿吧,如果你的硬件不够给力,就会造成牺牲fps来完善画面的连贯 ...

frame buffer默认是2帧,一个用来输出,另一个暂存。如果暂存那帧画面GPU没有按时完成,输出的画面刷新完就得等暂存的帧准备好再刷新。三倍缓冲就是前面有一帧正在刷新,后面有两个替补队员。
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