By GRL team on Sep 22, 2021

VESA Adaptive-Sync介绍及认证

   

Granite River Labs, GRL
Jerry Sung 宋超宇

 

VESA DisplayPort™ 1.2a Standard始,VESAAdaptive-Sync定义在范中,而Adaptive-Sync主要功能是改善画面延、影像撕裂等问题

以往屏幕都是使用固定的更新率(Refresh rate)来显示当下的影像内容,但当用户在体验电影或是电玩等高效能影像时,就会造成画面延迟、影像撕裂等问题,主要原因是显示适配器会根据动态画面场景的复杂程度不同,来调整传输影像的影格率(Frames per second;简称 FPS),其代表FPS是会变动的,但屏幕或电视的更新率(Refresh Rate)却是固定的,在这条件下就会造成画面延迟、撕裂等不好的使用者体验。而两大显示适配器厂商AMD及NVIDIA针对此问题各自推出了AMD FreeSync™及NVIDIA G-Sync功能,其目的都是为了解决上述问题,进而提升消费者的使用者体验。

由于Adaptive-Sync标准主要是由AMD参与及制定,所以FreeSync的机制也被加入到了Adaptive-Sync中,当显示适配器及屏幕都支持Adaptive-Sync时,可以在DisplayPort接口中的EDID / Display ID及DPCD的链路训练(Link Training;简称LT)机制,来开启Adaptive-Sync的功能。此功能会根据FPS变动量而自动调整屏幕本身的Refresh Rate,而这种自动调整的Refresh Rate称为VRR(Variable Refresh Rate),透过此方式改善画面延迟、影像撕裂等问题。

 

Buffer(缓冲区)

首先,我们需先了解画面是如何从显示适配器被投射出来。由于画面在传输时并不是直接投射在屏幕上,而是先将影像传输到Buffer(缓冲区)暂存,其又分为Back Buffer(后缓冲区)和Front Buffer(前缓冲区),透过Buffer的处理后才投射在屏幕上,其流程如下图所示:

  1. 显示适配器将Frame渲染至Back Buffer暂存。
  2. Back Buffer <-> Front Buffer 做Buffer Swap。
  3. 此时将Frame从Front Buffer开始做逐行扫描至屏幕。

图1

 

而上述提到影像撕裂问题,以下就用几个例子让大家了解一下影像撕裂的原因:

1.当FPS高于屏幕的Refresh Rate时,FPS会较快渲染新的Frame B到Back buffer,然后做Buffer Swap让新的Frame B传输到画面上,但由于屏幕Refresh Rate是固定的,就会造成屏幕来不及完成原先Frame A的逐行扫描,就会造成影像撕裂,如图2、4所示。

图2

 

2.当FPS低于屏幕的Refresh Rate时,屏幕会先完成Frame A逐行扫描,但此时新的Frame B还没渲染完成,所以Frame A会再次被逐行扫描,如果这时Frame B突然渲染完成,会发生Buffer Swap,这时逐行扫描到一半的Frame A 会将另一半的Frame B一起显示在画面上,这时也造成了影像撕裂,如图3、4所示。

图3

图4 (出自: https://www.saydigi.com/2015/03/nvidia-g-sync.html

 

Adaptive-Sync 测试

至今,AMD FreeSync的功能已经在市面上使用相当广泛,但其效能参差不齐,主要原因是目前并没有一个标准审核及测试机制来验证效能的优劣,而AMD将FreeSync导入到VESA Adaptive-Sync后,VESA从2019年就开始制定Adaptive-Sync测试方案,预计2021年底将会有一套完整的Adaptive-Sync认证测试规范(Certification Test Specification;简称CTS),其目的就是确保市面上支持Adaptive-Sync的产品效能质量,当产品通过CTS测试后,就可以使用VESA官方认证的标章,如下图。

图5

 

Adaptive-Sync CTS测试规范定义了两种规格 — MediaSyncAdaptiveSync GX

  1. MediaSync — Maximum;Minimum Refresh Rate, ≧60Hz;≦48Hz
  2. AdaptiveSync — Maximum;Minimum Refresh Rate, ≧144Hz;≦60Hz

其中,符合AdaptiveSync规格的产品就会有较大VRR范围并且有更低延迟的效能,适用于电子竞技类型的屏幕。以下为Adaptive-Sync测试内容:

  1. Link Layer Adaptive-Sync Compliance Test Specification
  2. Adaptive-Sync Performance Test
    1. Refresh Rate and Flicker Testing
    2. Gray-to-Gray Testing
    3. Frame Drop Testing
    4. Video Frame Rate Jitter Testing

Link Layer Adaptive-Sync CTS,沿用了DisplayPort接口上的Link Training机制,以检查产品链路层上沟通正确性包含了产品宣告、能力等等,这代表透过DisplayPort接口后启用的Adaptive-Sync功能可以兼容任何支持DisplayPort的产品,就不需绑定在固定的平台。而另一部分Adaptive-Sync Performance Test是验证产品开启此功能后的效能及质量,根据产品所宣告的能力,在不同的Refresh Rate下产品是否可以自适应调整Refresh Rate及过程中Refresh Rate偏移过大、变动过程中的稳定度、视觉上闪烁、影像失真、影像遗失等问题。

 

结论

总结,VESA Adaptive-Sync CTS标准化了产品之效能规格,未来将能改善现今市面上产品效能参差不齐的问题,以Granite River Labs (GRL)认证测试实验室的观察,随着DisplayPort广泛应用在Type-C界面上,前年也推出了DP 2.0规格,而近期也着手制定了功能性上的测试规范包含了DisplayHDR及Adaptive-Sync,更加完善了DisplayPort接口圈的能力及质量,而目前市面上支持FreeSync或G-Sync屏幕相当多,相信未来品牌厂为了确保产品质量,会要求产品都需通过VESA Adaptive-Sync认证标章。

目前 Adaptive-Sync Certification Test Specification依然在制定阶段,实际的规范请参考VESA释出的内容为主,VESA也预计于2021年第四季会正式发布。

 

参考文献

 

作者

GRL 中国台湾技术经理  宋超宇 Jerry Sung

GRL 全球 DisplayPort 技术发展负责人,熟悉 DisplayPort、HDMI、Thunderbolt、Power Delivery、SD 等多种应用界面,担任 GRL 技术文章作者及讲师,且拥有 8 年测试经验。

 

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本文件中规格特性及其说明若有修改恕不另行通知。

发布日期 2021/09/22 AN-210922-TW

Published by GRL team Sep 22, 2021

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