максимальная пиксельная частота что это
Что такое частота обновления экрана монитора и как она влияет на восприятие
Содержание
Содержание
Частота обновления экрана — один из самых неоднозначных параметров монитора. Одни утверждают, что чем она выше, тем лучше, а малая частота снижает качество изображения и вредит зрению. Другие уверены, что высокая частота — это для тех, кому деньги девать некуда, и что глаз все равно не различает частоту выше 25 Гц. Истина, как всегда, где-то посредине.
Что такое частота обновления экрана?
Вне зависимости от того, что мы видим на экране — статичную картинку или динамичный видеоролик — монитор постоянно выводит на экран серию изображений. Просто в первом случае все кадры будут более-менее одинаковы, а во втором расположение деталей на экране будет меняться от кадра к кадру, создавая иллюзию движения. Частота же смены кадров и есть «частота обновления экрана».
Совсем как в кино, поэтому многие вспоминают про стандартные для кинофильмов 24 кадра в секунду, т.е. 24 Гц. Если в кинотеатре никто не жалуется на «низкую частоту обновления», так зачем на мониторе нужно больше?
Существует устойчивый миф, что 24 Гц — это максимальная частота, воспринимаемая человеческим глазом. И что именно поэтому выбран такой стандарт для кино, а более высокая частота кадров просто не имеет смысла.
Развеять этот миф очень просто — достаточно запустить на компьютере какую-нибудь игру, позволяющую задавать скорость вывода кадров на экран (FPS). Игру лучше выбрать попроще, чтобы видеосистема уверенно обеспечивала высокий FPS. Попробуйте выставить в ней сначала FPS 24 и понаблюдать, а потом выше — например, 50. В динамичных сценах разница будет очевидна.
В кино это не так заметно из-за того, что каждый кадр фильма снимается с некоторой выдержкой, поэтому движущиеся объекты будут смазаны. Это смягчает переход от кадра к кадру и дополнительно «убеждает» наш мозг в том, что объект движется.
Кстати, многие игры также научились «смазывать» объекты, обеспечивая более плавное движение при невысоком FPS. Этот эффект называется motion blur. А частота кадров в кино была выбрана скорее из экономических показателей: меньше частота кадров — короче пленка и проще механика киноаппарата и проектора. Нужна была частота, которая обеспечивает более-менее плавное движение на экране, но при этом не требует больших затрат. Почему именно 24? Потому что при такой частоте минутный расход пленки составлял ровно 30 ярдов, что упрощало расчет количества пленки и, соответственно, бюджета съемок.
60 Гц — мало или достаточно?
Еще один миф, связанный с частотой обновления экрана, — это вред для глаз. Дескать, мониторы с низкой частотой обновления мерцают, что ведет к усталости глаз и, в перспективе, даже к заболеваниям. Следует признать, что это не совсем миф — мерцающее изображение действительно вредно для зрения. И мониторы действительно могут мерцать. Вот только это никак не связано с частотой обновления экрана.
Раньше, когда все мониторы делались на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), причиной мерцания экрана действительно была частота обновления. В ЭЛТ люминофор на экране светится только в момент «пробегания» по нему электронного луча. Поэтому чем меньше была «частота монитора», тем заметнее мерцал экран. 60 Гц для такого монитора было совершенно недостаточно.
Однако изображение на экране ЖК-монитора не гаснет в промежутке между обновлениями кадров. Да, на некоторых мониторах заметно мерцание, но не из-за обновления экрана, а из-за режима работы ламп подсветки. Фактически, на статичном изображении нет никакой разницы между мониторами с частотой обновления в 60 Гц и 200 Гц. Если вы используете монитор для работы, в высокой частоте нет необходимости. 60 Гц вполне достаточно.
Не требуется высокая частота и в том случае, если вы любите смотреть видео на экране монитора. Несмотря на то, что кинопленка уже стала историей, стандарт в 24 кадра в секунду остается основным для видеоконтента. Качественное видео иногда снимают с частотой в 60 кадров/сек, а вот большая частота кадров встречается редко. Причины примерно те же, что и сто лет назад: чем больше частота кадров, тем больше объем файла и выше требования к камере и к производительности процессора плеера. Поэтому нет никакого смысла в мониторе с частотой обновления больше 60 Гц, если он нужен вам для просмотров фильмов. По крайней мере, пока.
Кому же нужна высокая частота?
В абзаце, где шла речь о 24 кадрах, не зря упоминалась компьютерная игра. Именно в динамичных играх наиболее заметно влияние частоты обновления. Но если вы любите после работы «погонять в танчики», не спешите бежать в магазин за 240-герцовым монитором. Сначала определитесь, действительно ли вам нужна высокая частота обновления.
А вот киберспортсменам высокая частота обновления действительно важна. Игрок с монитором на 100 Гц получает реальное преимущество перед теми, кто «сидит» на 60 герцах. Именно по этой причине появляются мониторы с частотой 240, 280 и даже 360 Гц.
Впрочем, не все способны воспользоваться эффектом от увеличения частоты обновления. Исследования показали, что мозгу достаточно 13 мс на то, чтобы распознать изображение, но вот на то, чтобы правильно отреагировать на полученный кадр, может потребоваться в десятки раз больше времени. Не стоит рассчитывать, что, сменив монитор, вы сразу и многократно улучшите свои игровые показатели.
Частота обновления и вертикальная синхронизация
Еще один аргумент в пользу высокой частоты обновления — с ее помощью можно устранить влияние рассинхронизации частоты обновления и FPS игры. Поскольку эти числа часто не совпадают, может случиться так, что перерисовка кадра игры попадет на момент обновления экрана. В итоге на одну половину экрана будет выведен предыдущий кадр, а на другую половину — последующий.
Если кадры сильно отличаются (например, когда игрок быстро движется или крутится на месте), на экране будут заметны неприятные рывки изображения. Переход на большую частоту не избавит от этого явления, но оно станет куда менее заметным за счет того, что «резаный» кадр будет демонстрироваться намного меньше.
Некоторые мониторы предлагают решить эту проблему без увеличения частоты обновления — при помощи технологий (G-Sync, V-Sync и Freesync), подгоняющих перерисовку кадра к обновлению экрана.
Но и в этом решении есть минусы. Во-первых, технология должна поддерживаться как монитором, так и игрой. Во-вторых, при работе V-sync могут теряться некоторые кадры, что не нравится киберспортсменам.
Частота обновления и время отклика
Время отклика — это период, который требуется пикселям экрана для изменения цвета после получения соответствующей команды. Очевидно, что этот параметр связан с частотой обновления экрана: за время между сменами кадров экран должен не только успеть перерисоваться, но и некоторое время экспонироваться. К примеру, на частоте 100 Гц время демонстрации каждого кадра составляет 10 мс (1000 мс /100 Гц). Если время отклика монитора больше, то нет никакой пользы от высокой частоты обновления, даже наоборот — будет некоторый вред. Когда время отклика сравнимо со временем экспозиции кадра, в динамичных сценах пиксели не успевают «набрать» цвет и правильных цветов на экране вы просто не увидите. Зато заметите «след» старого изображения, отображающегося одновременно с новым.
Поэтому, выбирая монитор с высокой частотой обновления, смотрите, чтобы время отклика у него было минимальным и хотя бы не превышало интервал, необходимый на перерисовку кадра (1000 / частота в Гц).
Выводы
Высокая частота обновления монитора — это не то, что требуется каждому. Если вы не проводите часы за 3D-шутерами или симуляторами, вряд вы вообще ощутите эффект от увеличения частоты обновления. А вот киберспортсменам высокая частота обновления монитора даст реальное преимущество. Да и просто любители динамичных игр почти наверняка (если позволит производительность системы) заметят улучшение игрового процесса, которое последует за увеличением частоты.
Что означают частотные характеристики мониторов?
При выборе монитора часто возникает проблема с определением его реальных возможностей и необходимых при работе. Рассмотрим минимальные требования к современному монитору. Ключевыми параметрами здесь являются максимальное разрешение, поддерживаемое монитором, и частота обновления кадров. Разрешение обозначает количество отображаемых элементов на экране (точек) по горизонтали и вертикали, например: 1024×768. Физическое разрешение зависит в основном от размера экрана и диаметра точек экрана (зерна) электронно-лучевой трубки экрана (для современных мониторов — 0.28-0.25). Соответственно, чем больше экран и чем меньше диаметр зерна, тем выше разрешение. Максимальное разрешение обычно превосходит физическое разрешение электронно-лучевой трубки монитора, поэтому использовать монитор с максимальным разрешением постоянно — только ломать глаза. Если ваше рабочее разрешение, т.е. разрешение, с которым вы собираетесь работать постоянно, является для монитора граничным — вам необходим монитор с большей диагональю. Частота кадров при рабочем разрешении должна быть 75 Гц и выше, иначе ваши глаза будут уставать. При максимальном разрешении допустима более низкая частота кадров. Ниже приведены типичные характеристики мониторов, на которые следует ориентироваться.
Для 14″ монитора: разрешение до 1024×768, реально используемые (рабочие) — 640×480 и 800×600. Частота развертки при разрешении 640×480 и 800×600 — 75-85 Гц, 1024×768 — 60 Гц.
Для 15″ монитора: разрешение до 1280×1024, реально используемые — 1024×768, 800×600 и ниже. Частота развертки при разрешении 640×480, 800×600 — 75-100Гц, 1024×768 — 75-85Гц, 1280×1024 — 60Гц.
Для 17″ монитора: разрешение до 1280×1024, реально используемые — 1024×768, 800×600. Частота развертки при разрешении 640×480, 800×600 — 75-110Гц, 1024×768 — 75-85Гц, 1280×1024 — 60-75Гц.
Требования к монитору можно определить с помощью таблиц 1 и 2. Например, попробуем подобрать монитор для типичного домашнего компьютера. Рабочее разрешение 800×600 — этого хватит для большинства приложений и игрушек, частота вертикальной развертки — 85Гц. Также желательна поддержка разрешения 1024×768 при 60 Гц. По таблице 1 находим полосу видеосигнала — 58 МГц для 800×600 и 64 МГц для 1024×768. По таблице 2 находим частоту горизонтальной развертки — 53 кГц для 800×600 и 48 кГц для 1024×768. В итоге получаем следующие требования: максимальное разрешение — не ниже 1024×768, полоса пропускания — не ниже 65 МГц, частота кадров — до 85 Гц, частота строк — до 53 кГц.
Используем высокие разрешения на неподдерживающих их видеокартах
Засматриваетесь на 4K UHD-мониторы, но ваш лаптоп не поддерживает высокие разрешения? Купили монитор и миритесь с частотой обновления в 30Гц? Повремените с апгрейдом.
TL;DR: 3840×2160@43 Гц, 3200×1800@60 Гц, 2560×1440@86 Гц на Intel HD 3000 Sandy Bridge; 3840×2160@52 Гц на Intel Iris 5100 Haswell.
Предыстория
Давным-давно, когда все мониторы были большими и кинескопными, компьютеры использовали фиксированные разрешения и тайминги для вывода изображения на экран. Тайминги были описаны в стандарте Display Monitor Timings (DMT), и не существовало универсального метода расчета таймингов для использования нестандартного разрешения. Мониторы отправляли компьютеру информацию о себе через специальный протокол Extended display identification data (EDID), который содержал DMT-таблицу с поддерживаемыми режимами. Шло время, мониторам стало не хватать разрешений из DMT. В 1999 году VESA представляет Generalized Timing Formula (GTF) — универсальный способ расчета таймингов для любого разрешения (с определенной точностью). Всего через 3 года, в 2002 году, его заменил стандарт Coordinated Video Timings (CVT), в котором описывается способ чуть более точного рассчитывания таймингов.
История
Наконец-то настала эра высокой плотности пикселей и на ПК. На протяжении последних нескольких лет, нас встречал театр абсурда, когда на мобильные устройства ставят пятидюймовые матрицы с разрешением 1920×1080, полки магазинов уставлены большими 4K-телевизорами (хоть на них и смотрят с расстояния 2-4 метров), а мониторы как были, так и оставались с пикселями с кулак. Подавляющее большинство говорит, что Full HD выглядит «достаточно хорошо» и на 27″ мониторе, забывая, что предыдущее «достаточно хорошо» чрезвычайно быстро ушло после выхода iPad с Retina. Вероятнее всего, такая стагнация произошла из-за плохой поддержки высокой плотности пикселей в Windows, которая более-менее устаканилась только к выходу Windows 8.1.
Как бы то ни было, в 2015 году у нас есть выбор из 246 моделей 4K UHD-телевизоров и аж 36 моделей мониторов, одну из которых — Dell P2415Q — мне посчастливилось купить за сравнительно небольшие деньги (€377). Это 23.8-дюймовая модель с разрешением 3840×2160 и плотностью пикселей в 185 PPI, с возможностью подключения по DisplayPort 1.2 и HDMI 1.4. Первые 4K-мониторы определялись в системе как два отдельных монитора и комбинировались в один большой средствами драйвера видеокарты. Это было сделано из-за низкой производительности скейлеров, которые в то время не могли работать в полном разрешении, поэтому приходилось ставить два скейлера, каждый из которых выводил 1920×2160. Современные мониторы избавились от такого костыля, но, в то же время, стали требовать более производительные видеоадаптеры. К сожалению, мой уже сравнительно старый лаптоп Lenovo ThinkPad X220 не поддерживает, судя по информации на сайте Intel и от производителя, разрешения выше 2560×1440. Можно ли с этим что-то сделать? Как оказалось, можно.
Стандартные и нестандартные стандарты
Современным мониторам и видеокартам нет никакого дела до фиксированных разрешений и таймингов времен DMT, они могут работать в широком диапазоне разрешений и частот обновления. Давайте посмотрим в техпаспорт моего монитора:
| Поддерживаемая горизонтальная частота развертки | 31-140 кГц |
| Поддерживаемая вертикальная частота развертки | 29-76 Гц |
И максимальный пресет:
| Режим | Частота горизонтальной развертки | Частота вертикальной развертки | Частота пикселизации | Полярность синхронизации |
|---|---|---|---|---|
| VESA, 3840×2160 | 133.3 кГц | 60.0 Гц | 533.25 МГц | H+/V- |
Итак, почему лаптоп не может использовать максимальное разрешение?
Дело в частоте пикселизации. Многие видеокарты, а тем более интегрированное в процессор видео, имеют железные ограничения частоты пикселизации, а из-за того, что в EDID монитора нет максимального разрешения с меньшей частотой вертикальной развертки вследствие ограниченности его размера, компьютер не может использовать максимальное разрешение.
К сожалению, производители редко публикуют максимальную частоту пикселизации видеочипов, ограничиваясь максимальным поддерживаемым разрешением, но для интересующих меня карт я нашел необходимую информацию:
Intel HD 3000 (Sandy Bridge): 389 кГц
Haswell ULT (-U): 450 кГц
Haswell ULX (-Y): 337 кГц
Что делать и что сделать?
Ответ очевиден — нужно уменьшить частоту пикселизации! Ее уменьшение приведет и к уменьшению частоты обновления монитора. Как нам это сделать? Нам нужно сгенерировать так называемый modeline — информацию о таймингах для видеокарты и монитора. В сети можно найти множество генераторов modeline, но большинство из них безнадежно устарели и ничего не знают о стандарте CVT-R, который мы и будем использовать. Я рекомендую вам воспользоваться umc под Linux, PowerStrip под Windows и SwitchResX под Mac OS. К слову, SwitchResX — единственная программа, которая может рассчитывать modeline по стандарту CVT-R2, но мой монитор его не поддерживает.
Modeline содержит следующую структуру:
Посмотрите на таблицу выше: минимальная вертикальная частота обновления моего монитора может равняться 29 Гц.
Давайте сгенерируем modeline для разрешения 3840×2160 с частотой обновления в 30 Гц:
Как видим, частота пикселизации с данным режимом будет установлена в 262.75 МГц, что далеко от ограничений моего видеоадаптера.
Давайте попробуем установить и активировать наш режим:
Если все прошло удачно, вы увидите картинку в «неподдерживаемом» вашей картой разрешении на мониторе. Ура!
У нас все еще есть большой запас по частоте пикселизации, да и вряд ли кому-то будет комфортно использовать монитор с частотой обновления в 30 Гц, поэтому мы будем увеличивать ее до тех пор, пока частота пикселизации не приблизится к значению в 389 МГц — пределу моего видеоадаптера. Путем нехитрых манипуляций удалось установить, что при такой частоте мы получаем вертикальную развертку в 44.1 Гц.
Не блеск, но жить можно!
Как можно заметить, частота горизонтальной развертки — 97.25 кГц — вполне в диапазоне поддерживаемых монитором. Как в случае с вертикальной разверткой, так и в случае с разрешением, монитору нет дела до конкретных режимов, поэтому мы можем использовать 3200×1800 при 60 Гц — еще не такое низкое разрешение, как 2560×1440, и с привычной частотой обновления.
Для второго способа достаточно создать файл с Xorg-секцией «Monitor» и поместить его в /etc/X11/xorg.conf.d/ :
Где Identifier — название вашего видеовыхода согласно xrandr. Опцией «PreferredMode» можно задать режим, который будет выбран по умолчанию.
У меня не получается!
Убедитесь, что вы подключаете монитор через DisplayPort 1.2. HDMI 1.4 не позволяет использовать частоту пикселизации выше 340 МГц, в то время как для DisplayPort (HBR2) верхнее ограничение равно 540 МГц. Также удостоверьтесь, что ваш монитор поддерживает частоту обновления выше 30 Гц на максимальном разрешении, т.к. ранние модели этим грешили.
Заключение
Не стоит слепо верить технической документации на монитор. В ходе исследований оказалось, что ограничение по вертикальной частоте аж 86 Гц, вместо 76 Гц по заявлению производителя. Таким образом, я могу наслаждаться плавной картинкой, хоть и в не в самом высоком разрешении
Мониторы с частотой 144, 240, 360 Гц: дают ли они реальные преимущества?
Тема не новая, но мы решили детально рассказать обо всех нюансах.
В технических характеристиках любого дисплея можно найти такой параметр, как частота обновления. Она измеряется в герцах и отображает максимальное количество кадров в секунду которое способен отобразить монитор. Большинство моделей работают на 60 Гц, но сейчас в продаже можно найти устройства с герцовкой равной 144, 240 и даже больше. Подобные девайсы стоят ощутимо дороже свои низкочастотных собратьев. Стоит ли за это переплачивать? Или это всё маркетинг?
С чего всё начиналось?
Наш мозг устроен таким образом, что набор из определенного количества последовательных картинок, которые очень похожи друг на друга, воспринимается, как анимация. Чем больше в наборе изображений, тем более плавной выглядит анимация. А недостающие фрагменты достраиваются с помощью воображения. Таким образом, в эпоху зарождения кинематографа режиссеры взяли за стандарт цифру 24. Именно 24 кадра, по их мнению, являлись необходимым минимум для комфортного восприятия плавной анимации, без ощутимых разрывов между изображениями.
Но в основу пленочной записи легли не только физиологические особенности человеческого организма. Не стоит забывать про экономические затраты при производстве. Зачем диапроектору за секунду пропускать через себя больше 24 кадров, если и этого значения достаточно для комфортного восприятия? Ведь в таком случае расходы, связанные с хранением, транспортировкой и печатью самой пленки увеличиваются. А это невыгодно.
С этого всё только началось, но благо технологии не стоят на месте и технические характеристики всех гаджетов улучшаются. В дальнейшем разработчики перешли на стандарт 60 кадров. Сейчас мы видим 144 и 240. Что будет дальше? 500? А, может быть, 1000?
Сколько кадров способен уловить человеческий глаз?
Объективно ответить на вопрос, лежащий в подзаголовке практически невозможно, поскольку это индивидуальный параметр. Вы же не можете сказать, насколько быстрая реакция у человека. Кто-то реагирует на раздражитель в течение десятой доли секунды, а кому-то не хватит и нескольких секунд. Нет, конечно, можно привести в пример индивида с молниеносной реакцией. Но, вероятнее всего, это будет человек, который регулярно практикуется в этом. Так и с восприятием изменения визуального окружения.
Люди, чья деятельность требует максимальной концентрации и внимания, как правило, способны улавливать малейшие изменения в окружении. Например, летчики, каскадеры, полицейские и так далее. Согласно исследованиям их глаза способны воспринимать вплоть до 1000 кадров в секунду. Но не у всех людей такое чувствительное зрительное восприятие. Понять, насколько сильно отличается высокочастотный монитор от низкочастотного, можно, только если попробовать дисплеи из первой категории. Кто-то сразу ощутит колоссальную разницу, а кого-то результат не впечатлит. Тем не менее, профит от 144 и 240 герц есть. Но не стоит забывать, что вам потребуется и соответствующее железо.
А если у меня слабое железо?
Как вы поняли, частота опроса монитора — это максимальное количество кадров, которое может отобразить экран. Но как быть, если железо выдает меньше кадров в секунду, чем герцовка монитора? Ответ очень прост: никак! Чтобы ощутить преимущество плавной картинки ваш фреймрейт должен быть не ниже, чем герцовка монитора.
То есть, если монитор на 144 Гц, а в игре у вас 60 FPS, полученный результат будет эквивалентен работе 60-герцового дисплея. То же самое работает в обратную сторону. Если значение FPS выше, чем герцовка монитора, то это не даст дополнительной плавности. Безусловно, в повышенной частоте кадров есть преимущества. Например, вы получите более отзывчивое управление и будете иметь некий запас для особо динамичных и тяжелых сцен в играх, в результате которых фреймрейт сильно проседает. Но если говорить исключительно о плавности, помните: частота кадров должна быть выше частоты опроса монитора.
Дает ли частота 144 и более герц преимущество в играх?
В теории — да. Чем выше герцовка, тем более актуальные кадры относительно происходящего в игре вы видите. При использовании 60-герцового монитора отставание текущего кадра от актуальных игровых обстоятельств составляет 16 миллисекунд. Кажется, что это ничтожно малое значение. Но давайте вспомним, что время отклика игровых мониторов составляет всего 1 миллисекунду. Время отклика хороших игровых мышей и клавиатур такое же. А при использовании 144-герцового экрана, вы видите кадр, который отстает всего на 7 миллисекунд. У 240-герцовых моделей показатель ещё ниже. Кроме того, вы видите более плавное изображение, за счет меньшего времени, выделенного под каждый кадр.
Описанные преимущества подойдут лишь для профессиональных киберспортсменов и любителей соревновательных онлайн-игр. Для игроков, предпочитающих одиночные проекты смысла в этом мало. В таком случае, на наш взгляд, качество картинки стоит выше, чем плавность изображения. Также для просмотра фильмов высокогерцовый монитор не нужен, поскольку 60 кадров в секунду является стандартом для многих цифровых видео-форматов.