Недавно компания NVIDIA представила технологию G-SYNC Pulsar, которая повышает четкость движущегося изображения в играх. Как она работает, и в чем ее отличия от схожей ULMB 2?
Размытие в движении: суть проблемы
Большинство современных ЖК-мониторов имеют светодиодную подсветку. Реализуют ее по-разному. Есть варианты без мерцания (Flicker-Free), есть варианты с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Последняя предполагает мерцание диодов на постоянной высокой частоте.
Изображение на мониторе обновляется с определенной частотой кадров. Но пиксели матрицы при этом переключают цвета не моментально. Между переходом от одного цвета к другому всегда есть определенная задержка. При этом подсветка или горит постоянно, или мерцает на гораздо более высокой частоте. Из-за этого глаз замечает не только моменты отображения нужных кадров, но и моменты изменения цветов пикселей между ними. Нами это воспринимается как размытие в движении. Чем быстрее движение на экране, тем сильнее заметен данный эффект.
На старых мониторах с электронно-лучевой трубкой луч развертки является одновременно и лучом подсветки. Поэтому никакого рассинхрона между подсветкой и обновлением пикселей картинки нет. То же самое — с устаревшими плазменными телевизорами. А вот всех современных устройств, панели которых производятся по технологии LCD, проблема касается. Первым шагом к ее решению стала технология Overdrive, или разгон матрицы. Она заключается в повышении напряжения, которое подается на пиксели. За счет этого ускоряется их переключение. Скорость отклика и смазывание движущейся картинки благодаря этому уменьшаются.
Однако слишком высокое напряжение приводит к появлению артефактов изображения. Так что бесконечно увеличивать его не получится. При этом проблему смазывания овердрайв все равно не решает до конца. Поэтому на помощь пришли другие технологии, работающие в тандеме с овердрайвом.
Стробирование подсветки: от BFI до ULMB
В 2006 году появилась технология Black Frame Insertion (BFI). Тогда подсветка экрана осуществлялась с помощью нескольких люминесцентных ламп. Они мерцали на частотах, в два-три раза превышающих частоту обновления матрицы.
BFI снижает частоту мерцания (стробирования) подсветки, синхронизируя ее с частотой обновления матрицы. Благодаря этому лампы включаются в момент полностью обновленной картинки. После показа одного кадра лампы снова гаснут. Заново они загораются только в момент вывода следующего кадра.
Глаз человека не замечает быстрых отключений подсветки. Это происходит из-за эффекта остаточного изображения на сетчатке. Но при частоте 60 Гц (стандарт для ЖК-панелей того времени) становится заметно мерцание экрана. К тому же, понижение частоты мерцания подсветки воспринимается глазом как сильное снижение яркости. Поэтому ни BFI, ни ее аналог Samsung MPA не снискали популярности.
После перехода на LED-подсветку производители мониторов стали использовать аналогичные технологии, но под другими именами. Так появились Samsung Motion Blur Reduction, LG 1ms Motion Blur Reduction, ASUS Extreme Low Motion Blur, BenQ's DyAc, Acer VRB и прочие. Мерцание на LED-панелях стало чуть менее заметным. Однако проблема ощутимого снижения яркости оставалась.
В 2014 году NVIDIA выпустила схожую технологию устранения размытия. Она получила название Ultra Low Motion Blur (ULMB). ULMB поддерживает несколько режимов стробирования подсветки — 85, 100 и 120 Гц. Благодаря этому мерцание стало еще менее заметным. Однако матрицы экранов в те годы были не такими быстрыми, как сейчас. Поэтому поддержки ULMB на максимальной частоте у многих мониторов не было. ULMB оставалась свойственна проблема всех предыдущих технологий стробирования — фиксированная частота кадров и мерцания. Если ПК не в состоянии постоянно выдавать стабильную частоту кадров в игре, размытия было не избежать. Причина проста: несоответствие FPS и частоты обновления/мерцания монитора.
Еще до ULMB в мониторах появилась технологии адаптивной синхронизации кадров: сначала NVIDIA G-SYNC, а затем и ее конкурент AMD FreeSync. Их суть в переменной частоте обновления монитора, которая может регулироваться в соответствии с FPS в игре. Обе технологии относятся к разновидностям Variable Refresh Rate (VRR), принцип их работы довольно схож. VRR поддерживается не только компьютерами, но и консолями текущего поколения.
Синхронизация кадров игры и панели монитора убирает размытие, вносимое несоответствием FPS и частоты обновления экрана. Но все еще остается размытие, вносимое подсветкой. А ULMB одновременно с G-SYNC не работает. Поэтому приходилось выбирать что-то одно: либо переменную частоту кадров, либо постоянную — со стробированием подсветки.
Для наилучшего результата нужно было объединить переменную частоту кадров с переменной скоростью стробирования. Первыми это попробовали сделать в ASUS. В 2019 году они презентовали технологию ASUS Extreme Low Motion Blur Sync. Она научилась работать одновременно с G-SYNC, подстраивая мерцание подсветки под текущую частоту кадров.
За ней подтянулась и ViewSonic. Компания представила аналогичный режим в мониторах под собственным названием Pure XP. В обеих случаях реализация оставляла желать лучшего. При высокой частоте кадров обе технологии часто страдают от эффекта перекрестных помех и гостинга.
ULMB 2: ключевые особенности
В 2023 году NVIDIA анонсировала вторую версию Ultra Low Motion Blur — ULMB 2. Она имеет несколько ключевых отличий от предшественницы.
Вертикально-зависимый овердрайв
Обновление пикселей на экране происходит после прохода сигнала вертикальной развертки. Сигнал проходит по кадру быстро, но не мгновенно. Поэтому пиксели верхних строк начинают обновляться чуть раньше нижних. Если включение подсветки приходится на момент, когда часть пикселей обновилась не до конца, возникнет эффект перекрестных помех. Часть изображения начинает двоиться. Такой проблемой нередко страдают все предшествующие реализации стробирования подсветки.
Для устранения эффекта теперь используется Variable Overdrive — технология переменного разгона пикселей. С ее помощью ULMB 2 может переключать пиксели строк с разной скоростью, в зависимости от положения на экране. Переключение синхронизируется так, чтобы создать более широкое окно для импульса подсветки. Благодаря этому подсветка зажигается в точно отведенное время. Это устраняет перекрестные помехи, ранее вызывавшие двоение картинки.
Более высокая яркость и увеличенная эффективная частота
Первая версия ULMB держала подсветку отключенной 75% времени. Все-таки скорость переключения пикселей на момент выхода технологии была достаточно высокой. За счет более быстрых современных матриц и применения вертикально-зависимого овердрайва окно работы подсветки у UMLB 2 куда шире. Поэтому период времени ее работы увеличивается. Благодаря этому значительно повышается яркость монитора.
Более частые и продолжительные импульсы мерцания становятся практически незаметными для человеческого глаза. К тому же, они повышают плавность и четкость. NVIDIA утверждает, что с новой технологией эффективная четкость изображения увеличивается вчетверо. Монитор с ULMB2 при частоте 120 Гц выдает такую же четкую картинку в движении, как и обычный монитор с частотой 480 Гц. Для топовых моделей с физической частотой обновления панели в 360 Гц заявлена эффективная частота в 1440 Гц.
G-SYNC Pulsar
После анонса ULMB2 проходит менее года, и вдруг NVIDIA вновь анонсирует свою следующую разработку — G-SYNC Pulsar. «Новая» технология включает в себя все, что есть в ULMB2, добавляя работу с G-SYNC. Это позволяет использовать все преимущества ULMB2 с переменной частотой обновления монитора.
Тандем решает проблему появления размытости при FPS ниже частоты обновления панели. G-SYNC работает в диапазоне от 30 Гц до максимальной частоты, поддерживаемой монитором. Подсветка и овердрайв пикселей теперь адаптируются к этим условиям. Поэтому технологию вертикально-зависимого овердрайва на новых слайдах теперь называют «адаптивным овердрайвом».
Наверняка и ULMB2 разрабатывалась с учетом переменной частоты обновления. Для ранее выпущенных мониторов с ее поддержкой уже заявлено обновление прошивки с поддержкой G-SYNC Pulsar. Однако в NVIDIA по каким-то причинам предпочли представить эти технологии отдельно друг от друга.
Что дальше?
Технологии стробирования подсветки обеспечивают менее размытое и более плавное изображение при неизменной частоте обновления экрана. Они долго страдали двумя проблемами: сильным снижением яркости и заметным глазу мерцанием. Теперь эти болячки обещают уйти в прошлое.
Но, как и в случае других технологий компании NVIDIA, такое решение вряд ли станет массовым. Скорее всего, G-SYNC Pulsar останется уделом топовых дисплеев. Дело в том, что для ее работы требуется специальная плата G-SYNC, которая устанавливается в мониторы и удорожает их производство. Возможно, в будущем появятся более простые и дешевые альтернативы этой технологии.
