INPUT LAG co to jest? Baza Input Lag. Chroma 4:4:4 – komu potrzebna?

U góry listy rzeczy niezrozumiałych i często mylonych ze sobą znajdują się dwa pojęcia – input lag i czas reakcji matrycy. Ponieważ obie z tych wartości podlegają ścisłym testom (o metodach testowania dalej) i mają istotny wpływ na jakość obrazu, postanowiłem trochę rozjaśnić temat. Na końcu poruszę jeszcze bardziej “egzotyczne”, aczkolwiek dla niektórych bardzo istotne zagadnienie, jakim jest chroma w formacie 4:4:4 lub RGB.

Input Lag – czy są na sali gracze?

Wielkość Input Lag’a określa jak dużo czasu upływa pomiędzy wysłaniem obrazu do telewizora, a jego wyświetleniem. Gdy gramy w jakąś grę na wyświetlaczu, którego lag jest duży, wtedy to co widzimy na ekranie nie odpowiada stanowi faktycznemu w świecie gry. Wykonujemy ruch, ale nasza postać przesuwa się z pewnym opóźnieniem. Ktoś nas zabija, a my jeszcze o tym nie wiemy, bo na ekranie jest wciąż scena sprzed chwili.

Czas reakcji telewizora może dochodzić do 150 [ms] (czyli 0,15 sekundy). Jeśli doliczymy jeszcze mniej więcej drugie tyle czasu potrzebnego konsoli to uzyskamy wynik około 0,3 sekundy. W pierwszej chwili może to brzmieć niegroźnie, bo przecież w takiej chwili czasu nie ominie nas zbyt dużo na ekranie. Gdy jednak zastanowimy się nad mechaniką niektórych typów gier, np. FPP, to uświadomimy sobie, że nawet tak krótki czas zwłoki spowoduje, że możemy nie zdążyć odpowiedzieć ogniem na widok wroga, lub za późno zorientujemy się, że do nas strzelają. Drugim problemem będzie sterowanie – gdy cały system reaguje z pewnym opóźnieniem, to nasze ruchy są mniej precyzyjne. Niektórzy z Was mogli słyszeć, że ludzki mózg jest w stanie przyzwyczaić się do tego zjawiska. To po części prawda, która sprawdza się szczególnie w grach w których możemy z wyprzedzeniem przewidywać ruch. Przykładem są na przykład wyścigi samochodowe, oraz gry przygodowe. W rozgrywkach typu FPP, Combat, czy innych wymagających zręczności, dynamika gry jest tak duża, że sterowanie postacią będzie bardzo utrudnione.

Przykład Input Lag’a

Jak krótki Input Lag musi mieć wyświetlacz do gier?

Swojego czasu serwis eurogamer zbadał, że lag całego systemu tzn. zsumowany z konsoli, wyświetlacza i wszystkiego po drodze zaczyna mieć wpływ na rozgrywkę gdy wynosi więcej jak 200ms. Przy czym samej konsoli schodzi się średnio 133 [ms] w zależności od gry. Można by więc generalizować, że input lag wyświetlacza powinien być mniejszy od 50 [ms], by nie wpływać negatywnie na rozgrywkę. Biorąc jednak pod uwagę różną mechanikę poszczególnych typów gier, lepiej tę sytuację opisze poniższa tabela:

Powyższe dwa wiersze w tabeli różnią się przede wszystkim w trzech pierwszych kolumnach, ponieważ tak naprawdę trzeba je przepuścić trochę przez filtr własnego wyczulenia na dane zjawiska. O ile w grach wyścigowych będziemy w stanie odczuć laga rzędu 69ms, to po paru chwilach będzie nam on przeszkadzał podobnie lub mniej co 49ms w grze FPP.

Sprawdź się sam

Osoby ciekawe jak duży lag dodany do ekranu własnego monitora będzie im przeszkadzał mogą użyć świetnej, open-sourcowej, aplikacji “Inputlag AB”, którą zamieszczam poniżej. Pozwoli ona zweryfikować osobistą szybkość reakcji i rzucić nieco światła na zagadnienie input lag’a 🙂

Jakie rodzaje input lag’a nas interesują?

Do 2016 roku zagadnienie input lag’a było o tyle proste, że każda konsola podawała ten sam rodzaj sygnału – 1920x1080p 60Hz. Wraz z pojawieniem się odświeżonych wersji nowych konsol i upowszechnieniu się wyświetlaczy 4K, oraz HDR, sprawa nie jest już taka prosta. PlayStation 4 otrzymało upgrade pozwalający uzyskać obraz Full HD z HDR. Z kolei Xbox One S, oraz PS4 Pro pozwalają także generować grafikę w standardzie HDR, ale i z wyższą rozdzielczością – 3840x2160p 60Hz. Telewizor może mieć całkowicie inne wartości input lag dla wszystkich tych formatów sygnału. Aby wyjść na przeciw zmianom, w październiku 2016 roku wdrożyliśmy nową procedurę, na którą składa się 6 pomiarów:

Jak widzicie po opisach w powyższej tabeli, posiadaczy różnych konsol i wyświetlaczy interesują różne wyniki. Ostatnia wartość (w trybie Film) zostawiona jest w ramach ciekawostki, ponieważ niektórzy lubią grać z opcją powielania klatek (ruch jest wtedy płynniejszy, ale z reguły lag wzrasta drastycznie). Pomiar “@ 4:4:4” dotyczy trybu w którym reprodukowana jest chroma 4:4:4/rgb w pełnej rozdzielczości, o czym napiszę później. Pomiar numer 3 ([PC]), oraz numer 6 ([FILM]) jest zawsze dokonywany w natywnej rozdzielczości telewizora.

Jak mierzymy input lag?

Do pomiaru wykorzystujemy urządzenie Leo Bodnar Input Lag Tester, oraz dwa procesory obrazu – HDFury Integral, oraz Linker. Koszt całego zestawu to około 3 000zł. Kluczem do sukcesu jest jednak odpowiednia ich konfiguracja, która nie jest łatwa. Polega ona na przetwarzaniu sygnału z miernika, oraz iniekcji odpowiednich metadanych, by wprowadzić wyświetlacz w dany tryb. Przetwarzanie sygnału procesorami HDFury na szczęście nie wpływa na wartość laga w sposób istotny.

W wielu testach, jakie można znaleźć w sieci, do pomiaru laga używany jest monitor CRT. Zasada takiego pomiaru jest bardzo prosta – powielamy obraz na oba wyświetlacze i wyświetlamy na nich stoper, następnie robimy zdjęcie obu ekranom i odejmujemy czas jaki wyświetlony jest na testowanym monitorze od tego, który widać na monitorze kineskopowym. Metoda ta jest kusząca i tania. Monitor CRT kosztuje tyle co kilka kajzerek i jego lag jest tak mały, że nie ma wpływu na pomiary. Jednak… nie ma żadnej gwarancji, że sygnały wysyłane do monitorów są zsynchronizowane. Można zatem, w ten sposób, zmierzyć jakąś wartość, ale szansa, że jest to realny input lag jest nikła.

Metoda dodatkowa – w testach monitorów PC

W teście tym sprawdzamy ile czasu upływa od wykonania akcji myszą do reakcji na ekranie monitora. Innymi słowy jaki jest input lag, jednak nie samego ekranu, bowiem tego nie ma jak bezpośrednio zbadać w natywnej rozdzielczości, a chodzi o cały system. Wykonaliśmy zatem w redakcji modyfikację myszy tak, by podczas używania lewego klawisza zapalała się czerwona dioda.

Następnie używamy oprogramowania FCAT do kolorowania naprzemiennie (czarny i biały) brzegów każdej klatki obrazu. Po naciśnięciu przycisku myszy następna klatka obrazu ma zostać zakolorowana na czerwono.

Przy użyciu naszej kamery, która zdolna jest rejestrować 1000fps, możliwe jest zliczenie dokładnego czasu upływającego pomiędzy kliknięciem, a reakcją na ekranie. Oczywiście warunkiem wiarygodnego pomiaru zdolności monitora czy telewizora jest także znalezienie gry w której karta graficzna jest w stanie wyrenderować przynajmniej 1000fps. Nie ma z tym jednak większego problemu. Wystarczyło sięgnąć po nieco starszy tytuł.

Klatka nr. N	Klatka nr. N+14[msec]

Jak widzimy na powyższym przykładzie, reakcja na ekranie miała miejsce dokładnie 14 milisekund po akcji wykonanej myszką. To oznacza, że opóźnienie całego toru testowego wyniosło zaledwie dwie klatki obrazu (przy 144Hz odświeżaniu). To znacząco poniżej progu percepcji jakiejkolwiek istoty ludzkiej. Innymi słowy, nie ma szans odczuć laga podczas korzystania w tym przypadku z monitora BenQ XL2730Z. Wszystko na nim dzieje się natychmiastowo  Metoda ta stosowana jest tylko przy monitorach PC, które mają rozdzielczość inną niż konsole, oraz wyższe częstotliwości natywnego odświeżania (możliwe do wykorzystania z komputera).

Czy telewizor do konsoli powinien mieć matrycę 60Hz czy 120Hz?

Podczas zakupu telewizora jesteśmy atakowani ogromną ilością informacji na temat odświeżania ekranu oraz ilością posiadanych Hz. W ogromnej ilości przypadków jest to tzw. papka marketingowa, która ma często nie wiele wspólnego z rzeczywistością. Bowiem wybór telewizora sprowadza się obecnie do dwóch możliwości odświeżania matrycy: 60Hz lub 120Hz. Skąd zatem wiedzieć ile nasz telewizor posiada Hz? Najprostszym sposobem jest sprawdzenie w sklepie przy pomocy pilota czy w menu obrazu znajdują się jakiekolwiek funkcje odpowiedzialne za upłynnianie obrazu. Zazwyczaj w nazwie takiej funkcji znajdziemy słowo „Motion”. Jeżeli w menu znajdziemy kilka opcji upłynniania obrazu oraz dwa suwaki odpowiedzialne za redukcję skoków w filmach (tzw. judder) oraz smużenia w sporcie to możemy być pewni, że telewizor posiada matrycę 120Hz. Natomiast jeżeli w menu znajduje się tylko jeden suwak odpowiedzialny za redukcję skoków w filmach lub w ogóle brak jest opcji upłynniania to możemy być pewni, że mamy do czynienia z telewizorem 60Hz.

Częste pytanie pojawiające się na forach internetowych to czy kupując telewizor 120Hz wpłynę na płynność obrazu w grach? Czy gry będą mniej smużyć? Potencjał 120Hz matryc wykorzystują systemy zwane upłynniaczami i to one pozwalają uzyskać niesmużący obraz. Z tego typu funkcjonalności nie zrobimy jednak użytku, ponieważ znacząco wydłuża ona input lag’a (jest on mierzony w ostatnim rzędzie w tabeli) i gdy podłączamy konsolę do telewizora i wybierzemy tryb Gra to upłynniacz jest z automatu blokowany. Nie uzyskamy więc wyraźniejszego ruchu na telewizorze 120Hz.

Chroma 4:4:4, co to jest i komu to jest potrzebne?

Chcąc utrzymać ten artykuł w prostym tonie, temat próbkowania chromy opiszę bardzo skrótowo – odbija się to na rozdzielczości przedmiotów kolorowych. Wielu z Was może zdziwić informacja, że filmy, które widzimy w telewizji, oglądamy na płytach, a także grafiki w grach na konsoli, mają w rzeczywistości rozdzielczość Full HD lub 4K tylko i wyłącznie w swej czarno-białej warstwie (w konturach). Informacja o warstwie barw ma zaś czterokrotnie mniejszą rozdzielczość (ponieważ jest kodowana w schemacie 4:2:0)! Ma to swoje praktyczne uzasadnienie – oczy znacznie gorzej przetwarzają informację o rozdzielczości barwy, a lepiej o odcieniu. Jeśli chodzi o rozróżnialność poziomów jasności (warstwę czarno-białą) jest zgoła inaczej, dlatego ona zapisywana jest w pełnej rozdzielczości. W konsekwencji krawędzie kolorowych przedmiotów nie muszą być tak wyraźne, szczególnie przy ruchomym wideo. Jeśli jednak przyjrzymy się dobrze to zobaczymy różnicę, jak na poniższych obrazkach:

Tak dla podsumowania napiszę – chroma 4:4:4 oznacza, że warstwa barw ma dokładnie taką samą (pełną) rozdzielczość jak czarno-biały kontur obrazu. 4:2:2 oznacza zmniejszenie rozdzielczości o pół, zaś 4:2:0, wykorzystywane do kodowania wiedo, oznacza 4-krotnie niższą rozdzielczość na warstwie barwnej.

Komputer PC działa bowiem natywnie w chromie 4:4:4, dodatkowo sposób korzystania z komputera powoduje, że nietrudno zauważyć ubytek rozdzielczości, szczególnie na drobnym kolorowym tekście. Dlatego w prawie każdej mojej recenzji sprzętu możecie spotkać takie oto zdjęcie grafiki testowej:

Pokazuje ono idealnie czytelny, drobny, kolorowy napis w trybie w którym chroma w pełnej rozdzielczości jest obsługiwana. Gdyby nie była to poniższy tekst mógłby wyglądać tak:

Jak zatem widzicie, warto mieć wsparcie dla chromy 4:4:4 o ile zamierzamy korzystać z komputera jako źródła. Podkreślam jeszcze raz, że dla konsolowców nie ma to znaczenia, ponieważ grafiki w grach są i tak kodowane w formacie 4:2:0, a także sama mechanika gry utrudnia dostrzeżenie jakichkolwiek różnic. Pomiar input laga z dopiskiem “@ 4:4:4” robiony jest właśnie w trybie, który pozwala odwzorować pełną rozdzielczość kolorów. Z reguły wymagane są do tego specyficzne ustawienia telewizora/projektora, które podaję w teście.

(70892)