Proč je obnovovací frekvence monitoru důležitá?

Stále běžnější funkcí jak u počítačových monitorů, tak u obrazovek mobilních telefonů je vysoká obnovovací frekvence. Monitory ve skutečnosti nezobrazují pohyblivé obrázky, zobrazují řadu statických obrázků. Koncept je podobný jako u flipbooku, pokud ukážete dostatek obrázků dostatečně rychle, vaše oči vnímají výsledek jako pohyblivý obraz.

Obnovovací frekvence monitoru a snímková frekvence pohyblivého obrazu se měří buď v Hz (hertz) nebo FPS (snímky za sekundu). Jednotky jsou v podstatě zaměnitelné, protože jsou stejnou mírou „změn za sekundu“. Přestože jsou jednotky stejné, obnovovací frekvence monitoru se obvykle měří v hertzech, zatímco pohyblivé obrazy běžně používají obě jednotky.

Výzkum prokázal, že při frekvencích snímků nižších než deset až dvanáct snímků za sekundu lidské oko vnímá jednotlivé obrazy. Při větším počtu snímků zobrazených za sekundu je obraz vnímán jako pohybující se, i když divák může stále považovat pohyb za trhaný.

Běžné obnovovací frekvence

Moderní televizní záběry se obvykle zaznamenávají a zobrazují při frekvenci 50 Hz nebo 59,94 Hz. Je to proto, že televizní kamery byly vyvinuty tak, aby se přizpůsobily frekvenci síťového napájení. Ve většině světa je to 50 Hz, ale v USA, Kanadě, Japonsku a Jižní Koreji běží elektrická síť na 60 Hz.

V zemích, které používají síťové napájení 60 Hz, byl při zavádění barevné televize identifikován vizuální problém zvaný „procházení bodů“ u černobílých televizorů přijímajících signály barevného televizoru. Bylo zjištěno, že snížení snímkové frekvence barevného TV signálu o 0,1 % na 59,94 FPS tento problém výrazně snížilo. Od té doby se snížená snímková frekvence zasekla, přestože už to není potřeba.

Čím nižší je snímková frekvence, tím méně často se obraz aktualizuje, což vede k tomu, že veškerý pohyb vypadá chvění nebo zadrhávání. Tento efekt je zvláště patrný ve filmových scénách zobrazujících buď velmi rychlý pohyb nebo rychlé panorámování záběrů, protože filmy jsou obvykle zaznamenávány rychlostí 24 FPS.

Tip: Poměrně známým příkladem toho je vzhled listů rotoru vrtulníku na videích. Při správné obnovovací frekvenci se zdá, že se listy rotoru vrtulníku pohybují velmi pomalu nebo stojí nehybně. To se děje proto, že rychlost rotace lopatek rotoru se dokonale nebo téměř dokonale synchronizuje se snímkovou frekvencí kamery. S videem zaznamenaným a zobrazeným s vyšší obnovovací frekvencí lze tento efekt zmírnit a odstranit.

Pro konkurenční počítačové hry může monitor s vyšší obnovovací frekvencí poskytnout výkonnostní výhodu. Důvodem je, že při vyšších obnovovacích frekvencích se klíčové události, jako je pohyb nepřítele za roh, zobrazují o zlomky sekundy rychleji, než by tomu bylo na monitoru s nižší obnovovací frekvencí. Hladší pohyb také usnadňuje předvídat, kam přesně musíte mířit, abyste zasáhli cíl.

Aby se umožnila tato poptávka po monitorech s vysokou obnovovací frekvencí, je poměrně běžné najít monitory, které podporují obnovovací frekvence až 120, 144 a 240 Hz. Na veletrhu CES v roce 2020 byl nejrychlejší monitor oznámen s obnovovací frekvencí 360 Hz.

Problémy související s monitorem vysoké obnovovací frekvence

Obnovovací frekvence monitoru obvykle také vyžaduje, aby záznam, který přehrává, měl stejně vysokou obnovovací frekvenci, aby bylo dosaženo nejlepších výsledků. U video archivů a filmových archivů není možné znovu natočit obsah při vyšších frekvencích snímků, proto se někdy používá technika zvaná interpolace snímků. Interpolace snímků v podstatě zdvojnásobuje snímkovou frekvenci vložením nového snímku mezi každý snímek, tento nový snímek je založen na původním snímku před ním i za ním. To může pomoci staršímu videu vypadat mnohem plynuleji, ale vyžaduje to buď předběžné zpracování záznamu, nebo dostatečný výpočetní výkon na zobrazovacím zařízení k provedení zpracování v reálném čase.

Interpolace snímků funguje nejlépe, když je nová snímková frekvence zobrazení násobkem původní. Pokud byl například původní záznam nahrán rychlostí 30 snímků za sekundu a byl interpolován na 60 snímků za sekundu, pak je třeba pro každý skutečný snímek interpolovat jednoduchý jednotlivý snímek. Je-li však cílová snímková frekvence 50 snímků za sekundu, je proces mnohem obtížnější, protože pouze dva z každých tří snímků potřebují interpolovaný snímek, což vede k zasekávání.

Při hraní počítačových her s monitory s velmi vysokou obnovovací frekvencí je běžným problémem to, že grafická karta nejenže nemusí konzistentně odpovídat snímkové frekvenci monitoru, ale nemůže poskytovat konzistentní snímkovou frekvenci vůbec. K vyřešení tohoto problému mnoho moderních herních monitorů obsahuje funkci zvanou variabilní obnovovací frekvence nebo VFR. VFR umožňuje monitoru synchronizovat obnovovací frekvenci s rychlostí, kterou grafická karta vytváří snímky pro zobrazení.

VFR zabraňuje problému zvanému trhání obrazovky. Monitory nezobrazují na obrazovce celý obraz najednou, ale začnou zobrazovat obraz shora dolů. Trhání obrazovky je místo, kde monitor začne zobrazovat starý snímek a poté v jeho průběhu zobrazí nový snímek a doplní zbytek obrazu novým snímkem. To vede k tomu, že jeden obraz na obrazovce se skládá ze dvou rámečků, které jsou kvůli pohybu kamery mírně nesouosé.

Výhody monitoru s vysokou obnovovací frekvencí

Celkově vysoká obnovovací frekvence poskytuje kvalitnější zážitek než monitor s nízkou obnovovací frekvencí. Je to kvůli zvýšené plynulosti obsahu, který může zobrazit. Moderní techniky, jako je interpolace snímků a monitory s proměnnou obnovovací frekvencí, mohou poskytnout plynulejší výsledek pro starší obsah a slabší hardware, čímž se zvýší rozsah vylepšených zážitků.

Ve scénářích založených na reakčních časech, jako je konkurenční hraní, mohou monitory s vysokou obnovovací frekvencí poskytnout skutečné výhody oproti soupeřům. Ta se skládá ze dvou částí, čím častěji se zobrazuje nový obrázek, tím dříve lze zaznamenat důležitou změnu, zvýšená hladkost obrazu také usnadňuje provádění přesnějších akcí.