Miksi näytön virkistystaajuus on tärkeä?

Yhä yleisempi ominaisuus sekä tietokonenäytöissä että matkapuhelimen näytöissä on korkea virkistystaajuus. Monitorit eivät itse asiassa näytä liikkuvaa kuvaa, vaan ne näyttävät sarjan still-kuvia. Konsepti on samanlainen kuin flipbookissa, jos näytät tarpeeksi kuvia tarpeeksi nopeasti, silmäsi havaitsevat tuloksen liikkuvana kuvana.

Näytön virkistystaajuus ja liikkuvan kuvan kehystaajuus mitataan joko hertseinä (hertseinä) tai FPS:inä (kuvaa sekunnissa). Yksiköt ovat pohjimmiltaan keskenään vaihdettavissa, koska ne ovat sama "muutosten sekunnissa" mitta. Vaikka yksiköt ovat samat, näytön virkistystaajuus mitataan tyypillisesti hertseinä, kun taas liikkuvassa kuvassa käytetään yleensä molempia yksiköitä.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että alle 10–12 kuvaa sekunnissa kuvanopeudella ihmissilmä havaitsee yksittäisiä kuvia. Kun sekunnissa näytetään enemmän kehyksiä, kuva koetaan liikkuvan, vaikka katsoja saattaa silti pitää liikettä nykivänä.

Yhteiset virkistystaajuudet

Nykyaikaiset TV-materiaalit tallennetaan ja näytetään yleensä joko 50 Hz:n tai 59,94 Hz:n taajuudella. Tämä johtuu siitä, että televisiokamerat on kehitetty lukitsemaan verkkovirran taajuuteen. Suurimmassa osassa maailmaa tämä on 50 Hz, mutta Yhdysvalloissa, Kanadassa, Japanissa ja Etelä-Koreassa sähköverkko toimii 60 Hz:llä.

Maissa, joissa käytetään 60 Hz:n verkkovirtalähdettä, väritelevision käyttöönoton yhteydessä havaittiin visuaalinen ongelma nimeltä "pisteindeksointi" mustavalkoisissa televisioissa, jotka vastaanottivat väritelevisiosignaaleja. Havaittiin, että väritelevisiosignaalin kehystaajuuden pienentäminen 0,1 prosentilla 59,94 FPS:iin vähensi ongelmaa merkittävästi. Siitä lähtien alennettu kuvanopeus on juuttunut, vaikka sille ei ole enää tarvetta.

Mitä pienempi kuvataajuus, sitä harvemmin kuvaa päivitetään, mikä johtaa siihen, että kaikki liike näkyy nykivänä tai pätkivänä. Tämä tehoste on erityisen havaittavissa elokuvakohtauksissa, joissa näytetään joko erittäin nopeaa liikettä tai nopeasti panoroitavia kuvia, koska elokuvat tallennetaan yleensä 24 FPS:n nopeudella.

Vinkki: Suhteellisen tunnettu esimerkki tästä on helikopterin roottorin siipien esiintyminen videoissa. Oikealla virkistystaajuudella helikopterin roottorin lavat näyttävät liikkuvan hyvin hitaasti tai pysyvän paikallaan. Tämä tapahtuu, koska roottorin siipien pyörimisnopeus sattuu synkronoitumaan täydellisesti tai melkein täydellisesti kameran kuvanopeuden kanssa. Kun video tallennetaan ja näytetään korkeammalla virkistystaajuudella, tätä vaikutusta voidaan vähentää ja poistaa.

Kilpailukykyisessä PC-pelaamisessa nopeampi virkistystaajuusmonitori voi tarjota suorituskykyetua. Tämä johtuu siitä, että korkeammilla virkistystaajuuksilla tärkeimmät tapahtumat, kuten nurkan takana liikkuva vihollinen, näkyvät sekunnin murto-osia nopeammin kuin ne näkyisivät pienemmällä virkistystaajuudella. Tasaisemman liikkeen ansiosta on myös helpompi ennustaa tarkalleen, mihin sinun on tähdättävä osuaksesi kohteeseen.

Jotta tämä korkean virkistystaajuuden näyttöjen kysyntä olisi mahdollista, on suhteellisen yleistä löytää näyttöjä, jotka tukevat jopa 120, 144 ja 240 Hz:n virkistystaajuuksia. Vuoden 2020 CES-messuilla julkistettiin nopeimman näytön virkistystaajuus 360 Hz.

Korkean virkistystaajuuden monitoriin liittyvät ongelmat

Näytön virkistystaajuus edellyttää yleensä myös, että sen toistettava materiaali on yhtä korkealla virkistystaajuudella parhaan tuloksen saavuttamiseksi. Video- ja elokuva-arkistojen avulla on mahdotonta kuvata sisältöä uudelleen suuremmilla kuvanopeuksilla, joten joskus käytetään kehysinterpolaatioksi kutsuttua tekniikkaa. Kehysinterpolointi olennaisesti kaksinkertaistaa kuvanopeuden lisäämällä uuden kehyksen jokaisen kuvan väliin, tämä uusi kehys perustuu alkuperäiseen kehykseen sekä ennen että jälkeen sitä. Tämä voi auttaa vanhempia videoita näyttämään paljon tasaisemmalta, mutta vaatii joko materiaalin esikäsittelyä tai näyttölaitteen riittävästi prosessointitehoa käsittelyn suorittamiseksi reaaliajassa.

Kuvan interpolointi toimii parhaiten, kun uusi näytön kuvataajuus on alkuperäisen kerrannainen. Jos esimerkiksi alkuperäinen materiaali tallennettiin nopeudella 30 fps ja interpoloitiin 60 fps:n nopeudella, jokaiselle todelliselle ruudulle on interpoloitava helppo yksittäinen kuva. Jos tavoitekehysnopeus on 50 fps, prosessi muuttuu kuitenkin paljon vaikeammaksi, koska vain kaksi kolmesta kehyksestä tarvitsee interpoloidun kehyksen, mikä johtaa pätkivään tulokseen.

PC-peleissä erittäin korkean virkistystaajuuden näytöillä yleinen vaikeus on, että näytönohjain ei välttämättä vain pysty vastaamaan jatkuvasti näytön kuvataajuutta, mutta se ei pysty tarjoamaan tasaista kuvanopeutta ollenkaan. Tämän ongelman ratkaisemiseksi monet nykyaikaiset pelinäytöt sisältävät ominaisuuden, jota kutsutaan muuttuvaksi virkistystaajiksi tai VFR:ksi. VFR mahdollistaa näytön synkronoinnin virkistystaajuutensa nopeuden kanssa, jolla näytönohjain tuottaa kehyksiä näytettäväksi.

VFR estää näytön repeytymisen. Monitorit eivät näytä koko kuvaa näytöllä kerralla, vaan ne alkavat näyttää kuvaa ylhäältä alas. Näytön repeytyminen on kohtaa, jossa näyttö alkaa näyttää vanhaa kehystä ja sitten osittain näyttää sitä, saa uuden kehyksen näytettäväksi ja täydentää loput kuvasta uudella kehyksellä. Tämä johtaa siihen, että yksi kuva näytöllä koostuu kahdesta kehyksestä, jotka ovat hieman väärin kohdistettuja toisiinsa kameran liikkuessa.

Korkean virkistystaajuuden monitorin edut

Kaiken kaikkiaan korkea virkistystaajuus tarjoaa korkealaatuisemman kokemuksen kuin alhainen virkistystaajuusmonitori. Tämä johtuu siitä, että sisältö, jonka se voi näyttää, on lisääntynyt. Nykyaikaiset tekniikat, kuten kehysinterpolointi ja vaihtelevan virkistystaajuuden monitorit, voivat tarjota tasaisemman tuloksen vanhemmalle sisällölle ja heikommalle laitteistolle, mikä lisää parannettujen kokemusten määrää.

Reaktioaikoihin perustuvissa skenaarioissa, kuten kilpailupelaamisessa, korkean virkistystaajuuden näytöt voivat tarjota todellisia etuja vastustajiin verrattuna. Tämä tapahtuu kahdessa osassa, mitä useammin uusi kuva näytetään, sitä nopeammin tärkeä muutos voidaan havaita, kuvan lisääntynyt sileys helpottaa myös tarkempien toimenpiteiden tekemistä.