VESA Adaptive-Sync介绍及认证

Granite River Labs, GRL Jerry Sung 宋超宇

从VESA DisplayPort™ 1.2a Standard开始，VESA就将Adaptive-Sync定义在规范中，而Adaptive-Sync主要功能是改善画面延迟、影像撕裂等问题。

以往屏幕都是使用固定的更新率（Refresh rate）来显示当下的影像内容，但当用户在体验电影或是电玩等高效能影像时，就会造成画面延迟、影像撕裂等问题，主要原因是显示适配器会根据动态画面场景的复杂程度不同，来调整传输影像的影格率（Frames per second；简称 FPS），其代表FPS是会变动的，但屏幕或电视的更新率（Refresh Rate）却是固定的，在这条件下就会造成画面延迟、撕裂等不好的使用者体验。而两大显示适配器厂商AMD及NVIDIA针对此问题各自推出了AMD FreeSync™及NVIDIA G-Sync功能，其目的都是为了解决上述问题，进而提升消费者的使用者体验。

由于Adaptive-Sync标准主要是由AMD参与及制定，所以FreeSync的机制也被加入到了Adaptive-Sync中，当显示适配器及屏幕都支持Adaptive-Sync时，可以在DisplayPort接口中的EDID / Display ID及DPCD的链路训练（Link Training；简称LT）机制，来开启Adaptive-Sync的功能。此功能会根据FPS变动量而自动调整屏幕本身的Refresh Rate，而这种自动调整的Refresh Rate称为VRR（Variable Refresh Rate），透过此方式改善画面延迟、影像撕裂等问题。

Buffer（缓冲区）

首先，我们需先了解画面是如何从显示适配器被投射出来。由于画面在传输时并不是直接投射在屏幕上，而是先将影像传输到Buffer（缓冲区）暂存，其又分为Back Buffer（后缓冲区）和Front Buffer（前缓冲区），透过Buffer的处理后才投射在屏幕上，其流程如下图所示：

1. 显示适配器将Frame渲染至Back Buffer暂存。
2. Back Buffer <-> Front Buffer 做Buffer Swap。
3. 此时将Frame从Front Buffer开始做逐行扫描至屏幕。

图1

而上述提到影像撕裂问题，以下就用几个例子让大家了解一下影像撕裂的原因：

1.当FPS高于屏幕的Refresh Rate时，FPS会较快渲染新的Frame B到Back buffer，然后做Buffer Swap让新的Frame B传输到画面上，但由于屏幕Refresh Rate是固定的，就会造成屏幕来不及完成原先Frame A的逐行扫描，就会造成影像撕裂，如图2、4所示。

图2

2.当FPS低于屏幕的Refresh Rate时，屏幕会先完成Frame A逐行扫描，但此时新的Frame B还没渲染完成，所以Frame A会再次被逐行扫描，如果这时Frame B突然渲染完成，会发生Buffer Swap，这时逐行扫描到一半的Frame A 会将另一半的Frame B一起显示在画面上，这时也造成了影像撕裂，如图3、4所示。

图3

图4 （出自: https://www.saydigi.com/2015/03/nvidia-g-sync.html）

Adaptive-Sync 测试

至今，AMD FreeSync的功能已经在市面上使用相当广泛，但其效能参差不齐，主要原因是目前并没有一个标准审核及测试机制来验证效能的优劣，而AMD将FreeSync导入到VESA Adaptive-Sync后，VESA从2019年就开始制定Adaptive-Sync测试方案，预计2021年底将会有一套完整的Adaptive-Sync认证测试规范（Certification Test Specification；简称CTS），其目的就是确保市面上支持Adaptive-Sync的产品效能质量，当产品通过CTS测试后，就可以使用VESA官方认证的标章，如下图。

图5

Adaptive-Sync CTS测试规范定义了两种规格 — MediaSync及AdaptiveSync GX：

1. MediaSync — Maximum；Minimum Refresh Rate, ≧60Hz；≦48Hz
2. AdaptiveSync — Maximum；Minimum Refresh Rate, ≧144Hz；≦60Hz

其中，符合AdaptiveSync规格的产品就会有较大VRR范围并且有更低延迟的效能，适用于电子竞技类型的屏幕。以下为Adaptive-Sync测试内容：

1. Link Layer Adaptive-Sync Compliance Test Specification
2. Adaptive-Sync Performance Test
   1. Refresh Rate and Flicker Testing
   2. Gray-to-Gray Testing
   3. Frame Drop Testing
   4. Video Frame Rate Jitter Testing

Link Layer Adaptive-Sync CTS，沿用了DisplayPort接口上的Link Training机制，以检查产品链路层上沟通正确性包含了产品宣告、能力等等，这代表透过DisplayPort接口后启用的Adaptive-Sync功能可以兼容任何支持DisplayPort的产品，就不需绑定在固定的平台。而另一部分Adaptive-Sync Performance Test是验证产品开启此功能后的效能及质量，根据产品所宣告的能力，在不同的Refresh Rate下产品是否可以自适应调整Refresh Rate及过程中Refresh Rate偏移过大、变动过程中的稳定度、视觉上闪烁、影像失真、影像遗失等问题。

结论

总结，VESA Adaptive-Sync CTS标准化了产品之效能规格，未来将能改善现今市面上产品效能参差不齐的问题，以Granite River Labs （GRL）认证测试实验室的观察，随着DisplayPort广泛应用在Type-C界面上，前年也推出了DP 2.0规格，而近期也着手制定了功能性上的测试规范包含了DisplayHDR及Adaptive-Sync，更加完善了DisplayPort接口圈的能力及质量，而目前市面上支持FreeSync或G-Sync屏幕相当多，相信未来品牌厂为了确保产品质量，会要求产品都需通过VESA Adaptive-Sync认证标章。

目前 Adaptive-Sync Certification Test Specification依然在制定阶段，实际的规范请参考VESA释出的内容为主，VESA也预计于2021年第四季会正式发布。

参考文献

• VESA Adaptive-Sync Display Certification Test Specification https://vesa.org/

作者

GRL 中国台湾技术经理  宋超宇 Jerry Sung

GRL 全球 DisplayPort 技术发展负责人，熟悉 DisplayPort、HDMI®、Thunderbolt、Power Delivery、SD 等多种应用界面，担任 GRL 技术文章作者及讲师，且拥有 8 年测试经验。

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发布日期 2021/09/22 AN-210922-TW