فریم‌ریت

فریم‌ریت (Frame-Rate – نرخ فریم) بسته به موضوع کاربرد آن می‌تواند معانی متفاوتی داشته باشد. برای مثال، هنگام اشاره به فایل‌های ویدئویی، فریم‌ریت به معنی تعداد فریم‌ها یا تصاویری است که فایل ویدئویی در یک ثانیه از خود جای داده است. بیشتر فیلم‌های امروزی بین ۲۴ تا ۳۰ فریم بر ثانیه (fps) هستند؛ درحالی‌که فریم‌ریت‌های ۵۰ و ۶۰ معمولا مختص پخش زنده ورزشی است و در دنیای سینما کمتر استفاده می‌شود.

تصویر متحرکی که متشکل از ۱۵ تصویر ثابت مجزا است، فریم‌‌ریت آن برابر با ۱۰fps است. اصطلاح فریم‌ریت هنگام اشاره به بازی‌های ویدئویی معنای تقریبا مشابهی با فریم‌ریت فایل‌های ویدئویی دارد. یکی از تفاوت‌های نرخ فریم بازی و ویدئو، متغیر بودن فریم‌ریت بازی‌های کامپیوتری است. اگرچه هم در دنیای ویدئو می‌توان فایل‌هایی با فریم‌ریت متغیر پیدا کرد و هم در دنیای بازی‌های کامپیوتری می‌توان فریم‌ریت را ثابت نگه داشت (معمولا روی ۳۰ یا ۶۰)؛ اما در بیشتر موارد فریم‌ریت فایل‌های ویدئویی ثابت و فریم‌ریت بازی‌های ویدئویی متغیر است. همچنین ازآنجاکه فریم‌ریت بازی‌های ویدئویی وابسته به قدرت پردازشی سیستم است، از آن به‌عنوان معیاری برای بنچمارک سخت‌افزار استفاده می‌شود.

فریم‌ریت فایل‌های ویدئویی معمولا ثابت و فریم‌ریت بازی‌های کامپیوتری معمولا متغیر است. اما هنگام اشاره به دوربین‌های فیلم‌برداری و عکس‌برداری، فریم‌ریت به معنای تعداد تصاویر ثبت‌شده در هر ثانیه است و لزوما با سرعت پخش محتوا ارتباطی ندارد. برای مثال، اگر سرعت فیلم‌برداری یک دوربین ۱۲۰ فریم بر ثانیه باشد، می‌توان با پخش ویدئوی ثبت‌شده در سرعت معمول (۳۰ فریم بر ثانیه)، یک ویدئوی اسلوموشن با سرعت یک‌چهارم تولید کرد. فریم‌ریت همچنین معیار بسیار مهمی هنگام خرید دوربین‌های عکاسی حرفه‌ای ورزشی است. یک دوربین ورزشی DSLR یا بدون آینه با فریم‌ریت ۱۰fps -که فریم‌ریت بسیار خوبی برای یک دوربین ورزشی به شمار می‌رود- قادر است در لحظات حساس در هر ثانیه ۱۰ تصویر با کیفیت و رزولوشن کامل از صحنه ورزشی به ثبت برساند.

 ریفرش‌ریت

ریفرش‌ریت (Refresh-Rate – نرخ به‌روزرسانی) با واحد «بار بر ثانیه» یا هرتز (Hz) بیان می‌شود و به معنای تعداد دفعات به‌روزرسانی تصویر توسط صفحه‌ نمایشگر در هر ثانیه است و نباید با فریم‌ریت اشتباه گرفته شود. برای مثال تلویزیونی را در نظر بگیرید که ریفرش‌ریت آن برابر با ۶۰ هرتز است. چنین تلویزیونی قادر است در هر ثانیه ۶۰ بار تصویر نمایش داده‌ شده روی صفحه‌ خود را به‌روزرسانی کند. حال اگر محتوایی با فریم‌ریت ۳۰fps را روی چنین تلویزیونی پخش کنید، نمایشگر هر فریم را دو بار نشان می‌دهد تا فریم بعدی برای نمایش آماده شود. به‌صورت مشابه، اگر بازی یا ویدئوی پخش‌شده ۱۲۰ فریم بر ثانیه باشد، نمایشگر ۶۰ هرتز تنها قادر است نیمی از فریم‌های دریافتی را به نمایش بگذارد.

بریده شدن صفحه (Screen Tearing)

با اندکی دقت در دو سناریوی بالا (فریم‌ریت و ریفرش‌ریت ۳۰، ۶۰ و ۱۲۰) متوجه می‌شوید که اعداد ذکرشده مضرب صحیحی از یکدیگر هستند. حال این سوال پیش می‌آید که اگر ریفرش‌ریت مانیتور مضرب صحیحی از فریم‌ریت نباشد یا اصلا فریم‌ریت محتوا متغیر باشد، چه اتفاقی خواهد افتاد. اگر محتوای پخش‌شده مربوط به فایل ویدئویی باشد، بسیاری از نمایشگرها قادر هستند با استفاده از تکنیکی با نام «میان‌یابی حرکت» (Motion interpolation) فریم‌های جدیدی در لابه‌لای فریم‌های اصلی محتوا تولید کنند که به‌ نوعی میانگین فریم قبلی و بعدی خود هستند. شرکت‌های تولیدکننده‌ صفحه نمایش، هرکدام نام اختصاصی خود را روی این تکنیک می‌گذارند. برای مثال، سامسونگ از نام Clear Motion، سونی از MotionFlow و ال‌جی از TruMotion استفاده می‌کند. پاناسونیک هم زمانی که تلویزیون‌های پلاسما هنوز در بازار مشهور بودند، با فناوری «تولید هوشمند فریم» (IFC)، فریم‌ریت ویدئوی دریافتی را تا ۶۰۰fps افزایش می‌داد تا با ریفرش‌ریت خارق‌العاده ۶۰۰ هرتزی تلویزیون‌های پلاسمای خود برابر باشد. ناگفته پیدا است که نمی‌توان هنگام تبدیل یک فیلم ۲۴ فریم بر ثانیه به ۶۰۰ فریم بر ثانیه انتظار نتایج جادویی داشت و خروجی چنین تکنیکی قطعا با محتوایی که واقعا ۶۰۰ فریم بر ثانیه باشد قابل قیاس نیست.

اما ازآنجا‌که میان‌یابی فریم‌ها نیاز به صرف قدرت پردازشی دارد و این کار طبیعتا زمانبر است، از این تکنیک نمی‌توان برای بازی‌های ویدئویی استفاده کرد. فرض کنید در حال تماشای یک فیلم سینمایی در تلویزیون خود هستید و عملیات پس‌پردازش (Post Processing) تلویزیون شما روی محتوا به‌قدری زمانبر است که حدود یک دقیقه طول می‌کشد. در چنین شرایطی، مادامی که صدا و تصویر فیلم با یکدیگر هماهنگ باشند، این تاخیر هیچ‌گونه تاثیری در تجربه‌ کاربر نخواهد گذاشت و در واقع کاربر اصلا متوجه تاخیر نخواهد شد. اما اگر کاربر درحال انجام بازی ویدئویی باشد، نمی‌تواند پس از فشردن هر دکمه یک دقیقه منتظر بماند تا تلویزیون یا مانیتور نتیجه‌ فشردن آن دکمه را به نمایش بگذارد. در حقیقت تاخیر در نمایش محتوا هنگام اجرای بازی‌های ویدئویی، حتی اگر در حد یک ثانیه هم باشد، انجام دادن بازی را عملا غیرممکن خواهد کرد.

به همین دلیل هنگام انجام بازی‌های ویدئویی، گاهی نمایشگر منتظر دریافت کامل فریم از منبع نمی‌ماند و همان فریم نصفه و نیمه دریافتی را به‌نمایش می‌گذارد تا فریم بعدی آماده شود. این کار باعث به‌ وجود آمدن اثری مشهور به «پاره یا بریده شدن صفحه» (Screen Tearing) می‌شود. اگرچه می‌توان با فعال کردن قابلیتی با نام VSync (همگام‌سازی عمودی، Vertical Synchronization) فریم‌ریت خروجی از منبع را تا حد امکان با ریفرش‌ریت نمایشگر هماهنگ کرد؛ اما این روش هم به دو دلیل راه‌حلی ایده‌آل برای از بین بردن اسکرین تیرینگ نیست. اول اینکه VSync در بیشتر مواقع باعث می‌شود فریم‌ریت شما به یک مقدار خاص محدود شود. برای مثال، فرض کنید کامپیوتر شما قادر نیست همواره و به‌صورت ثابت به فریم‌ریت ۶۰ fps در یک بازی خاص دست پیدا کند، اما در بیشتر لحظات بازی می‌تواند فریم‌ریتی بین ۵۰ تا ۵۵ تولید کند. در چنین شرایطی VSync با محدود کردن فریم‌ریت به یک عدد ثابت (معمولا ۳۰) برای از بین بردن اسکرین تیرینگ باعث می‌شود نتوانید از حداکثر قدرت پردازشی سیستم خود استفاده کنید.

مشکل دیگر این است که اگر فریم مورد نظر در موعد مقرر توسط سخت‌افزار آماده‌ نمایش نشود، VSync کلا از آن فریم صرف نظر می‌کند و تا آماده شدن فریم بعدی، همان فریم قدیمی را دوباره (یا چندباره) روی نمایشگر نشان می‌دهد. این کار باعث به‌ وجود آمدن اثری مشهور به Judder یا Stutter می‌شود که اگرچه به بدی بریده شدن صفحه نیست، اما همچنان نمی‌توان نام تجربه‌ ایده‌آل روی آن گذاشت. VSync همچنین با خود اندکی «لگ» به همراه می‌آورد. بنابراین اگرچه VSync قادر است مشکل بریده شدن صفحه را رفع کند، اما با خود مشکلات جدیدی به همراه می‌آورد. به همین دلیل است که VSync به‌صورت پیش‌فرض روی اکثر بازی‌ها فعال نیست و توسعه‌دهندگان بازی‌های ویدئویی انتخاب بین بد و بدتر (بریده شدن صفحه یا Stutter و لگ) را بر عهده خود گیمر می‌گذارند.

 G-Sync

این فناوری اختصاصی انویدیا است که با هماهنگ کردن ریفرش‌ریت نمایشگر و فریم‌ریت خروجی دستگاه، اثر پاره شدن صفحه را از بین می‌برد و در عین حال معایب VSync مانند Stutter و لگ را نیز با خود به همراه ندارد. G-Sync یک فناوری تجاری (غیر رایگان) است و تولید‌کنندگان دستگاه‌ها برای بهره گرفتن از آن علاوه‌ بر استفاده از یک ماژول سخت‌افزاری خاص در نمایشگر خود باید مبلغی بابت امتیاز استفاده از فناوری به انویدیا پرداخت کنند. برخلاف VSync که سخت‌افزار دستگاه را مجبور می‌کند فریم‌ریتی متناسب با ریفرش‌ریت نمایشگر تولید کند،G-Sync نمایشگر را مجبور می‌کند ریفرش‌ریت خود را با فریم‌ریت خروجی دستگاه هماهنگ کند. در واقع عملکرد G-Sync اندکی پیچیده‌تر از توضیح مختصر و ساده بالا است. برای مثال، چیپ G-Sync استفاده ‌شده در نمایشگرها مجهز به ۷۶۸ مگابایت رم DDR۳ برای ذخیره کردن فریم‌های قدیمی است و همچنین می‌تواند با آنالیز فریم‌ریت دریافتی، تغییرات آن در آینده را پیش‌بینی و مانیتور را برای ریفرش‌ریت متناسب با فریم‌ریت، از پیش آماده کند. برای استفاده از G-Sync، علاوه بر استفاده از نمایشگر سازگار با این فناوری، کاربر باید موارد زیر را نیز داشته باشد: کارت گرافیک جی‌فورس GTX ۶۵۰ Ti به بالا، درایور R۳۴۰.۵۲ به بالا، سیستم عامل لینوکس، FreeBSD، سولاریس یا ویندوز ۷ به بالا و درگاه دیسپلی‌پورت ۲/ ۱.

 FreeSync

این فناوری ریفرش‌ریت متغیر AMD است که در سال ۲۰۱۵ به‌عنوان پاسخی به فناوری G-Sync انویدیا معرفی شد. Freesync (همان‌طور که از نامش پیدا است) بر‌خلاف G-Sync کاملا رایگان است و برای بهره‌گیری از آن تنها سخت‌افزار به‌کاررفته در درگاه دیسپلی‌پورت ۲/ ۱ کفایت می‌کند. در ساخت نمایشگرهای FreeSync نه نیازی به استفاده از ماژول سخت‌افزاری اختصاصی وجود دارد و نه نیازی به پرداخت هزینه امتیاز به AMD.

باتوجه به اینکه معمولا تنها کارت‌های گرافیک و مانیتورها از درگاه دیسپلی پورت استفاده می‌کنند و G-Sync و FreeSync هر دو به این درگاه وابسته هستند، استفاده از فناوری‌های ریفرش‌ریت متغیر تا پیش از این تنها مختص به PC و مانیتور بود و کاربران تلویزیون‌های خانگی، کنسول‌های بازی و مانیتورهای فاقد درگاه دیسپلی پورت از مزایای این فناوری محروم بودند. اما به‌ تازگی با اعلام فروم HDMI مبنی بر پشتیبانی از FreeSync در طراحی نسخه‌ جدید این درگاه با نام HDMI ۲.۱، می‌توان انتظار داشت در آینده‌ای نزدیک اولین تلویزیون‌ها و کنسول‌های مجهز به FreeSync وارد بازار شوند. همچنین اوایل سال جاری میلادی AMD اعلام کرد که با معرفی نسخه‌ دوم فناوری ریفرش‌ریت متغیر خود با نام FreeSync ۲ از طیف وسیع‌تر رنگ و محتوای HDR نیز پشتیبانی خواهد کرد.

آخر هفته