[專欄]垂直畫面更新率也有小學問

作者\陸向陽

垂直畫面更新率原文為Frame Rate或Frame Frequency,也稱FPS(Frame Per Second),對岸稱為「巾貞率」,簡言之是指顯示器每秒的畫面更新次數。

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過去類比美規NTSC標準時代,電視每秒更新30張畫面,讓觀眾感覺播放流暢,而歐規PAL標準刻意與美規不同,電視的掃瞄線從NTSC的525條增至625條,同時將電視頻道的頻寬從6MHz增至8MHz。

雖然增加頻寬,但因應625條掃瞄線仍然是不足,因此只好降低垂直畫面更新率,自30張減至24張、25張,依然能流暢觀看。而後隨著時代進步,類比映像管顯示器掃描頻率增高,因而能將畫面更新率增至45張、60張,更快的更新率對長時間觀看螢幕的人而言,可以減少眼睛疲勞。

另外,3D繪圖技術的興起,進而使3D電玩遊戲興起,3D電玩要求畫面更新率必須達60fps(或稱60f/s、60Hz)以上,而不能只有電視初期的30fps,為何如此?因為電視播放畫面的改變,部分可倚賴人的視覺想像,因此只要30fps就足以讓人感受到流暢。

相對的,電玩遊戲的每個畫面動作改變多操控在終端使用者之手,畫面容易出現不預期的改變,視覺想像無法使用,因此必須有更多的畫面更新數,才能讓觀看者感覺到相同的流暢體驗。

到達60fps後,業界進一步目標為120fps,此主要用來實現3D效果電視,運用快門3D技術、偏光3D技術,營造出兩眼的視覺差異,從而獲得立體效果,為此需要雙倍的垂直畫面更新率。

不僅120fps技術出爐,部分業者甚至能做到240fps,另外電漿電視(Plasma Display Panel, PDP)業者甚至展示過600fps技術,可惜電漿電視未能成為市場主流,現階段的主流依然是60/120/240fps的TFT LCD液晶電視。

另外,近一、二年重新流行起虛擬實境(Virtual Reality, VR),虛擬實境的頭戴顯示器(Head-Mounted Display, HMD)內也有畫面,初期設定的畫面更新率亦為60fps,但實測結果容易讓人產生暈眩,因而將更新率提高至90fps,例如臉書(Facebook)的Oculus Rift或宏達電(HTC)的Vive。此外為了減少畫面殘影,業界逐漸偏向採行AM OLED顯示器,而非現行TFT LCD顯示器。

上述為實現新的視訊運用而需要更高的垂直畫面更新率,然若反過來,最低可接受的流暢度為何?答案是15fps、16fps,過去日本手機很早就支援視訊播放,不過礙於手機運算力有限,只能有15fps,而後逐漸提升更新率。

除上述的更新率外,ITU-R BT.2020建議標準中,建議UHDTV的垂直更新率為100fps,或者有的電競專用桌上型顯示器強調能達144fps(原本桌上型監視器72fps的兩倍,72fps原在提供較60fps更佳的長時間觀看性),或英國BBC電視的研究部門提出以300fps來轉播體育賽事,300fps也可以輕易將過去的50fps、60fps進行轉換,理由為整數倍倍數。300fps也是HEVC(High Efficiency Video Coding)視訊規格的最高畫面更新率標準。

一旦垂直更新率不斷提升,系統整體表現的瓶頸將轉移到其他層面,例如需要更快速的處理器、更快速的繪圖處理器(GPU),甚至需要更快速的有線、無線傳輸,如HDMI 2.0、IEEE 802.11ay等標準。

當然,有時候降低畫面的長寬解析度,在減輕運算負荷下,就可以將餘力用來提高垂直更新率。不過,終端消費者其實要的是不降低現有畫質水準下,還能得到更高的更新率,而非權衡取捨,如此就成為業界技術的新挑戰,即便技術滿足了,能否在價位上讓人接受,又是另一項新挑戰。


關鍵字: 垂直畫面   虛擬實境   頭戴顯示器   電漿電視   PDP   HEVC   LCD