REPORTAGE: Inputlag Teil 9

Aufgrund der starken Schwankungen und offensichtlichen Abweichungen von der Bildschirmwiederholrate ist davon auszugehen, dass die Ausgabe eines aktuellen Bildes zwar vergleichbar selten wie die Bildschirmaktualisierung ausfällt, jedoch keines Falls mit der Bildschirmfrequenz synchronisiert ist, wodurch zusätzliche Abweichungen in der Darstellung auftreten können.

Wiederhol- und Aktualisierungsraten im Millisekundenbereich sind so nicht oder zumindest nicht mit der benötigten Präzision umsetzbar, womit Flash für die Darstellung einer geeigneten Stoppuhr eher ungeeignet ist.

2D-Bildwiederholrate

Viele Programme im 2D-Bereich sind an die 2D-Darstellung des Desktops gebunden. Dies entspricht dann einer Aktualisierungsrate des Fensterinhalts, die der üblichen Bildfrequenz von 60 Hz entspricht. Das bedeutet nach t=1/f = 1/(60 Hz) = 16,67 ms wiederum, dass trotz der vorgegaukelten Präzision von einzelnen Millisekunden nur alle 16,67 Millisekunden eine Aktualisierung der Ausgabe erfolgt. Im folgenden Text wird der Einfachheit halber stets die Angabe 16 ms als Stellvertretung für 1/60 s verwendet.

Vereinfacht verfügt eine Grafikkarte über zwei Puffer, oder auch Bildspeicher, in denen ein komplett berechnetes Bild abgelegt wird, bevor es ausgegeben wird. Ist die vertikale Synchronisation aktiviert, was im 2D-Modus üblich ist, so wird nur dann ein neues Bild berechnet und in diesen Speicher geschrieben, wenn es nötig ist. Danach liegt es dort für über 16 ms und wartet darauf abgeholt zu werden.

Fotografiert man zu einem geeigneten Zeitpunkt zwei Monitore, von denen der eine genau passend und der zweite z.B. erst nach 10 ms den Bildinhalt abruft, so zeigen beide Monitore bis zur jeweils dargestellten Zeile des aktuellen Bildes exakt den gleichen Inhalt, also auch die gleiche Zeit auf der dargestellten Stoppuhr. Ein Bild von beiden Monitoren zu einem anderen Zeitpunkt, z.B. 8 ms später, würde eine Differenz von ca. 16 ms anzeigen, da der erste Monitor bereits das nächste Bild abgeholt und bis zur Stoppuhr dargestellt hat.

Was bei der Mittelung der so aufgenommenen Werte herauskommt, hängt also nur teilweise davon ab, wie groß die Differenz durch den Input Lag tatsächlich ist, dafür aber primär, an welcher Position des Bildaufbaus man das Foto erstellt.

In dem folgenden Beispiel ist in Bereich A eine zeitliche Differenz von 0 ms abzulesen, da beide Teilbilder bereits den neuen Bildinhalt darstellen. In Bereich B beträgt die Differenz 17 ms, da rechts bereits der neue Bildschirminhalt aufgebaut bzw. dargestellt wird, während in Bereich C die Differenz wiederum bei 0 ms liegt, da beide Bildschirminhalte "alt" sind.

Zeitliche Differenzen bei asynchronem Bildaufbau mit V-Sync.

Bedenken Sie bitte bei der Betrachtung, dass bei bisherigen Stoppuhrprogrammen keine Bereiche zu vergleichen waren, sondern jeweils nur eines der Stoppuhrpaare sichtbar gewesen wäre. Der verschieden weit fortgeschrittene Bildaufbau war also nur in relativ seltenen Ausnahmefällen überhaupt erkennbar.

Lösung für dieses Problem

Um diesen Effekt zumindest teilweise zu umgehen, muss die verwendete Anwendung ohne V-Sync laufen und sehr hohe Bildwiederholraten erreichen. So werden die Bildspeicher ständig mit den gerade aktuell berechneten Bildinhalten überschrieben. Wenn nun ein Monitor ein Bild anfordert, so wird auch während der Zeit, in der das Bild abgerufen wird, ständig der Pufferspeicher aktualisiert. Stellt man mehrere Stoppuhren gleichzeitig auf dem Bildschirm dar, so ist die fortschreitende Aktualisierung an fortlaufenden Zeiten der untereinander dargestellten Zähler im Millisekundenbereich erkennbar.

Der Vorteil liegt nun darin, dass ein Monitor, der eine beliebige zeitliche Differenz in seiner Abholzeit zum anderen Monitor aufweist, nicht den alten Bildschirminhalt bekommt, sondern einen frisch berechneten.

Das folgende Bild zeigt einen solchen Fall. In Bereich A ist eine zeitliche Differenz zwischen den neuen Bildschirminhalten von 10 ms zu erkennen. In Bereich B ist die Differenz zwischen altem Bild auf dem linken Monitor gegen das neue Bild auf dem rechten Monitor zu erkennen. Die Differenz beträgt in diesem Bereich beträgt -7 ms, in Bereich C, der wieder zwei alte Bildinhalte darstellt, erhält man wieder die Differenz von 10 ms.

Zeitliche Differenzen bei asynchronem Bildaufbau ohne V-Sync.

Die entscheidende Frage ist, wie es dazu kommen kann, dass plötzlich der TFT-Monitor einen Bildinhalt vor dem CRT anzeigt. Mit den bisherigen Erklärungen für die Foto-Methode ist dies nicht in Einklang zu bringen. Zudem ist somit auch nicht erklärbar, welcher der drei Bereiche für die Bestimmung des Input Lags herangezogen werden sollte. Sollte man es sich nun einfach machen, so würde man Bereiche A und C wählen, und B aus einem nicht weiter erklärbaren Grund als ungültig zurückweisen und einfach ignorieren. Die Erklärung für dieses Phänomen wird später beim Vergleich der ausgegebenen Signale erfolgen.