Untersuchung des Testverfahrens einer Input-Lag-Messung
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Die überarbeitete Foto-Methode

Bereits theoretisch durchgefallene Varianten der Stoppuhren für die Foto-Methode werden hier nun nicht mehr betrachtet. Anstatt dessen werden anhand von einigen hundert Fotos mit der neuen Stoppuhr-Software SMTT die Input Lag Zeiten für die vorhandenen Testmonitore bestimmt. Im nächsten Kapitel werden dann über das Oszilloskop die tatsächlichen Input Lag Zeiten bestimmt und mit den Werten aus diesem Abschnitt verglichen.

Bisher gibt es nur die Beobachtungen, dass in verschiedenen Monitortests im Internet der gleiche Monitortyp höchst unterschiedlich abgeschnitten hat. Um klare und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, führen wir die Tests der unterschiedlichen alten Foto-Methoden also selbstverständlich selbst durch. Hierbei wählen wir zwei unterschiedliche Methoden zur Auswertung.

Erst die „normale“ Foto-Methode, um bisherige Ergebnisse einer gewöhnlich programmierten einzelnen Stoppuhr zu reproduzieren. Zur Erinnerung nochmals das Bild von Seite 9:

Messung: Zeitliche Differenzen bei asynchronem Bildaufbau ohne V-Sync
Zeitliche Differenzen bei asynchronem Bildaufbau ohne V-Sync

Es werden in jedem Foto drei Wertepaare entnommen, die aus den Bereichen A, B und C stammen. V-Sync wird dabei aktiviert, um die Beschränkungen der, an die Bildwiederholrate gekoppelten, 2D-Darstellung nachzuahmen.

Als nächstes wurde grob das gleiche Verfahren verwendet, jedoch V-Sync deaktiviert. Weiterhin stammen die Werte paarweise aus den drei dargestellten Bereichen. Dies entspricht idealisierter Software, die losgelöst von der Bildwiederholrate die Werte der Anzeige mindestens 1000-mal pro Sekunde aktualisiert.

Bei der „idealisierten Foto-Methode“ wird V-Sync ausgeschaltet und die letzte dargestellte Zeit des gerade aktuellen Bildaufbaus gewählt. Im Bild also direkt oberhalb der gelben Linie. Diese Art der Betrachtung sollte die asynchronen Bildausgaben möglichst gut kompensieren, ist jedoch durch die Reaktionszeit der TFT-Monitore schwierig abzulesen.

Selbst wenn zwischen zwei dargestellten Stoppuhren nur ein bis zwei Millisekunden Zeit verstreichen und somit der Wert der nächsten Anzeige mit einer Genauigkeit von ±1 ms abgeschätzt werden kann, kann es durchaus sein, dass die Position, an der der Bildaufbau gerade stattfindet, ungenau ermittelt wird. Selbst bei einem schnellen Display wie dem Samsung 2494HM muss man also zusätzlich davon ausgehen, dass man um zusätzlich zwei weitere Millisekunden danebenliegen kann, was zu einer Ableseungenauigkeit von geschätzten 3 ms führt.

Exkurs zur theoretischen Begründung, warum genau diese neuesten Werte gewählt werden

Hat der TFT einen Input Lag von 0 ms, so sollte an den gerade aufgebauten Stellen der gleiche Wert des Counters abgelesen werden können. Dies ist in der besonderen Art des Bildaufbaus des Programmes begründet. Auch wenn auf Fotos vom Bildschirminhalt wechselnde Werte zu erkennen sind, so wird im Bildspeicher bei jeder einzelnen Aktualisierung ein Vollbild abgelegt, welches nur einen einzelnen Wert mehrfach darstellt.

Während des zeilenweisen Auslesens des Bildpuffers verändern sich diese Werte kontinuierlich. Erst der Zeitpunkt des Auslesens legt fest, welcher Wert an der aktuellen Stelle ausgegeben wird und somit auch an welcher Stelle des Monitors dieser Wert dargestellt wird. Auch wenn jeder Monitor an einer anderen Stelle des Bildes den Aufbau vornimmt, so ist der zuletzt übertragene Wert auch der, der an dieser Stelle angezeigt wird.

Hat der TFT nun einen Input Lag, dann zeigt er an der Stelle des aktuellen Aufbaus nicht den gleichen Wert an, wie der CRT, sondern selbstverständlich einen abweichenden. Dennoch ist dies der aktuellste Wert, den er darstellen kann, natürlich verzögert um den Input Lag.

Damit keine großen Verzögerungen durch Interpolationsalgorithmen in den Monitoren entstehen, wurden die Monitore entweder auf ihrer nativen Auflösung betrieben oder aber die Interpolation erzwungen deaktiviert und die native Bildhöhe gewählt. Auf einem Monitor mit 1.920 x 1.200 Bildpunkten konnte so z.B. ohne Interpolation 1.600 x 1.200 dargestellt werden, auf einem Monitor im 16:9 Format mit 1.920 x 1.080 Bildpunkten die Auflösung 1.600 x 1.080.

An den Messwerten ist eindeutig zu erkennen, dass die Auflösung selbst, solange keine Interpolationsroutinen durchlaufen werden, keine Auswirkung auf die ermittelten Input Lag Werte hat. Während das Testgerät von NEC stets bei der nativen Auflösung minimal höhere Mittelwerte erreicht, kehrt sich das Bild für das Gerät von Samsung komplett um.

An den Stellen, an denen zwei Werte in der Tabelle zu finden sind, wurde der zweite Wert durch eine zweite Messreihe an einem anderen PC erstellt. Zum Vergleich wurden die gleiche Software, die gleiche Kamera und der gleiche CRT als Referenz herangezogen.

Monitor und Auflösung Foto-Methode „normal“ V-Sync aktiviert Foto-Methode „normal“ V-Sync deaktiviert Foto-Methode „idealisiert“
NEC 2690WUXi 1.600 x 1.200 39±11 27±2
NEC 2690WUXi 1.920 x 1.200 43±9 / 44±8 33±2
Samsung 2494HM 1.600 x 1.080 6±8 3±1
Samsung 2494HM 1.920 x 1.080 2±9 / 13±11 3±1
Iiyama AS4431D 1.280 x 1.024 9±9 12±6
ViewSonic VP2030b 1.280 x 1.024 25±8 21±3

Ermittelte Input Lag Zeiten mittels unterschiedlicher Foto-Methoden

Die letzten beiden Spalten basieren auf dem gleichen Fotomaterial, nur dass in der letzten Spalte ausschließlich die aktuellsten noch so eben erkennbaren Werte miteinander verglichen wurden („idealisierte Foto-Methode“). Dies führt dazu, dass die Schwankungen der Einzelmessungen drastisch reduziert werden, da keine Bildinhalte unterschiedlicher Bildaufbauzyklen miteinander in Relation gesetzt werden, sondern ausschließlich die gerade aktuellen.

Bei wiederholten Durchführungen, z.B. nach einem Rechnerneustart, können diese Werte noch immer im Extremfall um bis zu 16 ms abweichen.

Die Abweichungen zwischen der vorletzten und der letzten Spalte sind überwiegend rein statistisch zu erklären. Für die Daten der zweiten Spalte wurden bei jedem Foto alle drei Bereiche untersucht. Somit erhält man zwei Werte mit annähernd identischer Differenz und einen, der um ca. 16 ms abweicht. Durch die Mittelung ergibt das einen Aufschlag von ca. 5 ms. Da bei den Messreihen einige Bilder nur zwei auswertbare Bereiche enthielten, kommt es dort ebenfalls zu der theoretischen Abweichung von 5 ms.

Diese Verringerung zeigt bereits, dass die idealisierte Foto-Methode tatsächlich zumindest einen Teil der systematischen Fehler erfolgreich umgeht und somit die vorherigen Theorien bestätigt. Wenn also mittels einer Foto-Methode der Input-Lag bestimmt werden soll, so ist es offenbar die beste und verlässlichste Methode.

Messung des tatsächlichen Input Lags

In den vorherigen Kapiteln haben wir Fehler bisheriger Methoden genannt und belegt, sowie die bisherige Methode optimiert. Nun ist es an der Zeit zu kontrollieren, ob die idealisierte Foto-Methode Ergebnisse liefert, die möglichst nahe an der Realität liegen.

Schematische Darstellung des Testaufbaus zur Bestimmung des tatsächlichen Input Lags eines TFTs
Schematische Darstellung des Testaufbaus zur Bestimmung des tatsächlichen Input Lags eines TFTs

Betrachtung der Hintergrundbeleuchtung

Es ist allgemein bekannt, dass die Transistoren in den einzelnen Subpixeln eines Bildpunktes erst dann ihren Zustand ändern, wenn sich auch der darzustellende Bildinhalt ändert. Unter Zuhilfenahme dieser Tatsache wird meist begründet, dass TFTs flimmerfrei sind.

Allerdings wird dabei ein wesentlicher Bestandteil des Monitors vollkommen ignoriert. Die Hintergrundbeleuchtung ist letztendlich die entscheidende Baugruppe, die darüber entscheidet, ob der Monitor flimmert oder nicht.

Bereits mit sehr einfachen Mitteln ist dabei zu zeigen, dass die Hintergrundbeleuchtung eines Flachbildschirms mit Nichten konstant arbeitet. Hierfür reicht es bereits aus eine Kamera mit einer sehr kurzen Verschlusszeit, z.B. 1/1000s, zu verwenden und damit einen einheitlich weißen Bildschirminhalt abzulichten.

Der Samsung 2494HM mit fast weißem Bild - Belichtungszeit: 1/1000s
Der Samsung 2494HM mit fast weißem Bild – Belichtungszeit: 1/1000s
In dieser tausendstel Sekunde ist der halbe Bildschirm bereits merkwürdig verfärbt
In dieser tausendstel Sekunde ist der halbe Bildschirm bereits merkwürdig verfärbt
Anstatt schneeweiß zu sein, ist das Bild undefinierbar verfärbt, zumindest für den tausendsten Bruchteil einer Sekunde
Anstatt schneeweiß zu sein, ist das Bild undefinierbar verfärbt, zumindest für den tausendsten Bruchteil einer Sekunde

Einen Effekt zu sehen, wie hier beispielhaft am Samsung 2494HM, ist jedoch etwas ganz anderes, als ihn genau beschreiben zu können. Die Fotos erlauben keine präzise Aussage über Frequenz oder Dauer. Ebenso wenig erlauben sie eine Aussage über die Regelmäßigkeit dieses Effektes zu treffen. Ohne eine Überprüfung durch ein anderes Verfahren, welches unabhängig von dem ersten ist, könnte man nicht mit Sicherheit ausschließen, dass es sich nur um einen ungewollten Nebeneffekt handelt, wenn man Fotos von Monitoren erstellt, wie es auch bei Moiré-Effekten der Fall ist.

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