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投影機、電視、顯示器畫面流暢度的原理是什麼?

BenQ Taiwan
2018/11/21
short throw projection for immersive viewing experiences

平常我們不管是用電視看電影,或者用顯示器玩遊戲,眼睛會接收到很多動態影像的資訊,顯示器製造商也都會強調產品具備多高多高的畫面更新率,使用者可以看到如何如何的畫面流暢度,對於規格常提到的影格率、幀數、30Hz、60Hz,多數人不是似懂非懂,就是一頭霧水。到底畫面的流暢度是怎麼算的?顯示器常提到畫面更新率到底時什麼?在介紹顯示設備的規格之前,我們先來了解一下人的眼睛是如何接收動態影像的資訊。

動態影像來自於人眼視覺暫留

呈現的基本原理,是人眼接收光線反射,在晶狀體上成像,再將訊號轉換為神經電流,回傳給大腦創造出視覺影像。而人類的眼睛看見的影像藉由光線反射在視網膜上,而影像在視網膜上消失後,殘像還會保留一定的時間,這就是視覺暫留(Persistence of vision)現象,我們之所以可以看到動態畫面,就是透過視覺暫留的原理而形成的效果,因為人眼只要看到每秒高於10~12張的畫面影格速率,就會認為畫面是連貫的,電影就是藉由人眼視覺暫留而被創造出來的,透過膠片一格一格拍攝、然後快速播放的原理,讓畫面看起來是連貫的影像。

影格率是什麼?為什麼電影和遊戲畫面的不一樣?

正因為人眼有視覺暫留的現象,所以不管是電影或影片拍攝還是遊戲畫面的製作,都是利用「每秒呈現多個靜態畫面」的原理來創造動態影像的效果,而用來表示每秒顯示畫面張數的規格,就是所謂的影格率(Frame rate,或稱畫面更新率、幀率等),以每秒顯示張數(Frame per Second,FPS或fps)做為測量單位。

早期無聲電影拍攝影格率約介於16~24格(張)不等,當有聲電影問世後,每秒24格逐漸成為電影拍攝的標準格式。每秒24格雖然影格率不高,但電影攝影機可以用比較慢的快門來拍攝,讓人眼透過視覺暫留可以觀看到順暢的動態視覺效果,而且電影拍攝長年採用每秒24格的拍攝模式,也早已讓人們的眼睛習慣電影畫面獨特的動態感。

至於電視的部分,由於目前世界各地主要有NTSC(美規)、PAL(歐規)兩大系統,供電頻率NTSC為59.94Hz,PAL為50Hz,兩者的影格率則是NTSC的每秒30格(29.97p)與PAL的每秒25格,其中美國與日本兩個遊戲大國皆採用NTSC系統,所以遊戲畫面自然也被設定為每秒30格。

玩遊戲畫面到底每秒30格好?還是60格好?
ceiling-mounted and table top projector setup

或許你會問,每次進電影院看動作、戰爭電影畫面那麼逼真,那為什麼不能用每秒24格的畫面來打電動呢?我們常接觸的電玩遊戲,例如射擊、賽車等,這類型的遊戲畫面都有很高的動態需求,所以如果畫面的影格率低於每秒30格,快速移動的影像就會出現不連貫、拖影的現象,動態影像的「累格」就會讓畫面顯得不自然。

那到底電玩畫面的影格率要多少才是可以獲得動態畫面流暢的最佳效果呢?有人說每秒30格就夠了,但也有人說至少要60格,其實人的眼睛跟大腦處理影像資訊的流程與原理極為複雜,每個人的眼睛構造也不一樣,加上人腦對於視網膜「上傳」的動態捕捉、色彩與明暗變化的敏銳度與處理速率也都不盡相同,所以這個問題基本上無法分析出一個絕對的定論。

但可以探討的是,越常接觸「動態畫面」的人,大腦對於動態捕捉會越為敏銳,所以越常玩遊戲的人,自然會覺得越高的影格率,才能滿足自己對於畫面流暢的需求。所以對於專業的電競選手來說,眼睛的視覺與大腦的感知能力,在長時間訓練下會比一般人更為敏銳,所以想要遊戲畫面流暢,會追求更高的影格率。實際的幀數需以玩家需求來自訂,目前普遍被大家接受的範圍是每秒30~60格之間。

看電影與打電動,除了影格率還有哪些流暢度相關技術要注意?

ceiling-mounted and table top projector setup

電影畫面跟電玩畫面最大的差異,就是電玩畫面是互動的,影像的動作是跟著遊戲者下達的指令即時回饋,所以專門用來玩遊戲的顯示設備(包括電視、顯示器乃至於更專業的電競顯示器),如果你想要畫面更加流暢自然,也需要重視產品的「反應時間」跟「輸入延遲」。

反應時間是什麼?簡單講就是,液晶面板各個像素點「從最暗到最亮」或者「從最亮到最暗」的所需時間,以ms為單位,越小代表反應速度越快。一台顯示設備如果反應時間過長,動態畫面就會出現拖延的狀況。通常反應時間越短就代表產品的電競取向越高,許多專業電競顯示器反應時間可以來到1ms,但對廣大的電玩愛好者來說,不管是電視還是電腦螢幕,如果反應時間在4ms以下就已經能滿足遊戲需求。反應時間這項規格跟顯示器使用面板類型有很大的關連,現在電腦螢幕主要有TN、VA、IPS三大類,TN面板反應時間是最快的,平均只有1ms,VA與IPS約在4∼5ms之間,所以許多電競螢幕都是用TN面板來製作。

輸入延遲的部分,則是指遊戲者透過操作裝置(滑鼠、鍵盤、搖桿等)所下達的指令,傳遞到畫面所需的時間。通常輸入延遲的問題比較會出現在電視上,因為電視通常會透過顯示晶片將接收到的影音訊號進行升頻、降噪、補幀、優化、音訊解碼等步驟,要走的流程自然也會比較多,等到最後顯示在畫面上時就會產生時間誤差,造成輸入延遲。電視的輸入延遲通常都在100ms以下,如果你只是單純用電視看電影、收看電視頻道,輸入延遲並不會造成觀賞上的影響。但如果你用電視來打電動,透過操作裝置下達的指令,就會因為訊號延遲的關係,無法與遊戲同步了。為了避免這個問題,現在很多品牌的電視影像模式都會有遊戲或PC模式,透過降低輸入延遲的方式(例如減少影音訊號部分的處理流程),讓使用者將遊戲機連接電視打電動時,降低指令與畫面不同步的現象。

一般顯示設備

具備低輸入延遲的顯示設備

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