By GRL Team on 十二月 08, 2022

Adaptive-Sync 顯示器浮動更新率測試規範與測試意義

Granite River Labs, GRL
Raymond Huang 黃睿

閱讀本篇文章之前,建議您可以先閱讀GRL的另一篇技術文章「VESA Adaptive-Sync 介紹及認證」,對Adaptive-Sync有了基本的認識之後,這篇文章將著重在測試項目,進行由淺入深的說明,幫助對VESA Adaptive-Sync有興趣的讀者可以更進一步的了解每個測試項目背後的意義。

2022年3月25日,VESA推出了VESA Adaptive-Sync Certification Test Specification (Adaptive-Sync Display CTS),即是官方標準的認證測試規範。據其內容測試可以分成三大類:光學表現、EDID / Display ID及DPCD的鏈路訓練、相容性測試。

其中又以光學表現的測試規範較為嚴格,故本文內容將著重介紹光學表現的測試。光學表現測試又可細分為四大項:

  1. Refresh Rate and Flicker Testing 更新率與亮度閃爍測試
  2. Gray-to-Gray Testing 灰階測試
  3. Frame Drop Testing 失幀測試
  4. Video Frame Rate Jitter Testing 影像幀數抖動測試

接下來,我們將針對每一大項的測試目的與規範詳細說明。

 

更新率與亮度閃爍測試 (Refresh Rate and Flicker Testing)

此測試旨在驗證不同的更新率下,待測螢幕亮度的閃爍程度是否會被使用者所感知,透過光學量測儀器取得閃爍程度量化的數值,以日本電子資訊科技協會 (JEITA, Japan Electronic Information Technology Association) 之閃爍測量標準,訂定顯示器螢幕中心小於 -60 dB 之規範,但若待測物 (DUT, Device Under Test) 僅輕微高於規範值,則需要驗證螢幕上平均5個位置如下圖,若閃爍度平均小於-50dB也是符合規範。

圖一螢幕點位示意圖

圖1: Adaptive-Sync更新率與亮度閃爍測試點位示意圖

 

測試圖形方面,光學測試主要利用VESA提供之官方測試程式,輸出指定更新率以配合測試規範進行測試,測試用的更新率包含靜態與動態兩種類型。靜態章節包含23.9 ~ 60 Hz內常見的更新率,在穩定的狀況下測試個別更新率之閃爍度。動態部分則是測試DUT支持最低更新率漸進轉換至最高更新率間的閃爍程度,更新率變化的方式有:鋸齒波、正弦波、方波與隨機共四種,DUT通常在方波測試(於最低到最高更新率間頻繁切換)容易出現閃爍之情形,實際亮度變化波型可以參考圖2。

圖二_鋸齒波

圖2: 鋸齒波詳細亮度變化波型


 

灰階測試 (Gray-to-Gray Testing)

此測試旨在驗證不同的灰階轉換時,DUT內的加壓加速控制電路(OD, Overdrive)所提升的上升是否符合規範,同時也會將亮度方面的變化情形,透過專用光電轉換探頭轉變成電子訊號輸入示波器觀察,VESA針對波型亦有提出過衝、下衝的相對規範,避免OD在亮度轉換之際產生劇烈過補正之情形,實際量測波形如圖3所示。

圖三_Keysight示波器實際波型截圖

圖3: Keysight示波器實際波型截圖

 

失幀測試 (Frame Drop Testing)

此測試旨在驗證DUT是否會在測試中出現影格遺失的情況,測試過程將會使用數位相機對螢幕進行拍攝,快門時間設定為一秒以捕捉所有影格都出現在螢幕上的軌跡。測試項目包含最高支援的更新率以及隨機更新率,下圖為最高更新率下拍攝的範例照片,可以觀察出所有影格均被填滿(圖4),沒有失幀的情況發生。

圖四_失幀測試實際拍照畫面

圖4: 失幀測試實際拍照畫面

 

如果出現影格遺失,代表在不同更新率變化時使用者體驗上會出現卡頓,明顯撕裂的情形,以下為示意圖。

圖五_掉幀與撕裂示意圖

圖5: 掉幀與撕裂示意圖(來源:Nvidia)

 

影像幀數抖動測試 (Video Frame Rate Jitter Testing)

此測試旨在驗證DUT固定螢幕更新率時,實際更新率與目標更新率之間的差異是否小於VESA規範之容忍值。測試規範中也巧妙的以Color Code間的差異做轉換,將結果可用直觀的方式呈現。

轉換方式如下(以測試更新率48Hz為例):根據測試規範,已知可容忍的抖動範圍為±0.5毫秒,而將48 Hz進行倒數計算後,可以得到一個影格的時長為 20.8毫秒,±0.5除以20.8可以得到確切的容忍值為4.8%的亮度差異。之後以Color Code 187為基準,可以得到轉化後Color Code的差異大約為4,實際計算公式如下:

Allowed Minimum-to-Maximum 8-bit Gamma 2.2 Code Value Range = 187 × (1.048(1 / 2.2) – 1) = 4.03

 

測試過程同樣使用數位相機對螢幕進行拍攝,快門時間也設定為一秒以抓取所有影格。測試項目則包含指定十個常見更新率,之後再透過修圖軟體如PhotoShop,將照片標準化後進行最亮與最暗區塊的比較如圖6、圖7所示,進而判斷實際抖動是否符合規範。

圖六_不符合規範之亮度差異

圖6: 不符合規範之亮度差異

 

圖七_符合規範之亮度差異

圖7: 符合規範之亮度差異

 

此測試確保使用者可以享受擁有穩定更新率的影音內容與遊戲體驗,避免穩態時更新率出現不正常浮動,進而造成使用者感知到特定區域畫面亮度差距過大。

 

補充:高動態範圍 (HDR, High Dynamic Range)

高動態範圍 (HDR, High Dynamic Range) 部分值得補充說明,若DUT宣告支援HDR功能,則影像幀數抖動測試需要增加測項。新增的部份旨在確認DUT開啟HDR功能的情況下,抖動是否仍然符合規範?在HDR開啟時需要額外注意,當測試軟體將影格刷滿整個螢幕的同時,有可能會造成不同區域的調光不一致,最後導致Color Code有較大差異。

若您想進一步了解HDR功能,請參考此篇技術文章「DisplayHDR 最新技術更新」。

 

結論

以上四部份囊括了VESA Adaptive-Sync CTS 的所有測試重點,期望本篇文章能加深讀者對Adaptive-Sync 測試概念的輪廓,此測試規格建立了相對公開且嚴格的標準,對於使用者的影音體驗尤其是幀數,做了嚴格的品質把關避免用戶購買到不符理想的顯示器產品。

Granite River Labs (GRL) 認證測試實驗室於規範草擬階段,即成立了Adaptive-Sync測試團隊,以支援數據的比較與驗證,並成為VESA授權的Adaptive-Sync認證實驗室先鋒,提供專業的測試服務。若您對Adaptive-Sync相關的定義、內容或測試細節有任何疑問,歡迎來信GRL交流技術與討論。

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參考文獻

  1. https://www.nvidia.com/en-us/geforce/technologies/adaptive-vsync/technology/
  2. VESA Adaptive-Sync Display Certification Test Specification r1.0, March 25, 2022

作者
GRL台灣測試工程師 黃睿 Raymond Huang

國立台灣大學化工所碩士畢業,擁有近四年測試經驗,熟悉DisplayPort, DisplayHDR, AdaptiveSync, Clear Motion, HDR10+, Ethernet 等測試規範,現時負責GRL光學測試相關項目開發以及客製化測項設計兼GRL 技術文章作者及演講講師。

 

本文件中規格特性及其說明若有修改恕不另行通知。                         

發佈日期 2022/12/08 AN-221208-TW

Published by GRL Team 十二月 08, 2022