VESA Adaptive-Sync 소개 및 인증

Granite River Labs, GRL
Jerry Sung

VESA DisplayPort™ 1.2a 표준부터 VESA는 Adaptive-Sync를 사양에 정의했으며  Adaptive-Sync의 주요 기능은 화면 지연, 이미지 찢김 등의 문제를 개선하는 것입니다.

과거에는 화면이 현재의 영상 내용을 표시하기 위해 고정된 업데이트 속도(Refresh rate)를 사용했고 영화나 비디오 게임 등 고성능 영상을 사용자가 경험할 경우 화면 지연, 이미지 찢김 등의 문제가 발생할 수 있었습니다. 주된 이유는 디스플레이 카드가 동적 장면의 복잡성에 따라 전송되는 이미지의 프레임 속도 (초당 프레임 수; FPS라고 함)를 조정하기 때문입니다. 즉, FPS는 변경되지만 화면이나 TV의 새로 고침 빈도는 고정됩니다. 이러한 조건에서는 화면 지연 및 테어링과 같은 열악한 사용자 경험을 유발합니다. 양대 그래픽 카드 제조업체인 AMD와 NVIDIA는 이 문제를 해결하기 위해 각각 AMD FreeSync™와 NVIDIA G-Sync 기능을 출시했습니다. 이 기능의 목적은 위의 문제를 해결하여 소비자의 사용자 경험을 개선하는 것입니다.

Adaptive-Sync 표준은 AMD가 주로 참여하고 공식화했기 때문에 FreeSync 메커니즘도 Adaptive-Sync에 추가되었습니다. 디스플레이 카드와 화면이 모두 Adaptive-Sync를 지원하는 경우 DisplayPort 인터페이스의 EDID/디스플레이 ID 및 DPCD Adaptive-Sync 기능을 활성화하는 LT(Link Training) 메커니즘이 될 수 있습니다. 이 기능은 FPS 변화에 따라 화면 자체의 주사율을 자동으로 조정하는 기능으로, 이렇게 자동으로 조정되는 주사율을 VRR(Variable Refresh Rate)이라고 하며, 이를 통해 화면 지연, 이미지 찢김 등의 문제를 개선할 수 있습니다.

Buffer

먼저 그래픽 카드에서 화면이 어떻게 투사되는지 이해해야 합니다. 전송 시 영상이 화면에 직접 투사되지 않기 때문에 영상을 먼저 Buffer(버퍼)에 옮겨 임시 저장하는데, 이는 Back Buffer와 Front Buffer로 구분되어 처리됩니다. 화면에 투사되기 전 과정은 아래 그림과 같습니다.

1. 그래픽 카드는 임시 저장을 위해 프레임을 Back Buffer로 렌더링합니다.
2. Back Buffer <->  Front Buffer ⇒ Buffer Swap
3. 이때 프레임은 Front Buffer에서 화면으로 점진적으로 스캔됩니다.

그림 1.

위에서 언급한 이미지 찢어짐 문제와 관련하여 이미지 찢어짐의 원인을 알려주는 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

1. FPS가 화면의 Refresh Rate보다 높은 경우 FPS는 새 프레임 B를 Back 버퍼로 더 빠르게 렌더링한 다음 Buffer Swap을 수행하여 새 프레임 B를 화면으로 전송합니다. 그러나 화면 새로 고침 빈도는 고정되어 있으므로, 결과적으로 그림 2와 4에 표시된 것처럼 화면이 원본 프레임 A의 progressive scanning을 완료할 시간이 없어 이미지 찢어짐이 발생합니다.

그림 2

2. FPS가 화면의 주사율(Refresh Rate)보다 낮으면 화면은 먼저 프레임 A의 progressive scan을 완료하지만 새 프레임 B는 아직 렌더링되지 않았기 때문에 프레임 A가 다시 progressive scan됩니다. 렌더링이 완료된 후 갑자기 프레임 B가 나타나면 버퍼 스왑이 발생합니다. 이때 프레임 A의 절반은 점진적으로 스캔되고 나머지 절반은 프레임 B와 함께 화면에 표시됩니다. 이로 인해 그림 3 및 4와 같이 이미지가 찢어지는 현상도 발생합니다.

그림 3

그림 4 (출처: https://www.saydigi.com/2015/03/nvidia-g-sync.html）

Adaptive-Sync 

지금까지 AMD FreeSync 기능이 시장에서 널리 사용되어 왔지만 그 성능은 다양합니다. 가장 큰 이유는 현재 성능을 검증할 수 있는 표준 검토 및 테스트 메커니즘이 없기 때문이며, AMD는 FreeSync를 VESA Adaptive-Sync에 도입했습니다. 이후 VESA는 2019년에 Adaptive-Sync 테스트 계획을 개발하기 시작했습니다. 2021년 말에는 완전한 Adaptive-Sync 인증 테스트 사양(인증 테스트 사양, 줄여서 CTS)이 완성될 것으로 예상됩니다. 그 목적은 시장이 Adaptive-Sync를 지원하는지 확인하는 것입니다. 제품 성능과 품질을 위해 제품이 CTS 테스트를 통과하면 아래와 같이 VESA 공식 인증 마크를 사용할 수 있습니다.

 그림 5

Adaptive-Sync CTS 테스트 사양은 MediaSync 및 AdaptiveSync GX 의 두 가지 사양을 정의합니다 . 

1. MediaSync — Maximum；Minimum Refresh Rate, ≧60Hz；≦48Hz
2. AdaptiveSync — Maximum；Minimum Refresh Rate, ≧144Hz；≦60Hz

이 중 AdaptiveSync 규격을 준수하는 제품은 VRR 범위가 더 넓고 대기 시간 성능이 낮아 e-스포츠 유형의 화면에 적합합니다. 다음은 Adaptive-Sync 테스트 내용입니다.

1. Link Layer Adaptive-Sync Compliance Test Specification
2. Adaptive-Sync Performance Test
   1. Refresh Rate and Flicker Testing
   2. Gray-to-Gray Testing
   3. Frame Drop Testing
   4. Video Frame Rate Jitter Testing

링크 레이어 Adaptive-Sync CTS는 DisplayPort 인터페이스의 링크 트레이닝 메커니즘을 따라 제품 공지, 기능 등을 포함하여 제품 링크 레이어의 통신 정확성을 확인합니다. 이는 DisplayPort 인터페이스를 통해 활성화된 Adaptive-Sync 기능이 호환 가능함을 의미합니다. DisplayPort를 지원하는 모든 제품은 고정 플랫폼에 바인딩될 필요가 없습니다. Adaptive-Sync 성능 테스트의 또 다른 부분은 이 기능을 켠 후 제품의 성능과 품질을 확인하는 것입니다.제품의 선언된 기능에 따라 제품이 다양한 화면 주사율에서 화면 주사율을 적응적으로 조정할 수 있는지 여부와 프로세스 중에 새로 고침 빈도 편차가 너무 크고, 변경 프로세스 중 안정성, 시각적 깜박임, 이미지 왜곡, 이미지 손실 및 기타 문제가 있습니다.

결론

요약하면, VESA Adaptive-Sync CTS는 제품의 성능 사양을 표준화했으며 현재 시장에 출시된 제품의 성능이 고르지 못한 문제를 개선할 수 있을 것입니다. GRL(Granite River Labs) 인증 테스트 연구소의 관찰을 바탕으로 다음과 같습니다. DisplayPort는 Type -C 인터페이스에서 널리 사용되며 DP 2.0 사양도 재작년에 출시되었으며 최근에는 DisplayHDR 및 Adaptive-Sync를 포함한 기능 테스트 사양을 공식화하기 시작하여 DisplayPort 인터페이스의 기능과 품질을 더욱 향상시켰습니다. 현재 시중에는 FreeSyn을 지원하고 있는 c나 G-Sync 화면이 꽤 있는데, 앞으로는 제품의 품질을 보장하기 위해 브랜드 제조사들이 VESA Adaptive-Sync 인증 마크를 통과한 제품을 요구할 것이라고 생각합니다.

마지막으로 Adaptive-Sync 인증 테스트 사양은 아직 공식화 단계입니다. 실제 사양은 VESA에서 발표한 최신 콘텐츠를 참조하시기 바랍니다.  2021년 4분기에 공식 출시될 예정입니다.

Reference

• VESA Adaptive-Sync Display Certification Test Specification https://vesa.org/

Author
Jerry Sung, Test Engineer, GRL Taiwan

GRL은 DisplayPort 기술 개발의 글로벌 책임자입니다. 그는 DisplayPort, HDMI, Thunderbolt, Power Delivery, SD 및 기타 애플리케이션 인터페이스에 대해 잘 알고 있습니다. 그는 GRL 기술 기사의 저자이자 강사로 활동하고 있으며 8년의 테스트 경험을 보유하고 있습니다.

본 문서의 사양 및 설명은 사전 통지 없이 변경될 수 있습니다.  

Release 2021/09/22 AN-210922-TW