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.
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.
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）
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 .
이 중 AdaptiveSync 규격을 준수하는 제품은 VRR 범위가 더 넓고 대기 시간 성능이 낮아 e-스포츠 유형의 화면에 적합합니다. 다음은 Adaptive-Sync 테스트 내용입니다.
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.
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
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.
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Release 2021/09/22 AN-210922-TW