آشنایی با مفهوم و تأثیر نرخ تازهسازی بالاتر برای صفحهنمایش گوشیهای هوشمند
نمایش خبر
تاریخ : 1399/1/10 نویسنده: نعمت الله کمال فر | ||
برچسبها : | صفحه نمایش Display ، نرخ نمونهبرداری لمسی Touch Sampling Rate ، نرخ تازهسازی تصویر Screen Refresh Rate |
نرخ تازهسازی تصویر چیست؟
برای درک مفهوم نرخ تازهسازی تصویر و مزیت صفحهنمایشهای 90 هرتز و 120 هرتز نسبت به صفحهنمایشهای 60 هرتز عادی، لازم است که درکی کلی از نحوه عملکرد صفحهنمایشها داشته باشیم. با صرف نظر از جزئیات فنی و پیچیده عملکرد صفحهنمایش میتوان گفت که به زبان ساده یک صفحهنمایش با به تصویر کشیدن متوالی یک سری از تصاویر یا به اصطلاح فِرِیمها کار میکند. در واقع برای گول زدن مغز انسان و ایجاد این توهم که یک تصویر با اجزای متحرک در پیش چشم ما قرار دارد، صفحهنمایش بایستی در هر ثانیه تعداد مشخصی از این فریمها را پشتسرهم به نمایش درآورد. چنانچه سرعت نمایش فریمهای جدید به اندازه کافی بالا باشد، مغز انسان که قادر به تشخیص هر فریم به صورت مجزا نیست، فریب خورده و گمان میکند که در حال مشاهده تصویری متحرک است. پروژکتورهای قدیمی با حرکت دادن نوارها یا فیلمهایی متشکل از تصاویر کوچک در مقابل عدسی، توهم تصویر متحرک یا ویدئو را برای مخاطبین ایجاد مینمودند. اما صفحهنمایشهای امروزی برای این منظور تصویر نقش بسته روی خود را به سرعت تازهسازی نموده و در هر ثانیه تعداد مشخصی فریم تصویری را در مقابل چشمان کاربر قرار میدهند. تعداد فریمهای نمایش داده شده توسط یک صفحهنمایش در هر ثانیه یا به عبارتی تعداد دفعات تازهسازی تصویر صفحهنمایش در هر ثانیه را به اصطلاح "نرخ تازهسازی" یا "refresh rate" آن صفحهنمایش میخوانند. بنابراین به عنوان مثال، یک صفحهنمایش با نرخ تازهسازی 120 هرتز قادر است در هر ثانیه 120 بار تازهسازی شده و هر بار یک فریم جدید را به نمایش درآورد.
نرخ تازهسازی بالاتر بدین معنیست که تعداد تصاویر یا فِرِیمهای بیشتری در هر ثانیه به نمایش درآمده و در نتیجه فاصله بین یک فریم با فریم بعدی کوتاهتر خواهد بود. بدین ترتیب هر نوع حرکت و تغییر در عناصر تصویر بین فریمها جزئیتر شده و حرکتها نرمتر به نظر خواهند رسید. فاصله بین فریمها در یک صفحهنمایش 60 هرتزی حدود 16.6 میلیثانیه است. درحالیکه همین میزان برای نرخ تازهسازی 90 هرتز معادل 11.1 میلیثانیه بوده و تازهسازی کامل تصویر در یک صفحهنمایش 120 هرتزی 8.3 میلیثانیه به طول میانجامد. درحالیکه نرخ تازهسازی تصویر در تلویزیونهای قدیمی معادل 30 هرتز بود، اغلب تلویزیونها و دستگاههای همراه امروزی از صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی 60 هرتز برخوردارند. البته در سالهای اخیر شاهد بهکارگیری صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی 90 و 120 هرتز نیز در برخی تلویزیونها و دستگاههای همراه رده بالا بودهایم. البته بد نیست بدانید که صفحهنمایش گوشی هوشمند شما به یکباره تازهسازی نمیگردد. در عوض به ترتیب هر ردیف از پیکسلهای صفحه با سرعت مشخصی تازهسازی میشود تا اینکه در نهایت وضعیت کل پیکسلهای صفحه بر اساس فِرِیم جدید تغییر یابند. اگر تمایل داشته باشید این اتفاق را به چشم خود ببینید، کافیست از یک صفحهنمایش به صورت حرکت آهسته (slow motion) فیلم گرفته و هنگام مشاهده آن فیلم به تازهسازی فریمها و وضعیت پیکسلهای تصویر دقت کنید.
مفهوم نرخ فِرِیم و ارتباط آن با نرخ تازهسازی
همانطور که اشاره شد به تعداد دفعاتی که یک صفحهنمایش قادر است در هر ثانیه خود را تازهسازی کند، نرخ تازهسازی یا refresh rate اطلاق میشود. درحالیکه نرخ فِرِیم (frame rate) عبارت است از فرکانس نمایش فِرِیمهای یک فایل ویدئویی، یک بازی ویدئویی یا یک اپلیکیشن گرافیکی. به عبارت دیگر، تعداد فریمهای تصویری قابل نمایش در هر ثانیه از یک محتوای گرافیکی یا ویدئویی را به اصطلاح نرخ فریم آن محتوا مینامند. مقیاس سنجش نرخ تازهسازی هِرتز(Hertz یا Hz) بوده اما نرخ فریم با مقیاس FPS یا فریم بر ثانیه سنجیده میشود. فیلمها به طور سنتی با نرخ فریم 24fps به نمایش درآمده و بازیهای ویدئویی امروزی به طور معمول با نرخ فِرِیمی از 30fps تا 90fps اجرا میگردند. البته بسیاری از بازیهای ویدئویی مخصوص کامپیوترهای شخصی قادرند تا در صورت پشتیبانی صفحهنمایش کاربر، روی نرخ فریمهایی بالاتر از 90fps اجرا شوند. همینجاست که نرخ تازهسازی بالاتر صفحهنمایش اهمیت ویژهای پیدا میکند.
برای کسب نتیجه مطلوب لازم است که نرخ فریم و نرخ تازهسازی با یکدیگر همگام و هماهنگ باشند. چنانچه این دو از هماهنگی خارج شوند، کیفیت تصویر میتواند به سرعت خراب شود. به خصوص در حالتی که نرخ فریم تصویری که در حال پخش است، بالاتر از نرخ تازهسازی صفحهنمایش باشد. اجرای یک بازی ویدئویی با نرخ فریم 120fps روی یک صفحهنمایش ۶۰ هرتزی ممکن است موجب ایجاد جلوه نامطلوبی به نام "screen tearing" یا "پارگی صفحه" شود. در این حالت خطوطی افقی روی تصویر ظاهر شده و چنین به نظر خواهد رسید که بخشهایی از صفحه برش خورده است. پخش یک محتوای گرافیکی با نرخ فریم پایین روی صفحهنمایشی با نرخ تازهسازی بالا نیز موجب خواهد شد تا این قابلیت صفحهنمایش بیاستفاده مانده و کیفیت تصویر تفاوتی با صفحهنمایشهای عادی نداشته باشد. برای تولید بهترین کیفیت تصویر ممکن، بایستی نرخ فِرِیم و نرخ تازهسازی همسان و هماهنگ باشند. اجرای یک بازی ویدئویی با نرخ فریم 120fps روی صفحهنمایشی با نرخ تازهسازی 120 هرتز یا بالاتر به مراتب روانتر و بهتر به نظر خواهد رسید تا اجرای همان بازی در نرخ فریم 60fps روی یک صفحهنمایش 60 هرتزی. برای درک بهتر نرخ فریم و تاثیر آن بر کیفیت تصاویر متحرک، تماشای این ویدئوی کوتاه را به شما پیشنهاد میکنیم.
مفهوم نرخ نمونهبرداری لمسی
نرخ نمونهبرداری لمسی (touch sampling rate) که با عنوان نرخ تازهسازی لمسی (touch refresh rate) نیز خوانده میشود، مفهومی متفاوت از نرخ تازهسازی صفحهنمایش دارد. نرخ نمونهبرداری لمسی به بیان ساده عبارت است از تعداد دفعاتی در هر ثانیه که یک صفحهنمایش قادر است لمس صفحه توسط کاربر را تشخیص دهد. یا به عبارت دیگر این خصوصیت گویای آن است که صفحه لمسی گوشی هوشمند شما در هر ثانیه چند بار قادر است خود را برای ثبت لمسهای کاربر تازهسازی نماید. تصور کنید که نرخ یا فرکانس نمونهبرداری لمسی یک گوشی هوشمند معادل 60 هرتز باشد. این بدان معناست که چنین دستگاهی 60 بار در هر ثانیه بررسی میکند تا ببیند کدام نواحی صفحه توسط کاربر لمس گردیدهاند. یک محاسبه ساده مشخص میکند که در این حالت هر چرخه نمونهبرداری از صفحه لمسی حدود 16.6 میلیثانیه به طول میانجامد. به عبارت دیگر، از زمانی که کاربر صفحه را لمس میکند حداکثر 16.6 میلیثانیه طول میکشد تا این لمس توسط دستگاه ثبت شده و واکنش مربوط به آن آغاز شود. بنابراین هرچه نرخ نمونهبرداری لمسی بیشتر باشد، فواصل میان نمونهبرداریها کوتاهتر شده و از لحظه لمس صفحه زمان کمتری طول میکشد تا نقاط لمس شده ثبت گردیده، پردازش شده و پاسخ مرتبط با آن روی صفحه به نمایش درآید. به عنوان مثال، افزایش نرخ نمونهبرداری لمسی به 120 هرتز، این چرخه را به 8.33 میلیثانیه کاهش میدهد. به همین ترتیب با افزایش این نرخ، لمس صفحه سریعتر تشخیص داده شده و در نتیجه دستگاه با سرعت بیشتری قادر خواهد بود به فرمانهای لمسی کاربر واکنش نشان دهد.
با گذشت زمان و ارتقای اجزای مختلف دستگاههای همراه، نرخ نمونهبرداری لمسی نیز به تدریج افزایش مییابد. اما همانطور که قابل انتظار است، گوشیهای هوشمند ویژه بازی در این زمینه پیشتاز هستند. به عنوان نمونه، گوشی هوشمند Asus ROG Phone 2 در اواخر سال گذشته میلادی (سپتامبر 2019) با نرخ نمونهبرداری لمسی 240 هرتز به بازار عرضه شد. این گوشی هوشمند هر 4.16 میلیثانیه کار نمونهبرداری از صفحه برای شناسایی لمسهای جدید را انجام میدهد. با توجه به شرایط کنونی سختافزار و نرمافزار گوشیهای هوشمند، این سرعت نمونهبرداری بسیار مطلوب بوده و میتوان گفت که این دستگاه کار شناسایی لمسهای جدید را به صورت تقریبا آنی انجام داده و تاخیر قابل توجه یا محسوسی در این زمینه ندارد.
تفاوت میان نرخ تازهسازی 60، 90 و 120 هرتز برای گوشیهای هوشمند
بسیاری از کاربران هنگام در دست گرفتن گوشیهای هوشمندی با نرخ تازهسازی بالاتر از 60 هرتز، ممکن است به صورت مستقیم و دقیق متوجه تفاوت خاصی نشوند. فقط احتمال دارد دستگاه کمی روانتر و سریعتر به نظرشان برسد که این مساله را نیز به جدیدتر و قدرتمندتر بودن دستگاه مرتبط بدانند. شاید تفاوت میان یک صفحهنمایش 90 هرتز با صفحهنمایشهای معمول 60 هرتزی چندان برای عموم کاربران محسوس نباشد. به خصوص که هنوز بسیاری از اپلیکیشنها و بازیهای همراه از نرخ فریمهای بالای 60 هرتز پشتیبانی نمیکنند. با این وجود برای کاربری که طی سالهای گذشته از یک گوشی هوشمند 60 هرتزی استفاده مینموده است، جهش به یک صفحهنمایش 120 هرتزی به احتمال فراوان محسوس و قابل توجه خواهد بود. صفحهنمایشهایی که از نرخ تازهسازی بالاتری بهره میبرند، با نمایش تعداد فِرِیمهای بیشتر در هر ثانیه موجب میشوند که جابجایی عناصر متحرک در صفحهنمایش روانتر و تیزتر به نظر برسد. در نتیجه کاربر حس میکند که دستگاه روانتر کار کرده و سریعتر نسبت به فرمانهای لمسی واکنش نشان میدهد. به عنوان مثال ممکن است اسکرول کردن لیست اپلیکیشنها و جابجایی بین منوهای دستگاه نرمتر و سریعتر احساس شود. همچنین بالا رفتن نرخ تازهسازی، موجب کاهش مساله تار شدن عناصر صفحه در هنگام وقوع حرکتهای ناگهانی تصویر یا به اصطلاح تاری حرکت (Motion blur) میشود.
بهبودهای ناشی از افزایش نرخ تازهسازی تا حد زیادی به پشتیبانی اپلیکیشنها از نرخ فریم بالاتر، نوع محتوای به نمایش درآمده و میزان تحرک عناصر تصویر بستگی دارد. به طور کلی، اثرات این قابلیت در اپلیکیشنها و محتواهایی با تحرک گرافیکی بالا محسوستر است. بنابراین طبیعیست که بالا رفتن نرخ تازهسازی بر کیفیت نمایش بازیهای ویدئویی به مراتب اثرگذارتر بوده و برای علاقهمندان به این نوع محتوا از اهمیت بالاتری برخوردار باشد. به همین خاطر نیز اولین دستگاههای همراه مجهز شده به صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی بالا، گوشیهای هوشمند مخصوص بازی بودند. دستگاههایی از خانواده ASUS ROG Phone و Razer Phone و Nubia Red Magic از جمله این گوشیهای مخصوص بازی هستند که در نسلهای اخیر خود به صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی 90 و 120 هرتز تجهیز گردیدهاند.
آیا هر چه نرخ تازهسازی بالاتر باشد بهتر است؟
ممکن است در وهله اول جواب این سوال ساده و مشخص به نظر برسد. اما در واقع این مساله کمی پیچیده بوده و جواب آن به عوامل مخلتفی بستگی دارد. برخی از ملاحظات و نکات منفی مرتبط با بهکارگیری صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی بالا به صورت خلاصه عبارتند از:
• افزایش نرخ تازهسازی صفحهنمایش موجب بالا رفتن مصرف شارژ باتری میشود.
• اینگونه صفحهنمایشها نیازمند پردازنده گرافیکی قدرتمند بوده و با ایجاد بار پردازش گرافیکی بیشتر، تا حدودی دمای دستگاه را افزایش میدهند.
• استفاده از این صفحهنمایشها با هزینه بالاتری همراه بوده و قیمت تمامشده دستگاه را افزایش میدهد.
• برای بهرهگیری واقعی از صفحهنمایشی با نرخ تازهسازی بالا، لازم است که رابط کاربری سیستمعامل، اپلیکیشنها و بازیها نیز قابلیت اجرا در نرخ فریم بالا را داشته باشند.
صفحهنمایشی با نرخ تازهسازی بالاتر، شارژ باتری دستگاه را بیشتر مصرف خواهد نمود. همین مشکل را میتوان بزرگترین عیب این نوع صفحهنمایشها دانست. یک صفحهنمایش 120 هرتزی در هر ثانیه دو برابر یک صفحهنمایش عادی تازهسازی شده و در نتیجه بار بیشتری را بر باتری دستگاه تحمیل مینماید. علاوه بر این پردازنده گرافیکی گوشی هوشمند نیز که لازم است تعداد فریمهای گرافیکی بیشتری را پردازش نماید، بایستی آنقدر قدرتمند باشد که از پس این کار برآید. همچنین با تحمیل بار بیشتر به پردازنده گرافیکی، دمای آن بالاتر رفته و مصرف انرژی آن نیز تا حدی افزایش مییابد. به همین دلایل اغلب دستگاههای مجهز به صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی بالاتر، امکان کاهش نرخ تازهسازی را در قسمت تنظیمات گوشی هوشمند برای کاربران فراهم آوردهاند. حتی دستگاهی همچون Google Pixel 4 در ابتدای ورود به بازار نرخ تازهسازی صفحهنمایش را به صورت خودکار بر اساس میزان روشنایی صفحه تنظیم مینمود و تنها در شرایطی که سطح روشنایی صفحهنمایش بالاتر از 75 درصد بود، نرخ تازهسازی روی 90 هرتز تنظیم میشد و در غیر اینصورت روی فرکانس تازهسازی 60 هرتز قرار میگرفت. گوگل البته پس از چندی با اعتراض کاربران نرخ تازهسازی 90 هرتزی صفحهنمایش را در تمامی سطوح روشنایی Pixel 4 XL فعال نمود و در Pixel 4 نیز تنها با گذر از سطح روشنایی 42 درصدی، نرخ تازهسازی صفحهنمایش از 90 به 60 هرتز تغییر میکرد.
علاوه بر این مانند هر فناوری جدید دیگری، تجهیز دستگاههای همراه به صفحهنمایشهای با نرخ تازهسازی بالا موجب افزایش هزینهها و قیمت نهایی محصول میشود. به گفته Jerry Kang متخصص فناوریهای صفحهنمایش در شرکت HIS Markit، برای پاسخگویی به نیازهای مرتبط با نرخ فریم و نرخ تازهسازی بالا لازم است که مواد سازنده و مدارهایی که برای ساخت پیکسلها مورد استفاده قرار میگیرند، بازطراحی شوند. این کار هزینه تولید صفحهنمایش را بالا میبرد. بالا بودن قیمت این صفحهنمایشها از یک سو و نیاز آنها به پردازنده گرافیکی قدرتمند و باتری پرظرفیت از سوی دیگر موجب شده است که استفاده از این فناوری جدید تنها به برخی گوشیهای هوشمند مخصوص بازی و برخی دستگاههای پرچمدار محدود شود. البته با افزایش استفاده از این نوع صفحهنمایش و تولید انبوه آنها، انتظار میرود که به تدریج هزینههای تولید کاهش یافته و در آیندهای نه چندان دور شاهد به کار رفتن آنها در گوشیهای هوشمند میانرده نیز باشیم. کما اینکه اخبار درز کرده از شرکت Oneplus، حکایت از تجهیز محصول میانرده آتی این شرکت به یک صفحهنمایش 90 هرتز دارد.
دیگر چالش مهم بر سر راه صفحهنمایشهای با نرخ تازهسازی بالا، لزوم بهینهسازی محتوای گرافیکی به نمایش درآمده در دستگاههای همراه برای تناسب آنها با فرکانس خروجی صفحهنمایش است. چرا که در صورت اجرای محتوای تصویری با همان نرخ فریم معمول و قدیمی روی صفحهنمایشهای با نرخ تازهسازی بالا، در عمل تفاوتی میان کیفیت این صفحهنمایشهای جدید با انواع قدیمتر و ارزانقیمتتر نخواهد بود. در حال حاضر اغلب رابطهای کاربری سیستمعاملها، انیمیشنهای به کار رفته در اپلیکیشنها و حتی بازیهای ویدئویی ساخته شده برای دستگاههای همراه، حداکثر روی نرخ فریم 30 تا 60 هرتز قابلیت اجرا داشته و از نرخ فریمهای بالاتر پشتیبانی نمینمایند. بنابراین لازم است که همگام با پیشرفت سختافزار صفحهنمایش، توسعهدهندگان سیستمعاملها، اپلیکیشنها و بازیها نیز محصولات نرمافزاری خود را برای پشتیبانی از نرخ فریمهای بالاتر آماده نمایند. در غیر اینصورت گروهی از کاربران هزینه بالاتری برای خرید گوشیهای هوشمند مجهز به صفحهنمایشهای 90 و 120 هرتزی پرداخت نموده اما فقط تعداد محدودی از اپلیکیشنها قادر به بهرهگیری از این قابلیت دستگاه خود خواهند بود.
اما خبر خوش اینکه لااقل توسعهدهندگان بازیهای همراه به سرعت در حال بهینهسازی بازیهای خود برای پشتیبانی از نرخ فریم بالا هستند. در حال حاضر بازیهای محبوبی همچون Real Racing 3 ،Temple Run 2 ،Minecraft Earth ،Alto’s Odyssey ،Vainglory و Injustice 2 امکان اجرا روی نرخ 120 فریم بر ثانیه را دارند. چنانچه دستگاه همراه شما از صفحهنمایشی با نرخ تازهسازی بالا برخوردار بوده یا قصد خرید یک گوشی هوشمند با این قابلیت را دارید، پیشنهاد میکنیم لیست کامل بازیهایی که قادر به اجرا در نرخ فریم بالا هستند را از اینجا مشاهده نمایید.
کدام دستگاههای موجود در بازار صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی بالا دارند؟
با توجه به اهمیت بالای نرخ فریم در بازیهای ویدئویی، صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی بالا اولین بار در گوشیهای هوشمند مخصوص بازی به کار گرفته شدند. برای اولین بار شرکت Razer در سال 2017 گوشی هوشند مخصوص بازی خود به نام Razer Phone را با نرخ تازهسازی صفحهنمایش 120 هرتز معرفی و عرضه نمود. این شرکت دومین گوشی هوشمند خود را در سال 2018 با نام Razer Phone 2 و با همان نرخ تازهسازی 120 هرتز وارد بازار نمود. شرکت Razer عنوان تنها عرضه کننده گوشی هوشمند با نرخ تازهسازی صفحهنمایش 120 هرتز را همچنان تا سال 2019 یدک میکشید. اما بر خلاف انتظارها، سومین عضو این خانواده در سال 2019 معرفی نگردید. پیشبینی میشود که در سال جاری میلادی شاهد عرضه Razer Phone 3 از طرف این شرکت معروف و پیشتاز در زمینه تجهیزات بازیهای ویدئویی باشیم. پس از Razer نوبت شرکت Asus بود که گوشی هوشمند ویژه بازی خود به نام Asus ROG Phone را در سال 2018 با نرخ تازهسازی صفحهنمایش 90 هرتز در اختیار علاقهمندان بازیهای ویدئویی همراه قرار دهد.
از زمان عرضه اولین گوشی هوشمند ویژه بازی با نرخ تازهسازی صفحهنمایش بالای 60 هرتز حدود 2 سال طول کشید تا این فناوری روی یک گوشی هوشمند عادی به کار گرفته شده و در سطحی گسترده به فروش رسد. شرکت Oneplus را میتوان پیشتاز استفاده از این فناوری در گوشیهای هوشمند عادی و پرفروش دانست. این شرکت اولین بار در نیمه اول سال 2019 گوشی هوشمند Oneplus 7 Pro را با صفحهنمایشی 90 هرتزی وارد بازار نمود. این شرکت در نیمه دوم سال 2019 نسخههای بهروزرسانی شده گوشیهای هوشمند خود با نام Oneplus 7T و Oneplus 7T Pro را نیز با همین نرخ تازهسازی صفحهنمایش عرضه کرد. اخبار درز کرده از این شرکت حاکی از آن است که Oneplus 8 و Oneplus 8 Pro -- که در ماههای آتی معرفی و عرضه میشوند – به صفحهنمایشهایی 120 هرتزی تجهیز گردیدهاند.
پس از Oneplus، شرکتهای بزرگی از جمله اپل، سامسونگ و شیائومی نیز از این فناوری در ساخت گوشیهای هوشمند خود بهره گرفتند. لیست زیر شامل اغلب دستگاههای همراهی است که تا کنون با نرخ تازهسازی 90 هرتز معرفی گردیدهاند:
• Realme 6
• Nubia Red Magic 3S
گوشیهای هوشمند زیر نیز به صفحهنمایشهایی با نرخ تازهسازی 120 هرتز تجهیز گردیدهاند:
• Sharp Aquos R3
• Poco X2
- معرفی Realme GT7 Pro با بدنه IP69، باتری 6,500mAh و پردازنده Snapdragon 8 Elite
- گزارش مالی اپل از سهماهه منتهی به سپتامبر 2024 – رکورد درآمد، کاهش اجباری سود!
- گزارش مالی سامسونگ از سهماهه سوم 2024 – افت سود 40 درصدی در بخش نیمهرسانا
- گزارش مالی مایکروسافت از سهماهه منتهی به سپتامبر 2024 – کاهش فروش Xbox، درآمدزایی سایر بخشها
- معرفی OnePlus 13 با بدنه IP69، باتری 6,000mAh و پردازنده Snapdragon 8 Elite
- معرفی iQOO 13 با پردازنده Snapdragon 8 Elite، باتری 6,150mAh و عقبگرد در دوربینها!
- گزارش مالی آلفابت از سهماهه سوم 2024 – عملکرد فوقالعاده، افزایش درآمد همه بخشها