Retraso de visualización

El retraso de visualización es un fenómeno asociado con la mayoría de los tipos de pantallas de cristal líquido (LCD), como los teléfonos inteligentes y las computadoras, y casi todos los tipos de televisores de alta definición (HDTV). Se refiere a la latencia o el retraso entre el momento en que se envía la señal a la pantalla y el momento en que la pantalla comienza a mostrar esa señal. Este tiempo de retraso se ha medido en 68 ms, ^[1] o el equivalente a 3-4 cuadros en una pantalla de 60  Hz . El retraso de visualización no debe confundirse con el tiempo de respuesta de píxeles , que es la cantidad de tiempo que tarda un píxel en cambiar de un valor de brillo a otro. Actualmente, la mayoría de los fabricantes indican el tiempo de respuesta de píxeles, pero no informan sobre el retraso de visualización. ^{[ cita requerida ]}

En el caso de la tecnología de tubo de rayos catódicos (CRT) analógica más antigua , el retraso de la pantalla es casi nulo, debido a la naturaleza de la tecnología, que no tiene la capacidad de almacenar datos de imagen antes de la visualización. La señal de imagen se procesa mínimamente internamente, simplemente para la demodulación a partir de una onda portadora de radiofrecuencia (RF) (para televisores), y luego se divide en señales separadas para los cañones de electrones rojo, verde y azul , y para la sincronización vertical y horizontal. Los ajustes de imagen generalmente implican la remodelación de la forma de onda de la señal, pero sin almacenamiento, por lo que la imagen se escribe en la pantalla tan rápido como se recibe, con solo nanosegundos de retraso para que la señal atraviese el cableado dentro del dispositivo desde la entrada hasta la pantalla.

Para las señales digitales modernas, se necesita una gran capacidad de procesamiento y almacenamiento de memoria para preparar una señal de entrada para su visualización. Tanto para la televisión por aire como para la televisión por cable, se utilizan las mismas técnicas de demodulación analógica, pero después la señal se convierte en datos digitales, que se deben descomprimir utilizando el códec MPEG y se convierten en un mapa de bits de imagen almacenado en un búfer de cuadros .

En los modos de visualización de barrido progresivo , el procesamiento de la señal se detiene aquí y el búfer de trama se escribe inmediatamente en el dispositivo de visualización. En su forma más simple, este procesamiento puede tardar varios microsegundos en realizarse.

En el caso de los vídeos entrelazados , se suele aplicar un procesamiento adicional para desentrelazar la imagen y hacer que parezca más clara o más detallada de lo que es en realidad. Esto se hace almacenando varios fotogramas entrelazados y luego aplicando algoritmos para determinar las áreas de movimiento y quietud, y para fusionar los fotogramas entrelazados para suavizarlos o extrapolar dónde están los píxeles en movimiento; el búfer de fotogramas calculado resultante se escribe en el dispositivo de visualización.

El desentrelazado impone un retraso que no puede ser menor que el número de cuadros que se almacenan como referencia, más un período variable adicional para calcular el búfer de cuadros extrapolado resultante; los retrasos de 16 a 32 ms son comunes. ^[2]

Si bien el tiempo de respuesta de píxeles de la pantalla suele aparecer en las especificaciones del monitor, ningún fabricante publicita el retraso de visualización de sus pantallas, probablemente porque la tendencia ha sido aumentar el retraso de visualización a medida que los fabricantes encuentran más formas de procesar la entrada a nivel de pantalla antes de que se muestre. Los posibles culpables son la sobrecarga de procesamiento de HDCP , la gestión de derechos digitales (DRM) y también las técnicas DSP empleadas para reducir los efectos de las imágenes superpuestas  ; la causa puede variar según el modelo de pantalla. Varios sitios web relacionados con la tecnología han realizado investigaciones, algunas de las cuales se enumeran al final de este artículo.

Las pantallas LCD, de plasma y DLP, a diferencia de los CRT, tienen una resolución nativa . Es decir, tienen una cuadrícula fija de píxeles en la pantalla que muestra la imagen más nítida cuando se ejecuta en la resolución nativa (por lo que no es necesario escalar nada a tamaño completo que difumine la imagen). Para mostrar resoluciones no nativas, dichas pantallas deben utilizar escaladores de video , que están integrados en la mayoría de los monitores modernos. A modo de ejemplo, una pantalla que tiene una resolución nativa de 1600x1200 a la que se le proporciona una señal de 640x480 debe escalar el ancho y la altura en 2,5x para mostrar la imagen proporcionada por la computadora en los píxeles nativos. Para hacer esto, al mismo tiempo que se producen la menor cantidad posible de artefactos , se requiere un procesamiento avanzado de la señal, que puede ser una fuente de latencia introducida. Las señales de video entrelazadas , como 480i y 1080i, requieren un paso de desentrelazado que agrega retraso. Como anécdota ^{[ ¿ investigación original? ]} , el retraso de visualización es significativamente menor cuando las pantallas funcionan en resoluciones nativas para una pantalla LCD determinada y en un modo de escaneo progresivo . También se ha demostrado que los dispositivos externos reducen la latencia general al proporcionar algoritmos de cambio de tamaño del espacio de imagen más rápidos que los presentes en la pantalla LCD. ^{[ cita requerida ]} En la práctica, esto apilaría las latencias internas y externas.

Muchas pantallas LCD también utilizan una tecnología llamada "overdrive", que almacena en búfer varios fotogramas por adelantado y procesa la imagen para reducir el desenfoque y las rayas que dejan las imágenes superpuestas. El efecto es que todo se muestra en la pantalla varios fotogramas después de que fue transmitido por la fuente de vídeo. ^[3]

El retraso de la pantalla se puede medir con un dispositivo de prueba como el comprobador de retraso de entrada de señal de vídeo. A pesar de su nombre, el dispositivo no puede medir el retraso de entrada de forma independiente. Solo puede medir el retraso de entrada y el tiempo de respuesta en conjunto.

A falta de un dispositivo de medición, la medición se puede realizar utilizando una pantalla de prueba (la pantalla que se está midiendo), una pantalla de control (normalmente un CRT ) que idealmente tendría un retraso de visualización insignificante, una computadora capaz de reflejar una salida en las dos pantallas, un software de cronómetro y una cámara de alta velocidad apuntando a las dos pantallas que ejecutan el programa de cronómetro. El tiempo de retraso se mide tomando una fotografía de las pantallas que ejecutan el software de cronómetro y luego restando los dos tiempos en las pantallas de la fotografía. Este método solo mide la diferencia en el retraso de visualización entre dos pantallas y no puede determinar el retraso de visualización absoluto de una sola pantalla. Es preferible utilizar CRT como pantalla de control porque su retraso de visualización es típicamente insignificante. Sin embargo, la duplicación de video no garantiza que se envíe la misma imagen a cada pantalla en el mismo momento.

En el pasado, se consideraba de conocimiento público que los resultados de esta prueba eran exactos, ya que parecían ser fácilmente reproducibles, incluso cuando las pantallas se conectaban a diferentes puertos y diferentes tarjetas, lo que sugería que el efecto se debía a la pantalla y no al sistema informático. Un análisis en profundidad publicado en el sitio web alemán Prad.de reveló que estas suposiciones eran erróneas. El promedio de las mediciones descritas anteriormente conduce a resultados comparables porque incluyen la misma cantidad de errores sistemáticos. Como se ha visto en diferentes revisiones de monitores, los valores determinados para el retraso de la pantalla para el mismo modelo de monitor difieren en márgenes de hasta 16 ms o incluso más.

Para minimizar los efectos de las salidas de visualización asincrónicas (los puntos de tiempo en que se transfiere una imagen a cada monitor son diferentes o la frecuencia real utilizada para cada monitor es diferente), se debe utilizar una aplicación de software altamente especializada llamada SMTT ^[4] o un entorno de prueba muy complejo y costoso.

Varios métodos para medir el retraso de visualización se han reiniciado de maneras ligeramente modificadas, pero aún se han reintroducido viejos problemas, que ya se habían resuelto con el SMTT mencionado anteriormente. Uno de esos métodos implica conectar una computadora portátil a un televisor de alta definición a través de una conexión compuesta y ejecutar un código de tiempo que se muestra en la pantalla de la computadora portátil y en el televisor de alta definición simultáneamente y grabar ambas pantallas con una grabadora de video separada. Cuando se pausa el video de ambas pantallas, la diferencia de tiempo que se muestra en ambas pantallas se ha interpretado como una estimación del retraso de visualización. ^[5] Sin embargo, esto es casi idéntico al uso de cronómetros casuales en dos monitores utilizando una configuración de monitor de "vista clonada", ya que no se preocupa por la sincronización faltante entre la señal de video compuesto y la visualización de la pantalla de la computadora portátil o el retraso de visualización de esa pantalla o el detalle de que la actualización de pantalla vertical de los dos monitores sigue siendo asincrónica y no está vinculada entre sí. Incluso si se activa V-sync en el controlador de la tarjeta gráfica, las señales de video de la salida analógica y digital no se sincronizarán. ^[6] Por lo tanto, es imposible utilizar un solo cronómetro para mediciones de retardo de visualización, sin importar si es creado por un código de tiempo o una aplicación de cronómetro simple, ya que siempre causará un error de hasta 16 ms o incluso más.

El retraso de la pantalla contribuye a la latencia general en la cadena de interfaz de las entradas del usuario (ratón, teclado, etc.) a la tarjeta gráfica y al monitor. Según el monitor, se han medido tiempos de retraso de la pantalla de entre 10 y 68 ms . Sin embargo, los efectos del retraso en el usuario dependen de la sensibilidad de cada usuario a este.

El retraso de pantalla es más notorio en los juegos (especialmente en las consolas de videojuegos más antiguas), y diferentes juegos afectan la percepción del retraso. Por ejemplo, en el PvE de World of Warcraft , un ligero retraso de entrada no es tan crítico en comparación con el PvP o con otros juegos que favorecen los reflejos rápidos como Counter-Strike . Los juegos basados ​​en el ritmo, como Guitar Hero , también requieren una sincronización exacta; el retraso de pantalla creará un desfase notable entre la música y las indicaciones en pantalla. Cabe destacar que muchos juegos de este tipo incluyen una opción que intenta calibrar el retraso de pantalla. Podría decirse que los juegos de lucha como Street Fighter , Super Smash Bros. Melee y Tekken son los más afectados, ya que pueden requerir entradas de movimiento dentro de ventanas de eventos extremadamente ajustadas que a veces solo duran 1 cuadro o 16,67 ms en la pantalla.

Si asumimos un tiempo de respuesta humana gaussiano a un evento particular del juego, es posible analizar el efecto del retraso en términos de probabilidades. ^[7] Dada una pantalla sin retraso, un humano tiene una cierta probabilidad de que su entrada caiga dentro de una ventana de cuadros. Como los videojuegos operan en cuadros discretos, perder el último cuadro de la ventana incluso por 0,1 ms hace que una entrada se interprete un cuadro completo más tarde. Debido a esto, cualquier cantidad de retraso afectará la capacidad de un humano para alcanzar una ventana de tiempo particular. La gravedad de este impacto es una función de la posición y la varianza de la respuesta de un humano a una señal visual, la cantidad de retraso introducido y el tamaño de la ventana de tiempo. Por ejemplo, dada una ventana muy grande de 30 cuadros, un humano probablemente tendría un 99,99 % de posibilidades de alcanzar esta ventana. Al introducir un cuadro de retraso, la capacidad del ser humano para alcanzar la ventana de 30 cuadros probablemente se mantendría en el rango del 99,99 % (suponiendo que el ser humano responde en algún lugar cerca de la mitad de la ventana). Sin embargo, dada una ventana más pequeña de, digamos, 2 cuadros, el efecto del retraso se vuelve mucho más significativo. Suponiendo que la respuesta del ser humano se centra en la ventana de 2 cuadros y que el superhombre tiene una probabilidad del 99,99 % de alcanzar la ventana, introducir un cuadro completo de retraso hace que la tasa de éxito caiga hasta aproximadamente el 50 %.

Si el controlador del juego produce retroalimentación adicional (vibración, el altavoz del Wii Remote , etc.), entonces el retraso en la pantalla hará que esta retroalimentación no coincida con precisión con las imágenes en pantalla, posiblemente causando desorientación adicional (por ejemplo, sentir que el controlador vibra una fracción de segundo antes de chocar contra una pared).

Los espectadores de televisión también pueden verse afectados. Si se utiliza un receptor de cine en casa con altavoces externos, el retraso de la pantalla hace que el audio se escuche antes de que se vea la imagen. El audio "temprano" es más discordante que el audio "tardío". Muchos receptores de cine en casa tienen un ajuste manual del retraso del audio que se puede configurar para compensar la latencia de la pantalla.

Muchos televisores, escaladores y otros dispositivos de visualización para el consumidor ahora ofrecen lo que a menudo se denomina un "modo de juego", en el que el extenso preprocesamiento responsable del retraso adicional se sacrifica específicamente para disminuir, pero no eliminar, la latencia. Si bien generalmente está pensada para consolas de videojuegos, esta función también es útil para otras aplicaciones interactivas. Hace tiempo que existen opciones similares en hardware de audio doméstico y módems por la misma razón. La conexión a través de un cable VGA o componente debería eliminar el retraso de entrada perceptible en muchos televisores, incluso si ya tienen un modo de juego. El posprocesamiento avanzado no existe en la conexión analógica y la señal atraviesa la pantalla sin retraso.

Un televisor puede tener un modo de imagen que reduce el retraso de visualización de las computadoras. Algunos televisores Samsung y LG reducen automáticamente el retraso de un puerto de entrada específico si el usuario cambia el nombre del puerto a "PC". ^[8]

Las pantallas LCD con un valor de tiempo de respuesta alto a menudo no brindan una experiencia satisfactoria al ver imágenes de movimiento rápido (a menudo dejan rayas o borrosidad, lo que se denomina efecto fantasma ). Pero una pantalla LCD con un tiempo de respuesta alto y un retraso de visualización significativo no es adecuada para jugar juegos de computadora de ritmo rápido o realizar operaciones rápidas de alta precisión en la pantalla, debido al retraso del cursor del mouse.

• Retraso de entrada

• Base de datos con mediciones del retardo de entrada para más de 200 televisores (alemán)
• Artículo en PRAD.de: primer enfoque científico para determinar el retraso en la visualización (alemán)
• Prueba de retardo de entrada: artículo en TFT Central que compara distintos métodos (14 de diciembre de 2011)
• SMTT: software de prueba de retardo de visualización altamente optimizado para reducir el margen de error que es habitual en aplicaciones de cronómetros simples
• FlatpanelsHD.com - Software de prueba de retraso de pantalla (15 de diciembre de 2008)
• Prueba de BeHardware: ¿Las imágenes de los monitores LCD presentan retrasos en comparación con los CRT? ¡Sí! (3 de agosto de 2006)
• BeHardware prueba el retraso de la imagen en monitores TFT de 22 pulgadas (19 de diciembre de 2006)
• Publicación en el foro de Avs sobre el retraso en la visualización
• Vídeo que muestra el retraso en la visualización en Quake (24 de junio de 2006)
• Vídeo que muestra el retraso de visualización en UT2003 (27 de junio de 2006)
• TFT Central: retraso de visualización y características de TFT (29 de octubre de 2008)
• Vídeo que muestra el retraso de visualización en la interfaz de usuario de Windows (12 de diciembre de 2006)
• Informe sobre el retraso en los juegos en HDTV (21 de julio de 2006) (Nota: este artículo se ha compilado a partir de las opiniones de los lectores de IGN y no se garantiza su precisión)
• Artículo de Anandtech sobre el retraso de entrada (16 de julio de 2009)