7、显示标准与视频处理单元

       消费级视频智能处理大体有10年左右，有了巨大的发展，展望未来，对应于大厂而言，竞争是标准的竞争。包含显示标准与处理单元，竞争推动了科技的进步，市场的繁荣。

       新的显示硬件也不断发展，GPU基础上，出现了GPGPU、TPU、NPU、VPU、APU等新的视频处理单元，相信未来有更多的数据硬件处理单元出现。

       人工智能还处在初级阶段，标准与规范处在变化中，随着高清晰视频硬件的出现，软件算法很多方面也面临着调整。近些年各国重视人工智能的发展，资本的投入，政策的驱动增添了人工智能发展的活力。

7.1、显示标准

       多年江湖厮杀，各路显卡被赶尽杀绝，留下英伟达和AMD，·目前显卡技术的革新，主要就是A卡与N卡技术的发展。英伟达偏重人工智能，AMD偏重于GCN与APU方向。

       近期倡导的显示技术有英伟达的G-Sync和AMD的Freesync 2。在介绍G-Sync的同时，有必要介绍下V-Sync。

7.1.1、V-Sync

       垂直同步又称场同步（Vertical synchronization），从CRT显示器的显示原理来看，单个像素组成了水平扫描线，水平扫描线在垂直方向的堆积形成了完整的画面。

       屏幕的刷新过程是每一行从左到右（行刷新，水平刷新，Horizontal Scanning），从上到下（屏幕刷新，垂直刷新，Vertical Scanning）。当整个屏幕刷新完毕，即一个垂直刷新周期完成，会有短暂的空白期，此时发出 VSync 信号。所以，VSync 中的 V 指的是垂直刷新中的垂直-Vertical。

       显示器的刷新率受显卡DAC控制，显卡DAC完成一帧扫描后就会产生一个垂直同步信号。打开垂直同步指的是将该信号送入显卡3D图形处理部分，这样让显卡在生成3D图形时受垂直同步信号的制约。

       显示器上的图像是一线一线扫描上去的，无论隔行扫描还是逐行扫描，显示器都有2种同步参数——水平同步和垂直同步。

       水平同步脉冲（Horizontal synchronization pulse， Hsync）加在两个扫描行之间。它是一个短小的脉冲，一行扫描完成之后，它就会出现，指示着这一行扫描完成，同时也指示着下一行将要开始。

       水平同步脉冲出现后，会有一小段叫horizontal back porch的时间，这段时间里的像素信号不会被显示出来，过了这一小段时间之后，电子枪就开始扫描新的一行，将要显示的内容扫描到显示器上。

       垂直同步脉冲（Vertical synchronization， Vsync）是加在两帧之间。跟水平同步脉冲类似，但它指示着前一帧的结束，和新一帧的开始。 垂直同步脉冲是一个持续时间比较长的脉冲，可能持续一行或几行的扫描时间，但在这段时间内，没有像素信号出现。

7.1.2、G-Sync

       G-SYNC技术可解决V-SYNC带来的取舍问题，不论画面更新率有多快，它都可以让屏幕与GPU完全同步，提供无与伦比的PC游戏体验。通过NVIDIA G-SYNC技术游戏场景可即时呈现在玩家的眼前，物件也将更清晰锐利，游戏也变得更流畅。

       2013年10月18日，NVIDIA editor's day第二天，连续发布GameStream PC Game for Shield以及ShadowPlay两项重磅技术之后，NVIDIA在加拿大蒙特利尔正式发布了全新的针对画面连贯性的新技术——G-SYNC。

       作为垂直同步技术的替代以及自适应垂直同步技术的延伸，G-SYNC技术不仅解决了画面撕裂问题，同时从根本上解决了困扰垂直同步技术许久的画面视觉卡顿问题。 

       G-SYNC技术在显示器中内置一枚可与GeForce硬件直接通讯的芯片，这枚自带缓存的芯片可以协调显示器与GPU outputbuffer之间的数据同步。

       通过G-SYNC芯片的控制，显示器的刷新延迟将可以与GPU帧输出延迟保持完全一致，支持G-SYNC技术的显示器会根据GPU当前的性能水平自动调节刷新率，

       G-SYNC芯片侦测到GPU的帧输出延迟大于16ms时，它会自动延长显示器的刷新延迟，避免传统的帧丢弃导致的视觉卡顿现象。

       G-Sync能够去除游戏垂直同步（VSync）开启时的画面滞后问题，也能够克服垂直同步关闭时画面失真问题。常规显示器会直接同步GPU的处理结果，借助G-Sync模块，只有当GPU完成一帧的渲染和画面优化后，显示器才会刷新显示内容。 

       很多公司都推出了支持G-Sync图像增强技术的显示器,消除了屏幕撕裂和垂直同步输入延迟等影响， 增强了现有显示器功能的同时屏幕画面呈现出场景及时出现、物体更加锐利以及游戏运行更加顺畅等出色的显示效果。G-Sync能强制显示器运行在GPU的帧速率下，甚至能让原生刷新率降到更低，提供更好的视觉效果。

7.1.3、FreeSync2

       FreeSync 2 是AMD力推的视觉效果增强技术，可有效消除游戏中常见的撕裂(Tearing)、卡顿(Shuttering)现象，保证画面流畅、无撕裂、无卡顿、无伪影。

       图像撕裂是屏幕图像看起来不连贯，这是帧速率（显示图像帧的速率）与显示器刷新率（显示器图像刷新频率）不匹配的结果。FreeSync2为显示器提供可变刷新率，即动态刷新率（VRR / DRR）。该功能使显示器的刷新率与AMD Radeon显卡的帧速率相匹配。

       FreeSync2支持高达240Hz的刷新率，具体取决于显示器。这样，可以享受显卡能够达到的最大帧速率。如果眼睛够敏锐的话，你可能会发现到输入延迟，或者鼠标移动和光标实际移动之间的延迟也降低了。FreeSync基于VESA的自适应同步协议，可以在DisplayPort和HDMI上运行。

       FreeSync2支持高动态范围&色域支持，低延迟、低刷新率补偿技术等。让游戏显示效果更加逼真。

       从HDR内容到显示器传输时需要进行Tone Mapping，这个额外的计算增加了GPU处理数据，同时增加了延时。FreeSync2取消了传输过程的转换过程，降低HDR转换带来的延迟。

       FreeSync2引入的另一个新功能是LFC，Low Frame Rate Compensation低刷新率补偿技术，当游戏的FPS小于显示器最低刷新率时，通过额外插帧(GPU计算，类似MEMC)，让低FPS的画面更加流畅。LFC技术的应用，即时显卡渲染FPS较低时也可以显著的改善画面流畅度，提高游戏体验。

7.1.4、总结

       显示器是显示部分的前端，显示标准对显示硬件的发展起着引导的作用，显示标准的变革通过传统硬件大厂来推动，目前而论，只有NVIDIA、AMD、INTEL才有这样的实力。

       显示标准对于图形图像、视频、硬件都有着紧密的联系，发展过程中，标准的改变将推动软硬件的发展。

       美摄SDK，支持G-Sync、V-Sync、FreeSync2标准，支持最新显示规范，彰显短视频价值。