【维P科普】游戏显示器中的 GSYNC 与 FreeSync 技术原理是什么？什么是画面撕裂？买显示器该不该纠结 G

一文看懂技术原理，深入浅出，简化模型多图预警。

所有图均为古早配方手作，如果大家觉得有帮助记得点一个赞 。

先说结论： GSYNC 与 FreeSync 的技术原理，是控制 VBlank 时间，实现可变的刷新率，来适配变化的游戏渲染速率(帧数)，用较小的延迟代价，解决画面撕裂问题。

想要了解游戏显示器中的 GSYNC 与 FreeSync 技术，我们得先要有一点点的前置背景知识。

为了更好地简单解释很多概念，我们先来做一些好玩的简化模型，首先我们来造一个显示器。

首先，显示器是一个有很多很多像素点排列组合的而成的面板。我们这里假设有一个特别特别简陋的黑白显示器，只有 4*4 一共16个像素，每个像素点只能展现黑色或者白色。

现在的显示器一般采用逐行扫描的方式来刷新屏幕画面，也就是说，这里的16个格子全黑的时候是一个固定的画面，当这个画面要刷新的时候，屏幕是从最上面的左上角开始，从左往后一行行的进行一个个格子的刷新的。

比如说要从下面的画面1，变成画面2，刷新的过程是什么样的呢？

为了更好的直观显示我们给每个格子标个编号，然后看下具体的16个像素是怎么刷新的。

先给两个画面编号，分别是1开头和2开头的数字字母组合。

然后，显示器就会开始进行逐行扫描。一步步进行画面的刷新。

这个刷新完整画面的过程，就是称之为1次刷新。

一般常见显示器1秒可以完成这样60次的刷新，也就是1秒能够刷新出60个画面。

由于我们这个显示器比较弱，假设它就只能1秒刷新10次，一个刷新率为10Hz的屏幕。

也就是说，这一个 4*4 的16像素黑白显示器，完成上面四行扫描刷新+VBlank时间是 0.1 秒。

每0.1秒，显示器可以完成这16个格子的刷新来显示出1帧画面。

显示器有了我们现在来造显卡打游戏。

假设我们有台主机，配了一个 RTAK 3090 GPU 的显卡来渲染游戏画面，要玩一个自走蛇的游戏，游戏画面如下所示，蛇从左上角开始出发，走了一段距离。

理想情况下，假如显卡和显示器配合的特别好，恰好每0.1秒 RTAK 3090 就运算完成渲染出来一个画面。那么，每次渲染出图的速率，和显示画面的速率，恰好达成一致，那么就可以有一个完美的画面呈现效果了。

但是，实际上我们的游戏画面，不可能显卡运算渲染是如此稳定的。

打游戏的时候，如果打开帧数软件，你就会发现，在一些画面比较简单的场景下，帧数会很高，意思就是说，这种简单画面显卡很快就渲染出来了，所以1秒能渲染的帧数会很高。

但如果说散热不好或者是遇到一些特别复杂的光线画面，这个时候帧数就会降低，也就是说，显卡渲染的时间要更长了，所以1秒能出的画面就少了。

比如说，我们的显卡不太稳定，在渲染某个画面的时候，突然运算变快了，不用0.1秒，只需要0.05秒，就完全渲染完了，那么会发生什么事情呢？

要知道，显示器显示画面的逻辑，是读取缓冲区数据，和显卡没有直接关系。

所以，在显示器进行逐行扫描到一半的过程的时候，缓冲器数据进行了交换，那么后续继续扫描就会把下一个画面的像素给扫上来。

也就是说，在这个0.1秒逐行扫描的过程中，有接近一半的扫描是在把画面3的像素刷出来，后面一半多的扫描，是在把画面4的像素刷出来。

明明这个自走蛇只有3个格子长度，画面却出现了4个格子。

一部分是画面3，一部分是画面4，画面2的刷新过程刷出了两个画面的部分。

在一个画面刷新的过程中，这个画面就被撕裂成了两个帧画面的部分进行组合。

还有另外一种情况，那就是渲染时间稍微慢了，是0.15秒，也会刚好撞上刷新到一半的情况。

只要是显卡的画面生成速率和显示器的画面刷新速率不一致，就会可能出现画面撕裂。

这，就是，画面撕裂。

既然问题是在于显卡渲染速率，比显示器的读取速率快了，导致显示器读了一半就开始读下一个画面。那么，让显卡渲染不要那么快，不要直接生成画面塞进去，让显卡等一等，等画面出来完了，再生成下一个画面，这不就能解决画面撕裂了吗？

确实可以，相当于让显卡等一等，但是显卡的渲染速率不是一个稳定的值呀，万一显卡等完之后，渲染又变慢了，会发生什么事情呢？

假如说，显卡渲染完画面3之后就开始等，等到显示器真正把画面3刷新完了，然后再开始生成画面4，但好巧不巧，显卡累了，这次渲染花了0.2秒，于是显示器等呀等，等了好久终于才等来了画面4.

就像上图的这个流程，显示器有2帧都是保持在画面3没有刷新，这就相当于导致了游戏画面的停顿，也就是感觉卡了。

很显然，为了保证体验，显卡的运算是最好不要等待停顿的，而是一直来输出画面比好，这样能保证画面尽可能的减少延迟。

既然是说在逐行扫描的过程中有新画面插入，那么可不可以反过来，不让显卡等显示器出画面，而是反过来，让显示器等显卡下一个画面呢？

当然是可以的。

这就是游戏显示器中的 GSYNC 与 FreeSync 技术, 这个技术的核心就是在于对 Vertical Blank 时间的巧妙使用。

最开始时候，我们提到过，显示器进行逐行扫描刷新画面之后，会有一个从右下角复位到左上角第一个像素位置的 Vertical Blank 时间，实际上这个时间是非常短的，但是我们可以用一些技术手段，去控制这个时间。

那么之前我们显示器逐行扫描4行+VBlank 时间是 0.1秒，现在通过一些技术可以调整VBlank 时间，那么也就可以改变显示器的刷新时间间隔，让它可以做到等显卡画面。

还是用之前渲染用了0.15秒例子来看下。

之前画面撕裂，是因为显示器渲染完画面3之后，又继续开始刷新，在刷新一半的时候有新画面进来。

那么我们可以通过增加 VBlank 时间，让显示器刷新完画面3之后，等一等，等到新画面来了，再开始下一次刷新。

这种做法虽然也会有一点点延迟，但是会比垂直同步那种一来一回让显卡等显示器的做法更好，没有画面撕裂并且较低的卡顿延迟更容易接受。

所以，这就是 GSYNC 与 FreeSync 的技术原理，是控制 VBlank 时间，实现可变的刷新率，来适配变化的游戏渲染速率(帧数)，用较小的延迟代价，解决画面撕裂问题。

技术原理相同，但是实现的技术方案有所不同。

G-SYNC 方案来自 NVIDIA，是10年前的一项革命性显示技术(2013年)。

具体又分为三类：

G-SYNC Compatible: 普通可变刷新率的软件兼容方案

G-SYNC: 使用 NVIDIA 专用芯片的硬件方案。

G-SYNC Ultimate： G-SYNC + HDR

比较常见多的是 G-SYNC Compatible，它和AMD的 Freesync 其实就一回事，都是符合视频电子标准协会VESA Adaptive-Sync 标准的。不过标注 G-SYNC兼容的显示器，是归NVIDIA来做测试认证罢了。

G-SYNC 方案，相比于 G-SYNC Compatible 多了独立的硬件芯片，这就导致成本肯定增加，而且在多数场景下，有稳定性，帧数可变范围，性能等优势，但是带来的直接用户感知不是特别强，所以这类产品目前市场不是特别多，或者说价格来说没有特别大优势。

G-SYNC Ultimate，那就是加钱加到够强，因为实现HDR的时候，信号会附带额外的更多信息来处理高对比内容，所以这时候专用芯片倒是排上了用处，可以同时处理HDR信号和G-SYNC控制信号，基本上是万元高端显示器上才会有的了。

与之对应的 FreeSync 技术，则是出自 AMD。

具体又分为三类：

FreeSync : 普通可变刷新率的软件兼容方案

FreeSync Premium : FHD不低于120Hz，增加低帧数补偿。

FreeSync Premium Pro： FreeSync Premium + HDR

AMD 的 FreeSync 技术是开源的，所以说只需要在软件层面加入对应驱动代码就可以支持，G-Sync 的相关显示器则是需要交钱去拿给NVIDIA做相关的全套测试，测试通过之后获取认证授权。

没有获得 G-SYNC Compatible 认证的 FreeSync 显示器都可以手动开启 G-Sync，只是不保证体验。

G-SYNC 与 FreeSync 的技术原理，是控制 VBlank 时间，实现可变的刷新率，来适配变化的游戏渲染速率(帧数)，用较小的延迟代价，解决画面撕裂问题。

G-SYNC 分三类：

FreeSync 分三类：

FreeSync 显示器都可以手动开启 G-Sync，但 G-SYNC Compatible 有相关测试认证授权可能表现会好一点。

最后，感谢各位看到这里，一文看懂技术原理，深入浅出的简化模型多图，希望能帮助大家理解。如果大家觉得有帮助，记得点一个赞 ！感谢。