So testen wir die Gaming-Latenz mit 240 Hz und VRR

Beim Gaming zählt jede Millisekunde, die vergeht, bis das Display auf Nutzereingaben reagiert. Diese Latenz wurde bei TVs deutlich verbessert, und mit erweiterten Messverfahren kommen wir ihr auch bei variabler Bildrate auf die Spur.

Das Zocken an Großbildfernsehern bereitet nicht nur hartgesottenen Konsolenfans unglaublich viel Spaß. Auch PC-Nutzer wissen größere Diagonalen zu schätzen, vor allem wenn es an die Ultra-HD-Auflösung geht, die man auf Displays kleiner 32 Zoll eigentlich gar nicht mehr wahrnehmen kann.

Der Spaß beim Arbeiten an Office-Dokumenten vergeht allerdings ganz schnell, wenn die Maus spürbar später reagiert, als man sie schiebt. Noch schlimmer beim Gaming: Wer einen Gegner verspätet erkennt, schießt daneben und merkt nicht, dass er selbst längst getroffen wurde. Spiele, bei denen Schnelligkeit und Geschick zählen, brauchen unbedingt eine verzögerungsarme Darstellung – in anderen Worten: eine geringe Latenz.

TV-Geräte, die im Filmmodus erst einmal zwei oder drei Bilder (24 fps ~ 42 ms) speichern, um daraus Zwischenpositionen für die ruckelfreie Bewegung von einzelnen Objekten zu berechnen, benötigen gut und gerne 100 bis 200 Millisekunden dafür.

Auch feinfühliges lokales Dimmen des Backlights erfordert eine zeitaufwendige Analyse der Bildinhalte – der Tod für jeden Spiele-Avatar. Zum Glück besitzen gute TV-Geräte einen Gamingmodus, der die Latenz minimiert.

So kommen sie momentan hinunter bis zehn Millisekunden. Wir messen dies bei TV-Tests im Filmmodus und Spielemodus nach und nutzen dafür ein pfiffiges Gerät von Leo Bodnar, das schnelle Ergebnisse liefert. Da wir unterschiedlichste Displays messen, ist die Signalausgabe in Full-HD bei 60 Hz ausreichend und sorgt für Vergleichbarkeit.

Schon hier muss man allerdings darüber nachdenken, dass dabei einfachste Fernseher, die ein Full-HD-Panel in 60 Hz ansteuern, gegenüber guten 120-Hz-Ultra-HD-TVs übervorteilt werden. Die müssen das Eingangssignal nämlich erst einmal skalieren, bevor es auf den Schirm geschickt wird.

Welche Hz-Raten sind notwendig?

Für Filme ist eine Ultra-HD-Auflösung in HDR-Brillanz toll, doch meist werden sie mit schlappen 24 Bildern pro Sekunde gemastert – Sport mit 60, wenn es hoch kommt. Beim Gaming hat es sich hingegen herumgesprochen, dass höhere Bildraten schnellere Reaktionen ermöglichen.

240 Hz sind dieses Jahr schon des Gamers Wunsch, E-Sportler bekommen Monitore mit sagenhaften 360 Hz, beispielsweise von Asus R.O.G. Die variable Bildrate „VRR“, in Form von G-Sync oder FreeSync, ist ein Muss, verringert sie doch auch die Latenz und macht Schluss mit Tearing.

Wie funktioniert die Bildrate?

Zur Erklärung: Das Bild wird über die digitalen Schnittstellen prinzipiell ähnlich übertragen, wie schon zu Bildröhrenzeiten. Das heißt, die ersten Daten gehören im Bild oben links hin, dann wird die Zeile erst nach rechts „abgetastet“, danach die zweite Zeile von links nach rechts, und so weiter. Dabei verlangt der Monitor von der Quelle das exakte Einhalten des Timings. So erwartet er bei 60 Hz alle 16 Millisekunden ein Vollbild.

Braucht ein leistungsstarker PC nur 10 Millisekunden zur Berechnung des neuen Frames, muss er also 6 Millisekunden warten, bis er die Daten losschicken kann. Er reagiert dabei auf den regulären VSync, jene vertikale Synchronisation, die den Abschluss einer Bildübertragung signalisiert. In vielen Spielen kann man „VSync“ ausschalten, woraufhin der Rechner fleißig neue Frames errechnet und nicht darauf wartet, dass sie abgeholt werden.

Was ist Tearing?

Inhalte kommen so früher am Display an, der Grafikspeicher wird jedoch mitten in der Auslieferung auf den zeitlich nächsten Frame umgeschaltet. Irgendwo innerhalb des Bildaufbaus gibt es einen Zeitsprung, der als Versatz sichtbar wird: Tearing.

Die variable Framerate „VRR“ verhindert dies, da nun der Monitor (TV) wartet und einen Frame genau dann bekommt, wenn er von der Grafikkarte fertig gerendert ist. Der TV legt den Rahmen fest und kommuniziert, dass er beispielsweise 48 bis 120 Bilder pro Sekunde empfangen kann. Nebenbei entfällt die erwähnte Wartezeit auf den statischen Bildaufbau. Die Latenz sinkt.

Was kann HDMI 2.1?

Bei der HDMI-Übertragung wurde das alles erst mit der letzten Aufrüstung auf „2.1“ möglich, wo unter anderem höhere Übertragungsraten, Bildkompression, automatische Umschaltung auf einen Spielemodus und variable Refreshraten festgeschrieben wurden – alles nur fürs Gaming.

Starker Motor dieser Entwicklung waren natürlich die Spielekonsolen, die 120 Hertz bei Ultra-HD anbieten, dazu variable Bildraten sowie Gaming in HDR. Natürlich sollten auch unsere Messmethoden dieser Entwicklung Rechnung tragen, doch bislang gibt es kein dediziertes Messsystem, das das alles kann.

Womit kann man die Latenz messen?

Fündig geworden sind wir schließlich bei der besten PC-Hardware zum Gaming, die den Leistungseinschränkungen der Konsolen nicht unterliegt: Nvidia RTX Grafikkarten. Und siehe da: Frameraten und Latenz sind neben Shading mit Raytracern das dominierende Leistungsthema, sodass der Hersteller eigens Hardware für interne Verzögerungsmessungen entwickelt und uns so ein „LDAT2“ freundlicherweise zur Verfügung gestellt hat. Es misst die Latenz des gesamten Systems, also von einem Mausklick bis zum Aufblitzen einer Fläche auf dem Bildschirm. Sogar Verzögerungen von Treibern und Hardware lassen sich so erfassen. Durch die volle HDMI-2.1-Fähigkeit moderner RTX-Grafikkarten können wir nun mit und ohne VRR oder V-Sync in allen Auflösungen bis 8K und ultrahohen Frameraten Latenzen überprüfen. Kombiniert man altes und neues Verfahren, kann man die reine TV-Latenz aus der Systemverzögerung isolieren.