@MichaG Ich habe als Followup zu meinem vorherigen
Beitrag mal ein bisschen was zum Thema "Bandbreite, Standards und Kompression" zusammengeschrieben:
Anschlussart und maximale Bandbreite:
DisplayPort 1.4 | 25,92 Gbit/s |
DisplayPort 2.0 | 77,37 Gbit/s |
HDMI 1.4 | 8,16 Gbit/s |
HDMI 2.0 | 14,4 Gbit/s |
HDMI 2.1 | 42,67 Gbit/s |
Jeder Anschluss stellt unterschiedliche Bandbreiten zur Verfügung. Dazu kommen noch diverse kleinere Versionen wie z.B. HDMI 1.4a und 1.4b, HDMI 2.0a und 2.0b, bei denen jeweils zusätzliche Features zum Standard hinzugefügt wurden, wie z.B. HDR Support. Diese werden hier aber nicht weiter beachtet, weil sich dadurch nichts an der verfügbaren Bandbreite geändert hat.
DSC:
DisplayPort 1.4 DSC | theoretisch bis zu 77,76 Gbit/s |
DisplayPort 2.0 DSC | theoretisch bis zu 232,11 Gbit/s |
HDMI 2.1 DSC | theoretisch bis zu 128,01 Gbit/s |
Bei
DSC handelt es sich um den VESA Standard
"Display Stream Compression", mit dem eine
visuell verlustfreie Kompression im Verhältnis 1:3 ermöglicht wird. Das Ergebnis ist also nicht mathematisch verlustfrei, sondern nur visuell verlustfrei.
Damit DSC funktioniert, muss sowohl die Grafikkarte als auch der Monitor diesen Übertragungsstandard unterstützen.
Chroma Subsampling:
4:4:4 | 100% |
4:2:2 | 66,7% |
4:2:0 | 50% |
Das
Chroma Subsampling ist ein weiteres Verfahren zur Reduzierung der Datenmenge, bei dem die Menge der Farbinformationen (Chrominanz) eines Bildes reduziert wird, aber dafür die vollen Helligkeitsinformationen (Luminanz) beibehalten werden. Der Wert
4:4:4 bedeutet hierbei, dass keinerlei Informationen weggelassen werden. Bei
4:2:2 wird nur noch 66,7% der Farbinformationen übertragen und bei
4:2:0 sind es nur noch 50%.
Für Spiele und Filme spielt die Reduzierung der Farbinformationen keine große Rolle, weil dort das menschliche Auge keinen nennenswerten Unterschied sieht. Deshalb wird 4:2:0 Chroma Subsampling auch auf BluRays und in vielen Video Kameras eingesetzt. Auf die Darstellung von Text und statischen Inhalten hat Chroma Subsampling allerdings einen deutlich sichtbaren negativen Einfluss.
Bildwiederholfrequenz:
Die
Bildwiederholfrequenz gibt an wie viele Bilder pro Sekunde übertragen werden: 60 Hz entsprechen 60 Einzelbildern pro Sekunde. 144 Hz sind entsprechend 144 Einzelbilder pro Sekunde.
OC (Overclock) der Bildwiederholfrequenz: Ob ein Display Panel seine Wiederholfrequenz nativ erreicht oder durch Overclocking spielt in diesem Kontext keine Rolle. Ob z.B. ein 144 Hz (165 Hz OC) Bildschirm mit 165 Hz betrieben wird, oder es sich um ein natives 165 Hz Panel handelt, hat keinen Einfluss auf die benötigte Bandbreite für die Bildübertragung. In beiden Fällen müssen pro Sekunde 165 Bilder von der Grafikkarte an den Bildschirm übertragen werden.
Bildauflösung:
1920 x 1080 | 2.073.600 Pixel |
2560 x 1440 | 3.686.400 Pixel |
3840 x 2160 | 8.294.400 Pixel |
Die
Bildauflösung ist das Produkt aus horizontalen mal vertikalen Pixeln.
Farbtiefe / HDR:
Die
Farbtiefe gibt an, wie viele bits für die Farbinformationen pro Farbkanal pro Pixel verwendet werden. In der Computergrafik setzt sich ein Pixel üblicherweise aus 3 Farbkanälen zusammen: Rot, Grün und Blau. Bei 8 bit Farbtiefe kann jeder Farbkanal 256 unterschiedliche Werte annehmen. Ein Pixel mit 8 bit Farbtiefe, bestehend aus drei Farbkanälen, besteht also aus insgesamt 24 bit, und kann 16.777.216 unterschiedliche Farben annehmen. Bei 10 bit Farbtiefe bestehen die Farbinformationen eines Pixels entsprechend aus 30 bit bzw. 1.073.741.824 unterschiedlichen Farben.
FRC (Frame Rate Control): In diesem Kontext spielt es keine Rolle, ob ein Bildschirm z.B. nativ 10 bit darstellen kann, oder dafür 8 bit + FRC nutzt. In beiden Fällen muss die Grafikkarte die Farbinformationen mit 10 bit übertragen.
Beispiel: Unkomprimierte Bildübertragung in 1080p@60Hz mit 8 bit Farbtiefe:
Für eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixel mit 8 bit Farbtiefe ergibt sich eine Datenmenge von (1920*1080)*(3*8) bit = 2.073.600 * 24 bit = 49.766.400 bit pro Bild. Da ein handelsüblicher Office Bildschirm mit 60 Hz arbeitet, müssen also 60 Bilder pro Sekunde übertragen werden: 49.766.400 bit * 60 Hz = 2.985.984.000 bit/s. Die Bandbreiten der Displayanschlüsse wird üblicherweise in Gbit/s angegeben, also rechnen wir das einfach um: 2.985.984.000 bit/s ≈ 2.985.984 Kbit/s ≈ 2.986 Mbit/s ≈ 3 Gbit/s. Jeder der oben genannten Anschlussarten kann also ohne irgendeine Art von Kompression (DSC oder Chroma Subsampling) eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixel mit 8 bit Farbtiefe bei 60 Hz übertragen.
Beispiel: 4K@144Hz mit 10 bit Farbtiefe:
Die Berechnung ist analog zum vorherigen Beispiel. Die benötigte Datenrate für eine unkomprimierte Bildübertragung ergibt: (3840*2160) * (3*10) bit * 144 Hz = 35.831.808.000 bit/s ≈ 36 Gbit/s. Wie man sehen kann, übersteigt das die maximalen Übertragungsraten von DisplayPort 1.4 (25,92 Gbit/s) und HDMI 2.0 (14,4 Gbit/s).
Die ersten 4K 144Hz HDR Monitore, wie z.B. der ASUS ROG Swift PG27UQ (von 2017), boten zwar DisplayPort 1.4 und HDMI 2.0 Schnittstellen, allerdings kein DSC. Um also die volle Auflösung bei der maximalen Bildwiederholfrequenz und Farbtiefe nutzen zu können, musste die Datenmenge mittels Chroma Subsampling komprimiert werden: Mit 4:2:2 kann so die benötigte Bandbreite um 1/3 auf ca. 24 Gbit/s reduziert werden. Damit liegt man dann wieder innerhalb der DisplayPort 1.4 Spezifikation.
Eine kleine Übersicht über die (un-)möglichen Kombinationen:
Bildauflösung | Bildwiederholfrequenz | Farbtiefe | Datenrate (unkomprimiert) | Einschränkungen / Besonderheiten |
1920 x 1080 | 60 Hz | 8 bit | 3 Gbit/s | |
1920 x 1080 | 120 Hz | 8 bit | 6 Gbit/s | |
1920 x 1080 | 144 Hz | 8 bit | 7,2 Gbit/s | |
1920 x 1080 | 144 Hz | 10 bit | 9 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 |
1920 x 1080 | 165 Hz | 8 bit | 8,2 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4
Siehe z.B. ASUS VG258QR: Unterstützt 165 Hz nicht mit HDMI 1.4 |
1920 x 1080 | 240 Hz | 8 bit | 12 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 |
2560 x 1440 | 60 Hz | 8 bit | 5,3 Gbit/s | |
2560 x 1440 | 75 Hz | 8 bit | 6,6 Gbit/s | |
2560 x 1440 | 144 Hz | 8 bit | 12,7 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 |
2560 x 1440 | 144 Hz | 10 bit | 16 Gbit/s | DP 1.4 ohne Kompression.
HDMI 2.0 nur mit DSR / Chroma Subsampling |
3840 x 1600 | 60 Hz | 8 bit | 8,8 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 |
3840 x 1600 | 144 Hz | 8 bit | 21,2 Gbit/s | DP 1.4 ohne Kompression.
HDMI 2.0 nur mit DSR / Chroma Subsampling |
3840 x 2160 | 60 Hz | 8 bit | 12 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 ohne Kompression |
3840 x 2160 | 60 Hz | 10 bit | 15 Gbit/s | DP 1.4 ohne Kompression.
HDMI 2.0 nur mit DSR / Chroma Subsampling |
3840 x 2160 | 120 Hz | 8 bit | 23,9 Gbit/s | DP 1.4 ohne Kompression.
HDMI 2.0 nur mit DSR / Chroma Subsampling |
3840 x 2160 | 120 Hz | 10 bit | 29,9 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 mit DSC (oder Chroma Subsampling)
ab HDMI 2.1 / DP 2.0 ohne Kompression |
3840 x 2160 | 144 Hz | 8 bit | 28,7 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 mit DSC (oder Chroma Subsampling)
ab HDMI 2.1 / DP 2.0 ohne Kompression |
3840 x 2160 | 144 Hz | 10 bit | 35,8 Gbit/s | ab HDMI 2.0 / DP 1.4 mit DSC (oder Chroma Subsampling)
ab HDMI 2.1 / DP 2.0 ohne Kompression |
Weiterführende Links zum Thema: