Retraso de visualización

El retardo de pantalla es un fenómeno asociado a la mayoría de las pantallas de cristal líquido (LCD), como las de teléfonos inteligentes y ordenadores, y prácticamente a todos los televisores de alta definición (HDTV). Se refiere a la latencia , o retardo, entre el momento en que se envía la señal a la pantalla y el momento en que esta comienza a mostrarla. Este retardo se ha medido hasta en 68 ms, ^{[ 1 ]} o el equivalente a 3-4 fotogramas en una pantalla de 60 Hz . El retardo de pantalla no debe confundirse con el tiempo de respuesta del píxel , que es el 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 del píxel, pero no informan sobre el retardo de pantalla. 

En la tecnología analógica de tubos de rayos catódicos (CRT), el retardo de visualización es prácticamente nulo, debido a la naturaleza de la tecnología, que no tiene la capacidad de almacenar datos de imagen antes de su visualización. La señal de imagen se procesa internamente de forma mínima, 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 pronto como se recibe, con solo nanosegundos de retardo para que la señal recorra el cableado interno del dispositivo desde la entrada hasta la pantalla.

Para las señales digitales modernas, se requiere una potencia de procesamiento y una capacidad de almacenamiento de memoria considerables para preparar la señal de entrada para su visualización. Tanto para la televisión por aire como por cable, se utilizan las mismas técnicas de demodulación analógica, pero posteriormente la señal se convierte a datos digitales, que deben descomprimirse mediante el códec MPEG y renderizarse en un mapa de bits de imagen almacenado en un búfer de trama .

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

En el caso del vídeo entrelazado , se suele aplicar un procesamiento adicional para desentrelazar la imagen y hacerla parecer más nítida o detallada de lo que realmente es. Esto se consigue almacenando varios fotogramas entrelazados y aplicando algoritmos para determinar las zonas de movimiento y quietud, y para fusionar los fotogramas entrelazados y suavizarlos o extrapolar dónde se mueven los píxeles. El búfer de fotogramas resultante se escribe en el dispositivo de visualización.

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

Aunque el tiempo de respuesta de los píxeles de la pantalla suele figurar en las especificaciones del monitor, ningún fabricante anuncia el retardo de visualización de sus pantallas, probablemente porque la tendencia ha sido aumentarlo a medida que los fabricantes encuentran más formas de procesar la información de entrada a nivel de pantalla antes de que se muestre. Entre los posibles responsables se encuentran la sobrecarga de procesamiento de HDCP , la gestión de derechos digitales (DRM) y las técnicas DSP empleadas para reducir los efectos del efecto fantasma  ; la causa puede variar según el modelo de pantalla. Diversos sitios web especializados en tecnología han realizado investigaciones al respecto, algunos de los cuales se enumeran al final de este artículo.

Las pantallas LCD, de plasma y DLP, a diferencia de las CRT, tienen una resolución nativa . Es decir, cuentan con una cuadrícula fija de píxeles en la pantalla que muestra la imagen con la máxima nitidez al funcionar a su resolución nativa (por lo que no es necesario escalar nada a tamaño completo, lo que desenfoca la imagen). Para mostrar resoluciones distintas a la nativa, estas pantallas deben utilizar escaladores de vídeo , integrados en la mayoría de los monitores modernos. Por ejemplo, una pantalla con una resolución nativa de 1600x1200 que recibe una señal de 640x480 debe escalar el ancho y la altura 2,5 veces para mostrar la imagen proporcionada por el ordenador en los píxeles nativos. Para lograr esto, minimizando los artefactos , se requiere un procesamiento de señal avanzado, lo que puede generar latencia. Las señales de vídeo entrelazadas , como 480i y 1080i, requieren un paso de desentrelazado que añade retardo. En la práctica , el retardo de visualización es significativamente menor cuando las pantallas funcionan con la resolución nativa de una pantalla LCD determinada y en modo de escaneo progresivo . También se ha demostrado que los dispositivos externos reducen la latencia general al proporcionar algoritmos de redimensionamiento del espacio de imagen más rápidos que los presentes en la pantalla LCD. En la práctica, esto sumaría 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 producidas por el efecto fantasma. El resultado es que todo se muestra en la pantalla varios fotogramas después de haber sido transmitido por la fuente de vídeo. ^{[ 3 ]}

El retardo de visualización se puede medir con un dispositivo de prueba como el comprobador de retardo de entrada de señal de vídeo. A pesar de su nombre, este dispositivo no puede medir el retardo de entrada de forma independiente. Solo puede medir el retardo de entrada y el tiempo de respuesta conjuntamente.

En ausencia de un dispositivo de medición, la medición puede realizarse utilizando una pantalla de prueba (la pantalla que se está midiendo), una pantalla de control (generalmente un CRT ) con un retardo de visualización prácticamente nulo, un ordenador capaz de duplicar la señal en ambas pantallas, un programa de cronómetro y una cámara de alta velocidad apuntando a las dos pantallas mientras se ejecuta el programa. El retardo se mide tomando una fotografía de las pantallas con el programa de cronómetro en ejecución y restando los tiempos de ambas pantallas en la fotografía. Este método solo mide la diferencia de retardo entre dos pantallas y no permite determinar el retardo absoluto de una sola pantalla. Se prefieren los CRT como pantalla de control, ya que su retardo suele ser prácticamente nulo. Sin embargo, la duplicación de vídeo no garantiza que la misma imagen se envíe a cada pantalla simultáneamente.

Anteriormente, se daba por sentado que los resultados de esta prueba eran exactos, ya que parecían fácilmente reproducibles, incluso al conectar las pantallas a diferentes puertos y tarjetas gráficas, lo que sugería que el efecto se debía a la pantalla y no al sistema informático. Un análisis exhaustivo publicado en la web alemana Prad.de reveló que estas suposiciones eran erróneas. El promedio de las mediciones, como se describió anteriormente, produce resultados comparables porque incluye la misma cantidad de errores sistemáticos. Como se observa en diferentes análisis de monitores, los valores de retardo de pantalla para un mismo modelo difieren en márgenes de hasta 16 ms o incluso más.

Para minimizar los efectos de las salidas de visualización asíncronas (los puntos de tiempo en que una imagen se transfiere 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.

Se han retomado varios métodos para medir el retardo de visualización, con ligeras modificaciones, pero reintroduciendo problemas antiguos que ya habían sido resueltos por el SMTT mencionado anteriormente. Uno de estos métodos consiste en conectar un portátil a un televisor de alta definición mediante una conexión compuesta y ejecutar un código de tiempo que se muestra simultáneamente en la pantalla del portátil y en el televisor, grabando ambas pantallas con una grabadora de vídeo independiente. Al pausar el vídeo de ambas pantallas, la diferencia de tiempo mostrada en ambas se ha interpretado como una estimación del retardo de visualización. ^{[ 5 ]} Sin embargo, esto es casi idéntico al uso de cronómetros casuales en dos monitores con una configuración de monitor de "vista clonada", ya que no tiene en cuenta la falta de sincronización entre la señal de vídeo compuesta y la pantalla del portátil, ni el retardo de visualización de dicha pantalla, ni el detalle de que la frecuencia de actualización vertical de los dos monitores sigue siendo asíncrona y no está vinculada entre sí. Incluso si se activa la sincronización vertical en el controlador de la tarjeta gráfica, las señales de vídeo de la salida analógica y digital no estarán sincronizadas. ^{[ 6 ]} Por lo tanto, es imposible utilizar un único cronómetro para mediciones de retardo de visualización, incluso si se crea mediante un código de tiempo o una aplicación de cronómetro simple, ya que siempre causará un error de hasta 16 ms o incluso más.

El retardo de visualización contribuye a la latencia general en la cadena de interfaz que va desde las entradas del usuario (ratón, teclado, etc.) hasta la tarjeta gráfica y el monitor. Dependiendo del monitor, se han medido tiempos de retardo de visualización de entre 10 y 68 ms . Sin embargo, los efectos de este retardo en el usuario dependen de la sensibilidad individual de cada uno.

El retardo de visualización es más notorio en los videojuegos (especialmente en consolas antiguas), y la percepción del retraso varía según el juego. Por ejemplo, en el modo PvE de World of Warcraft , un ligero retardo de entrada no es tan crítico como en el modo PvP o en otros juegos que exigen reflejos rápidos, como Counter-Strike . Los juegos de ritmo, como Guitar Hero , también requieren una sincronización precisa; el retardo de visualización crea un desfase notable entre la música y las indicaciones en pantalla. Cabe destacar que muchos juegos de este tipo incluyen una opción para calibrar el retardo de visualización. Sin duda, 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 cortas que a veces duran solo 1 fotograma o 16,67 ms en la pantalla.

Al asumir un tiempo de respuesta humano gaussiano a un evento particular en el juego, es posible analizar el efecto del retardo en términos de probabilidades. ^{[ 7 ]} Con una pantalla sin retardo, un humano tiene cierta probabilidad de que su entrada se produzca dentro de una ventana de fotogramas. Como los videojuegos operan con fotogramas discretos, perder el último fotograma de la ventana, incluso por 0,1 ms, hace que una entrada se interprete un fotograma completo después. Debido a esto, cualquier cantidad de retardo 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 retardo introducido y el tamaño de la ventana de tiempo. Por ejemplo, con una ventana muy grande de 30 fotogramas, un humano probablemente tendría una probabilidad del 99,99 % de alcanzar esta ventana. Al introducir un retardo de un fotograma, la capacidad del humano para alcanzar la ventana de 30 fotogramas probablemente se mantendría en el rango del 99,99 % (suponiendo que el humano responda cerca del centro de la ventana). Sin embargo, con una ventana más pequeña, digamos de 2 fotogramas, el efecto del retardo se vuelve mucho más significativo. Suponiendo que la respuesta del humano se centre en la ventana de 2 fotogramas y que el superhumano tenga una probabilidad del 99,99 % de alcanzarla, introducir un retardo de un fotograma completo hace que la tasa de éxito caiga hasta aproximadamente el 50 %.

Si el mando del juego produce información adicional (vibración, el altavoz del mando de Wii , etc.), el retardo de la pantalla hará que esta información no coincida con las imágenes en pantalla, lo que podría causar una mayor desorientación (por ejemplo, sentir la vibración del mando una fracción de segundo antes de chocar contra una pared).

Los telespectadores también pueden verse afectados. Si se utiliza un receptor de cine en casa con altavoces externos, el retardo de la imagen provoca que el audio se escuche antes de que aparezca la imagen. El audio adelantado resulta más molesto que el audio retrasado. Muchos receptores de cine en casa disponen de un ajuste manual del retardo de audio que permite compensar la latencia de la imagen.

Las pantallas LCD con un tiempo de respuesta elevado a menudo no ofrecen una experiencia satisfactoria al visualizar imágenes en movimiento rápido (suelen presentar estelas o desenfoque, lo que se conoce como efecto fantasma ). Sin embargo, una pantalla LCD con un tiempo de respuesta elevado y una latencia significativa resulta inadecuada para jugar a videojuegos de ritmo rápido o realizar operaciones rápidas y precisas, debido al retraso del cursor del ratón.

• Retardo de entrada

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