VESA AdaptiveSync

AdaptiveSync ist ein Verfahren der Video Electronics Standards Association (VESA), mit dem ein Anzeigegerät seinen Bildtakt dem Zeitpunkt anpasst, zu dem der Grafikprozessor ein Bild fertig hat. Aufgenommen wurde es 2014 in die DisplayPort-Spezifikation 1.2a.

Derselbe Name steht seit 2022 auch für ein Prüf- und Logo-Programm, das misst, wie gut ein Bildschirm dieses Verfahren beherrscht. Wer die beiden Bedeutungen auseinanderhält, versteht die meisten Aussagen auf einem Monitorkarton.

Zwei Bedeutungen unter einem Namen

Der Name meint zwei Ebenen, die man beim Lesen eines Datenblatts auseinanderhalten muss.

Das Verfahren. Adaptive-Sync ist der Mechanismus in der DisplayPort-Übertragung. Ein Gerät kann ihn beherrschen oder nicht; er sagt für sich genommen nichts darüber, in welchem Bereich das funktioniert und wie sauber das Bild dabei bleibt.

Das Prüfprogramm. Die Adaptive-Sync Display CTS — Compliance Test Specification, also die Prüfvorschrift, an der sich ein Gerät messen lassen muss — misst am fertigen Gerät nach, was der Mechanismus dort wirklich leistet, und vergibt dafür ein Logo.

Die zweite Ebene entstand, weil die erste allein wenig aussagt. VESA begründet den Schritt 2022 damit, dass viele Bildschirme das Verfahren zwar unterstützten, es aber keine offene Norm gab, um Grad und Güte dieser Unterstützung zu messen. Ein Gerät durfte „Adaptive-Sync" auf den Karton schreiben, auch wenn es den Takt nur zwischen 48 und 60 Hz variieren konnte und dabei sichtbar flimmerte.

Das Verfahren: seit DisplayPort 1.2a

Der Mechanismus stammt aus der Panel-Anbindung in Notebooks. In der VESA-Spezifikation für embedded DisplayPort — die interne Verbindung zwischen Hauptplatine und Bildschirm eines Notebooks — ist er seit 2009 fester Bestandteil, und der Anlass dort war die Laufzeit: Ein Panel, das bei stehendem Bildinhalt seltener aufgefrischt wird, verbraucht weniger Strom. 2014 wanderte dieselbe Fähigkeit nach außen, in die DisplayPort-Spezifikation 1.2a für externe Bildschirme.

Aus der Stromsparfunktion wurde damit eine Bildqualitätsfunktion. Wenn ein Bildschirm ohnehin gelernt hat, den Auffrischzeitpunkt zu verschieben, lässt sich derselbe Griff dafür verwenden, dem unregelmäßigen Takt eines Grafikprozessors zu folgen. Was dabei verschwindet, sind Bildriss und Ruckeln — die beiden Fehlerbilder, die entstehen, wenn ein Bild zum erwarteten Zeitpunkt noch nicht fertig gerechnet ist. Der Mechanismus selbst ist derselbe wie bei der variablen Bildwiederholrate über HDMI, und dort ist er in VRR und QMS ausgeführt.

Zwei Eigenschaften des Verfahrens sind für die Planung wichtig, und beide werden regelmäßig überlesen:

• Es ist optional. Auch in der aktuellen Ausbaustufe der Schnittstelle bleibt es das. Für eine Zertifizierung auf DisplayPort 2.1b verlangt VESA neben HBR2 und Kompression mindestens eines von vier Merkmalen — AdaptiveSync ist eines davon, und ein Gerät darf stattdessen ein anderes nachweisen. Eine Versionsnummer am Anschluss sagt also nicht, dass das Verfahren vorhanden ist. Die Systematik dahinter steht bei DisplayPort.
• Es kostet keine Lizenzgebühr. VESA-Mitglieder dürfen es ohne Abgabe verwenden. Das erklärt, warum es sich in der Rechnerwelt so breit durchgesetzt hat und warum die Markennamen der Grafikkartenhersteller darauf aufsetzen, statt eigene Übertragungswege zu bauen.

Das Prüfprogramm: was tatsächlich gemessen wird

Die Adaptive-Sync Display CTS erschien am 2. Mai 2022. Sie umfasst mehr als fünfzig automatisierte Messungen und prüft fünf Größen:

• die Bildwiederholrate und den Bereich, in dem sie sich bewegen kann,
• Flimmern,
• die Grau-zu-Grau-Schaltzeit samt Grenzwerten für Über- und Unterschwingen — also für die Überzeichnung, die entsteht, wenn ein Hersteller die Bildpunkte zu hart ansteuert, um schnelle Schaltzeiten zu erreichen,
• ausgelassene Videobilder,
• die Schwankung der Videobildrate.

Zwei Prüfbedingungen entscheiden über den Wert des Ergebnisses. Gemessen wird im Auslieferungszustand, also in der werkseitigen Voreinstellung, und in der nativen Auflösung des Geräts. Ein Bildschirm kann seine Zahl damit nicht in einem versteckten Sondermodus erreichen, den kein Käufer je einschaltet. Und die Zertifizierung setzt zusätzlich voraus, dass das Gerät die DisplayPort-Compliance-Prüfung besteht.

Die beiden Logos

Aus derselben Messreihe entstehen zwei Kennzeichen mit verschiedenem Zweck.

VESA Certified AdaptiveSync Display richtet sich an Spiele und führt eine Zahl mit: 144, 165, 240, 360. Die Zahl nennt die höchste Videobildrate, die im Adaptive-Sync-Betrieb unter den genannten Prüfbedingungen erreicht wurde.

VESA Certified MediaSync Display richtet sich an Videowiedergabe und führt bewusst keine Zahl. Geprüft wird, dass das Gerät alle internationalen Sendeformate ohne Schwankung und ohne Flimmern wiedergibt. VESA begründet das damit, dass es hier auf die Abwesenheit von Störungen ankommt und nicht auf eine hohe Bildrate — eine hohe Zahl würde die Aussage eher verwischen.

Der zweite Logo-Typ ist der für ein Heimkino interessantere, auch wenn er seltener genannt wird. Er beschreibt genau das Problem, das im Kinoraum zählt: Material mit 24, 25, 50 oder 60 Bildern je Sekunde soll gleichmäßig laufen, ohne dass einzelne Bilder verschluckt oder gedehnt werden.

Wie sich die Prüfvorschrift entwickelt hat

Die Fassung ist eine Angabe, nach der man fragen muss, weil das Logo sie nicht zeigt.

Fassung 1.1 vom Mai 2023 verschärfte die Messung deutlich: Die Grau-zu-Grau-Prüfung wuchs von einer 5×5-Matrix auf einen Ausschnitt der 9×9-Matrix, was die Zahl der Prüffälle mehr als verdreifachte. Zugleich lösten Grenzwerte auf Basis der Perceptual-Quantizer-Kurve die festen Prozentgrenzen für Über- und Unterschwingen ab — jener Kennlinie, die jedem Codewert eine absolute Leuchtdichte zuordnet und dabei einem Modell der Wahrnehmung folgt statt einem festen Prozentsatz; ausgeführt ist sie bei Übertragungsfunktion und EOTF. Die Toleranz beim Unterschwingen wurde damit deutlich enger. Zertifikate nach Fassung 1.0 wurden noch bis zum 31. August 2023 vergeben.

Fassung 1.1a vom Januar 2024 führte die Zertifizierung für zwei Betriebsarten ein. Geräte, die bei verringerter Auflösung eine höhere Bildrate erreichen, dürfen für beide Kombinationen zertifiziert werden — VESA nennt als Beispiel 4K bei 144 Hz und 1080p bei 280 Hz. Bedingung sind mindestens 144 Hz bei maximaler Auflösung und mindestens 1080p im zweiten Modus, und sämtliche Anforderungen müssen in beiden Betriebsarten erfüllt sein.

Ein Zertifikat aus dem Jahr 2022 und eines aus dem Jahr 2024 stehen also für unterschiedlich harte Prüfungen, obwohl beide dasselbe Logo zeigen.

Die Markennamen der Grafikkartenwelt

Am Markt begegnen dem Leser drei Kennzeichnungen für dieselbe Sache, und sie sind nicht gleichbedeutend.

FreeSync von AMD beruht nach Darstellung von VESA auf dem AdaptiveSync-Standard. Es ist eine Markenbezeichnung mit eigenen Stufen, kein eigener Übertragungsweg.

G-SYNC Compatible von NVIDIA ist eine Freigabe für Bildschirme, die das Verfahren beherrschen und zusätzlich eine eigene Prüfung bestanden haben. Diese Prüfung ist gut dokumentiert, und ihre Zahlen sagen mehr über den Markt als jede Beschreibung: Von 503 geprüften Geräten erhielten 2019 in der ersten Runde 28 die Freigabe, also 5,56 Prozent. 273 scheiterten an einem zu engen Bildwiederholbereich — NVIDIA verlangt mindestens 2,4:1, etwa 60 bis 144 Hz —, weitere 202 an Bildfehlern wie Flimmern oder Schwarztastung, also kurzem Schwarzwerden des Bildes beim Wechsel der Bildrate.

Genau darin liegt der Wert aller drei Programme. Das Verfahren zu beherrschen ist die niedrige Hürde; es über einen brauchbaren Bereich hinweg sauber zu beherrschen, schafften vor der Einführung offener Prüfungen nur wenige Geräte. Die drei Programme messen dabei nach eigenen Kriterien, und ein Logo ersetzt das andere nicht.

Häufiges Missverständnis

„AdaptiveSync und FreeSync sind zwei konkurrierende Verfahren." Sie liegen nicht auf derselben Ebene. AdaptiveSync ist das Verfahren in der Schnittstelle, FreeSync eine Markenbezeichnung, die darauf aufsetzt. Wer beide gegeneinander abwägt, vergleicht eine Schnittstellenfunktion mit einem Prüfsiegel.

„Auf dem Karton steht 240, also läuft alles flüssig." Die Zahl nennt einen Höchstwert. Ob der Bildschirm auch bei 40 Bildern je Sekunde noch regelt — der Bereich, in dem ein Spiel bei anspruchsvollen Einstellungen tatsächlich läuft —, steht dort nicht. Der untere Rand des Bereichs entscheidet über den Alltagsnutzen und wird selten genannt.

„Der Bildschirm kann AdaptiveSync, also ist er zertifiziert." Die Fähigkeit und das Prüfsiegel sind zwei verschiedene Aussagen. Der Unterschied zwischen beiden ist der Grund, warum es das Programm seit 2022 überhaupt gibt.

„Das ist ein reines Spielethema." Das zweite Logo hat mit Spielen nichts zu tun. MediaSync prüft die ruckelfreie Wiedergabe der Sendeformate — dasselbe Problem, das im Heimkino hinter dem Wechsel zwischen 24, 50 und 60 Bildern je Sekunde steckt.

Nicht zu verwechseln mit

• HDMI VRR: dieselbe Idee auf der anderen Schnittstelle, mit eigener Spezifikation und eigenen Bedingungen. Ausgeführt bei VRR und QMS. Ein Gerät kann das eine beherrschen und das andere nicht.
• FreeSync und G-SYNC Compatible: Prüfprogramme einzelner Hersteller auf demselben Verfahren, mit eigenen Kriterien und eigenen Grenzwerten.
• Panel Replay: ebenfalls eine DisplayPort-Funktion aus der eDP-Verwandtschaft, aber mit dem Ziel, Strom zu sparen, indem unveränderte Bildbereiche nicht neu übertragen werden.
• Zwischenbildberechnung: erzeugt zusätzliche Bilder, die in der Quelle nie existiert haben, und kostet dafür Verzögerung. AdaptiveSync erzeugt kein Bild und wirft keines weg.
• Bildwiederholrate des Panels: „240 Hz" nennt einen Höchstwert im festen Betrieb. Ob und in welchem Bereich das Gerät den Takt verändern kann, ist eine andere Frage.

In der Planung

Ein Nebenraum bekommt einen Arbeits- und Spielplatz mit Rechner, großem Bildschirm und Anbindung an die Hausakustik; der Kinoraum daneben läuft klassisch über Projektor und AV-Receiver.

Zu klären ist zuerst, welche Quelle an welchem Bildschirm hängt. Der DisplayPort-Weg mit AdaptiveSync betrifft ausschließlich die Strecke vom Rechner zum Monitor. Sobald dieselbe Grafikkarte über HDMI auf einen Fernseher oder Projektor geht, gilt die HDMI-Seite mit ihren eigenen Bedingungen — und dann entscheidet auch jedes Zwischengerät mit, ob die Funktion am Ziel ankommt.

Steht die Quellenzuordnung, geht es um die Nutzung. Wird auf dem Bildschirm gespielt, ist der Bildwiederholbereich die Frage, nicht die Zahl im Logo: Bei welcher Bildrate läuft das Spiel realistisch, und regelt das Gerät dort noch? Wird auf dem Bildschirm überwiegend Video gesehen, zählt das MediaSync-Kennzeichen mehr als jede Hertz-Zahl. Beides zugleich ist möglich, wenn ein Gerät beide Prüfungen bestanden hat.

Die Geräteauswahl folgt zuletzt, und dort lohnt eine Frage, die kein Datenblatt beantwortet: nach welcher Fassung der Prüfvorschrift zertifiziert wurde. Ein Gerät aus dem ersten Jahr des Programms hat eine mildere Prüfung bestanden als eines von heute.

Verknüpfte Inhalte

Die HDMI-Seite desselben Mechanismus samt Kettenproblem steht bei VRR und QMS; dort ist auch ausgeführt, warum eine variable Bildwiederholrate das Bild gleichmäßiger, aber nicht schneller macht. Wie die Schnittstelle selbst aufgebaut ist, welche Stufen sie kennt und warum eine Versionsnummer am Gerät wenig aussagt, klärt DisplayPort. Woraus sich die Verzögerung bis zum sichtbaren Bild zusammensetzt, steht bei Input-Lag. Welche Fähigkeiten Quelle und Anzeigegerät überhaupt untereinander austauschen, behandelt EDID, und dass eine Formatangabe komprimiert gemeint sein kann, Display Stream Compression. Wie DisplayPort über einen USB-C-Stecker läuft, steht bei Thunderbolt.

Quellen

Die Angaben zum Verfahren — Aufnahme in DisplayPort 1.2a im Jahr 2014, die Herkunft aus der eDP-Spezifikation seit 2009, die Lizenzfreiheit für VESA-Mitglieder und die genannten Wirkungen — stammen aus der VESA-Mitteilung zur Aufnahme von Adaptive-Sync, die für diese Seite gelesen wurde. Der Aufbau des Prüfprogramms mit den fünf gemessenen Größen, den Prüfbedingungen und den beiden Logos folgt der Mitteilung zum Start der Prüfvorschrift vom Mai 2022; die Verschärfungen der Fassungen 1.1 und 1.1a den beiden späteren Mitteilungen derselben Stelle. Dass FreeSync auf dem VESA-Standard beruht und dass AdaptiveSync bei DisplayPort 2.1b eines von vier wählbaren Merkmalen ist, steht in der DisplayPort-FAQ. Die Prüfzahlen zu G-SYNC Compatible stammen von NVIDIA selbst.

Keine dieser Quellen beziffert eine Mindestanforderung an den Bildwiederholbereich für die VESA-Zertifizierung, und deshalb steht hier auch keine.