帧率相关知识

青旅半醒 2024-02-19 10:04 35阅读 0赞

#### 帧 ####

帧，就是影像动画中最小单位的单幅影像画面，相当于电影胶片上的每一格镜头。一帧就是一幅静止的画面，连续的帧就形成动画，如电视图图像等。

#### 帧率 ####

帧率（每秒帧数），简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（Frames Per Second）表示。

一般要求连贯性的话，帧数至少要高于每秒约10至12帧的时候，人眼才会认为是连贯的，此现象叫做“视觉暂留现象”，是由人眼的生物构造决定的。通过这个现象，早期的无声电影通过手摇驱动，将画面快速播放，就能让人感觉在播放完整连续的视频。

在典型的显示系统中，不管是手机还是电脑，一般都涉及到三个部分：

*  CPU，中央处理器。用于计算数据，信息处理。

*  GPU，图形处理器。用于处理图像图形，也就是俗称的显卡。

*  display，显示屏幕。用于展示画面，也就是我们的手机屏幕、电脑显示器。

整个显示过程就是：

*  CPU计算屏幕需要的数据，然后交给GPU。

*  GPU对图像进行处理绘制，然后存到缓存区。

*  display再从这个缓存区读取数据，显示出来。

详细过程：**16.6ms一到，系统就发送了VSync信号，然后屏幕会从缓存区获取了新的一帧图像并显示出来，与此同时，CPU也开始了下一帧数据的计算，然后计算好交给GPU，最后放到缓存区，等待下一次VSync信号。**

#### 掉帧原因： ####

1、硬件原因。硬件比较差也就是CPU和GPU计算不给力，导致一帧的数据没准备好，所以掉帧。

2、软件原因。在硬件够用的情况下，App或者游戏的一帧数据计算繁杂，嵌套太多或者图太大，也会导致下一帧数据不能在16.6ms中被准备好，导致掉帧。

3、网络原因。在硬件软件都正常情况下，由于网络波动，CPU的计算数据都没有从网络上获取到，那么肯定会导致CPU数据的准备延迟，最终导致掉帧。

#### 画面撕裂原因： ####

「逐行扫描」就是说，显示器显示画面是从上到下一行一行显示出来的，只不过是显示得比较快所以肉眼看不出来而已。

1.**GPU的fps帧率和显示器display的fps帧率不一致导致**。例如：GPU为180fps，而显示器的fps为60。也就是显卡一秒钟产生180张画面，而显示器却只能显示60张。那么第二次显示的时候显示器下面就会显示第二张画面。也就是发生画面撕裂。

所以为了防止这种状况，一般显示系统会加入一个双缓存+垂直同步的概念：

首先，开启垂直同步，就会将GPU的fps限制为和显示器的fps一样。

其次，通过双缓存保证一帧数据的连贯性：1、缓存区backBuffer用于CPU/GPU图形处理。

2、**缓冲区区frameBuffer用于显示器显示。**

这样分工明确之后，屏幕只会读取framebuffer的内容，是一帧完整的画面。而CPU/GPU计算的新一帧内容会放到backbuffer中，不会影响到framebuffer的内容。

只有当屏幕绘制完一帧内容之后，才会将CPU/GPU计算好的新一帧内容也就是backbuffer内容和framebuffer进行交换。

这样导致掉帧会更严重：原因就是因为**在第二个VSync信号来的时候，因为backBuffer被GPU占用，所以CPU无法去开始新一帧的计算。**

##### 所以三缓存来了： #####

1、缓存区backBuffer用于CPU/GPU图形处理 。

2、缓存区TripleBuffer用于CPU/GPU图形处理 。

3、缓存区frameBuffer用于显示器显示。

加入了第三个缓存区，那么在第二个VSync信号来的时候，CPU就可以利用TripleBuffer开始新一帧的计算，而无视正在被GPU占用的backBuffer。

你可以理解为 CPU、GPU、Display每个人都有一个缓存区，这样三个就能同时做自己的事而互不影响，最大化利用每个模块。

原文链接：[帧率相关知识 - 掘金 (juejin.cn)][- _ _juejin.cn]

[- _ _juejin.cn]: https://juejin.cn/post/7114307661012664327

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