Normaal gesproken heeft een monitor een vaste verversingsfrequentie, vaak 60 Hz. Wanneer de pc in staat is om die verversingsfrequentie netjes te halen, dan zul je een vloeiend beeld ervaren. Bij desktoptoepassingen is dat geen probleem. Anders is het bij spellen. Het is lastig om een grafisch ingewikkeld spel zo te maken dat er altijd precies 60 frames per seconde berekend kunnen worden. Sommige scènes zullen lichter zijn om te berekenen, waardoor er meer dan 60 frames per seconde zijn, terwijl scènes met bijvoorbeeld buitengebieden en veel vijanden weer zwaarder zijn om te berekenen, waardoor er minder frames per seconde zijn.

Wanneer niet hetzelfde aantal frames per seconde berekend wordt als er op het beeldscherm getoond kunnen worden, kun je last krijgen van tearing. Hierbij worden frames door elkaar getoond met duidelijke horizontale scheuren in het beeld. Een oplossing voor dit probleem is v-sync. Hierbij wordt gewacht met het versturen van het beeld totdat er een compleet frame gerenderd is. Het nadeel is wel dat er dan nooit meer dan 60 beelden per seconde getoond kunnen worden. Als de grafische kaart juist te weinig beelden kan berekenen om de verversingssnelheid van het scherm bij te houden, wordt het huidige frame herhaald. Dit kan leiden tot stotterende beelden.

Adaptive sync

Er zijn kortom nogal wat kunstgrepen nodig om onder alle omstandigheden een vloeiend beeld op het scherm te tonen. De aanpak kan ook omgedraaid worden: pas niet het beeld van de grafische kaart aan de monitor aan, maar de verversingssnelheid van de monitor aan de output van de grafische kaart. Is de grafische kaart bijvoorbeeld slechts in staat om 40 beelden per seconde te berekenen, dan wordt de verversingssnelheid van de monitor gewijzigd naar 40 Hz. Hierdoor worden beelden altijd vloeiend weergegeven, omdat het getoonde aantal beelden past bij het aantal beelden dat de monitor daadwerkelijk kan weergeven. Dit wordt ‘adaptive sync’ genoemd.

Nvidia was de eerste die dergelijke adaptive sync-technologie voor gaming onder de noemer G-Sync naar de markt bracht. Voor G-Sync is behalve een ondersteunde grafische kaart ook een in de monitor geïntegreerde G-Sync-module nodig. Dit is een scaler (de chip die in de monitor de beelden verwerkt) die door Nvidia verkocht wordt aan de monitorfabrikanten. Het nadeel van deze chip is dat deze behoorlijk duur is, waardoor G-Sync-monitoren een veel hogere prijs hebben dan gamingmonitoren zonder G-sync.

FreeSync: open standaard

AMD bracht snel na Nvidia zijn eigen adaptive sync-technologie op de markt in de vorm van FreeSync. Waar Nvidia gebruikmaakt van eigen hardware, heeft AMD FreeSync gebaseerd op VESA Adaptive-Sync, een mogelijkheid die in 2014 werd toegevoegd aan DisplayPort 1.2a. De techniek bestond overigens al eerder, maar werd in laptops gebruikt voor energiebesparing op interne beeldschermen. Het voordeel van het volgen van de VESA-standaard is dat voor de implementatie geen royalty’s betaald hoeven te worden of een speciale chip bij AMD hoeft te worden gekocht. Fabrikanten van scalers kunnen naar wens ondersteuning voor VESA Adaptive-Sync toevoegen.

In de praktijk noemen monitorfabrikanten dit doorgaans FreeSync-ondersteuning. Omdat FreeSync gebaseerd is op een onderdeel van de DisplayPort-standaard, werkte het aanvankelijk alleen over DisplayPort. Tegenwoordig wordt FreeSync ook over hdmi ondersteund via een eigen aanvulling van AMD op hdmi, die door AMD-kaarten en monitoren ondersteund wordt.

FreeSync-range

FreeSync zorgt ervoor dat de verversingsnelheid van je monitor wordt aangepast aan het aantal beelden dat je grafische kaart kan tonen. Idealiter zou een monitor hiervoor alle verversingssnelheden aan moeten kunnen. FreeSync voorziet daarin en ondersteunt een bereik van 9 tot 240 Hz. Helaas betekent ondersteuning voor FreeSync niet automatisch een vloeiende game-ervaring. Fabrikanten krijgen bij FreeSync een hoop vrijheid, er is bijvoorbeeld geen verplichte minimale FreeSync-range die een scherm moet ondersteunen.

Een monitor met een FreeSync-range van bijvoorbeeld 48 tot 60 Hz gebruikt technisch gezien adaptive sync, maar of deze implementatie in de praktijk erg nuttig is? In het geval van G-Sync zorgt Nvidia er met zijn eigen chip voor dat deze technologie met elke framerate tot aan de maximale verversingssnelheid van het scherm goed werkt en certificeert de monitoren hiervoor.

AMD heeft met Low Framerate Compensation (LFC) wel een trucje bedacht om toch vloeiend beeld te krijgen bij een lage framerate die buiten het bereik van FreeSync valt. Hierbij wordt een frame simpelweg twee keer weergegeven. Is er dus een framerate van 30 frames per seconde nodig, maar ondersteunt het scherm 40 als ondergrens voor FreeSync, dan wordt er gebruikgemaakt van 60 Hz. Een voorwaarde voor LFC is wel dat de bovengrens van het FreeSync-bereik tweeënhalf keer de ondergrens moet zijn, bijvoorbeeld een bereik van 30 tot 75 Hz.

De toekomst

Tot voor kort moest je kiezen voor een specifiek adaptive sync-systeem: op een Nvidia-kaart werkte enkel G-Sync, terwijl bezitters van een AMD-kaart bij FreeSync terecht konden. FreeSync-monitoren waren daarbij beduidend goedkoper dan hun G-Sync-tegenhangers. Inmiddels is Nvidia overstag en wordt op de nieuwe kaarten (GTX 1000- en RTX 2000-reeks) naast het eigen G-Sync ook VESA Adaptive-Sync oftewel FreeSync via DisplayPort ondersteund.

Wel vermijdt Nvidia het woord FreeSync en wordt er over G-Sync Compatible gesproken. Omdat Nvidia de VESA-standaard volgt, wordt FreeSync over hdmi niet ondersteund, dat is een eigen implementatie van AMD.

Nvidia heeft een aantal FreeSync-monitoren officieel goedgekeurd waarvoor adaptive sync automatisch via de driver wordt ingeschakeld, maar adaptive sync is voor alle FreeSync-monitoren in te schakelen. De volgende stap is een gestandaardiseerde adaptive sync over hdmi. AMD maakte het al mogelijk om FreeSync over hdmi te gebruiken en Samsung heeft FreeSync al geïntegreerd in sommige modellen televisies.

Het HDMI Forum heeft inmiddels een standaard bedacht voor adaptive sync via hdmi 2.1 in de vorm van HDMI VRR (Variable Refresh Rate). AMD heeft al aangegeven HDMI VRR te gaan ondersteunen.