Xbox Series X：如何降低游戏延迟？

作者：Will Tuttle

在本文中，我们将讨论输入延迟，它测量信号从手柄到主机或从主机到显示器的传输时间。延迟几乎总是以毫秒（ms）为单位进行衡量，但却是游戏响应能力和体验感受的关键要素。

从手柄输入到显示器的漫长流水线中，有许多因素会导致端到端输入延迟。对于Xbox Series X，团队会对其进行微调，以确保您拥有最灵敏的响应和精确的操控。上周，我们从Microsoft Xbox Series X的技术研究员Andrew Goossen那里了解到了他们是改善新主机延迟问题的，现在让我们从手柄输入开始仔细了解研究团队所做的改进。

在手柄中，摇杆和扳机运动是模拟输入的示例。无论游戏何时真正需要输入数据，以前的手柄都会对输入进行采样并每8ms发送一次结果。因此，即使您以稍微不同的方式快速调整了摇杆或扳机，游戏也可能已经太晚接收到此按钮的状态更改，并且在那一刻可能仍会响应您以前的按钮状态。

这对于有线和无线手柄都是一个不错的智能解决方案，它提供了一致性以及良好的无线电池寿命管理，不过这并不是完美的选择。由于它与游戏的输入循环不同步，因此偶尔会出现延迟，因为游戏可能已要求控制器发出当前的按钮按下请求，但平台传输的时间晚于预期。

对于Xbox Series X，该团队设计了一种解决方案，其中新的手柄在游戏要求之前采样并传输最新的输入，结果就是“及时”传输，他们称之为“动态延迟输入（DLI）”。该系统现在可以精确地使手柄与游戏保持同步，以进行模拟和数字输入。最新的更新输入指令恰好在游戏需要之前到达主机，这大大降低了手柄输入延迟。更重要的是，这一切都没有牺牲任何电池寿命。

说到数字输入，应该注意，按钮按下是数字输入，因为它只有0或1状态。以前的手柄以与模拟输入相同的速率对数字输入进行采样。再重复，这是连续性的，但这意味着按钮按下信息仅与采样率保持一致。研究团队发现尽管游戏通常会插值并预期模拟输入，但他们无法对数字输入进行操作。为此，像按钮输入这样的数字输入就需要尽可能精确。

在Xbox Series X上现在可以持续监视手柄并传输按钮状态更改。游戏可以访问自上次检查以来发生的所有按钮状态更改。尽管无线连接状态比以往任何时候都变得更好，但是当手柄通过有线连接时，该团队进一步实施了最终解决方案：数字状态一旦改变，数据便会被传输。现在当您没有在格斗游戏中获得最终成功时，就不用再责怪手柄了。

至于手柄输入如何通过无线方式输入到您的主机上，团队考虑到目前Xbox手柄的无线电协议具有太多额外的优势功能，（这包括与Xbox One配件的兼容性，高带宽，低延迟，最多支持8个手柄，音频/语音数据传输等方面），所以采用切换协议的方式实现，同时通过微调无线电设计和布局以优化连接并减少重联来提高传输性能。

以上是手柄端，在主机端，研究团队完全重新设计了主机自身的输入堆栈，以确保游戏将比以前更快地获取输入并能够更快地访问输入，同时还消除了如游戏本身处在非常忙碌状态下给游戏增加负担的延迟问题。

该团队还致力于使游戏开发人员能够改善和优化游戏引擎延迟。由于团队增加了新的机制，系统现在可以知道通过HDMI发送的每一帧相对应的输入状态。开发人员首次可以在不使用高速摄像头的情况下轻松地测量和调整游戏开发过程中端到端的延迟。通过解耦渲染和输入管道，Xbox Series X还可支持120 FPS，因此游戏可以选择将帧速率从60 FPS翻倍，从而将内部延迟减半。

所有上述改进中最关键的要素之一就是通过HDMI线材的数据。微软是HDMI联盟的活跃成员，研究团队也努力参与制定HDMI 2.1标准，并在许多领域实现对Xbox Series X重要功能的支持，其中包括：

• 到电视的传输时间： HDMI 2.1在120 Hz时最高支持4k，这使团队可以将帧传输时间从16.6ms减少到8.3ms，而不会牺牲分辨率。支持该功能的电视可以自动实现8.3ms延迟改进，并让游戏在所有帧速率表现下受益。
• 可变刷新率（VRR）：当游戏错帧时，VRR将以尽可能低的延迟显示结果。支持VRR的120 Hz电视通常具有非常大的定时窗口，这使得40 FPS以上的画面表现没有屏幕撕裂感。
• 电视内延迟： Xbox Series X可在支持该功能的电视上调用自动低延迟模式（ALLM）以自动启用游戏模式，从而消除了游戏玩家以前需要手动调整的任何工作。
• 超高速HDMI线材：每台Xbox Series X都随附有超高速HDMI线材，如果玩家们拥有兼容HDMI 2.1的显示设备，超高速线材可以保证优质的游戏体验。

参与HDMI标准的同时，我们与领先的显示器制造商紧密合作，推动他们提供最佳设备以适配Xbox Series X游戏体验。研究团队知道电视生态系统需要为Xbox Series X的发布及时准备好支持这些功能，但是他们必须回答一个问题：在第一台主机问世之前，我们如何让电视支持这些关键的下一代功能？支持Xbox硬件团队？

答案是他们通过在Xbox One X和Xbox One S上添加这些功能以实现早期测试效果，这促使2019年及以后发布的电视中大面积支持了诸如VRR和ALLM之类的关键功能，而不必等待Xbox Series X发售后电视等到2020年、2021年再去适配 。

以上这些就是Xbox Series X在降低延迟方面所做的努力和尝试，虽然可能很难仅从这些改进中的任何一项中注意到改善的延迟，但是当它们全部加起来，它就为玩家带来了更加灵敏的游戏响应体验。

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