數字化浪潮席卷全球，云計算已成IT行業發展之核。云游戲作為新興技術力量，將游戲渲染從玩家設備轉移至集中服務器，革新游戲體驗。然而，高幀率云游戲卻面臨著畫面撕裂的難題。

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畫面撕裂自游戲誕生之日起便困擾著玩家。在傳統本地游戲中，由于顯示器刷新率與顯卡幀率不同步，畫面撕裂現象便會產生。當顯示器刷新畫面時，若顯卡同時生成下一幀,此時顯存中存儲渲染好畫面的寄存器在進行兩幀畫面數據的切換，顯示器讀取寄存器后上下部分畫面便會來自不同幀，導致畫面撕裂，因此當顯卡輸出的幀率大于顯示器刷新率或者小于顯示器刷新率時都會出現畫面撕裂。

針對畫面撕裂問題，業界普遍采用垂直同步（V-Sync）技術進行解決。該技術通過降低顯卡幀率至顯示器刷新率，有效減少畫面撕裂現象。然而，垂直同步并非完美解決方案。其會導致顯卡等待顯示器刷新后才能渲染畫面，進而產生輸入延遲。此外，此功能的顯示器刷新率是固定的，當顯卡幀率低于顯示器刷新率時，垂直同步還會將顯卡幀率限制為顯示器刷新率的一半或四分之一（倍數關系不會造成畫面撕裂），造成幀率大幅下降，影響游戲流暢度，因此該技術主要運用于顯卡幀率高于顯示器刷新率場景。權衡利弊，部分玩家為了追求游戲性能，會選擇關閉垂直同步。

針對垂直同步的缺點，顯卡公司英偉達和AMD各自推出了G-Sync和FreeSync技術，該技術反向通過動態調整顯示器的刷新頻率來匹配顯卡幀率，這種技術在顯卡幀率介于下限幀率（G-SYNC支持超低下限4-10hz都可以工作，G-Sync Compatible（G-Sync的兼容版）和FreeSync多數是42HZ）和顯示器最高刷新率之間時，不需要讓顯卡降低幀率，可以在保證游戲流暢度和低延遲的同時有效解決畫面撕裂的問題，因此該技術主要運用于顯卡幀率低于顯示器最高刷新率場景，但該技術需要顯示器兼容。

垂直同步和G-Sync/FreeSync技術分別能解決顯卡幀率高于和低于顯示器刷新率導致畫面撕裂的問題，前者會導致延遲和卡頓，后者只能適用于本地游戲場景。而云游戲由于需要經過服務器渲染，編碼，網絡傳輸，客戶端解碼，顯示等過程，情況更為復雜，由于G-Sync/FreeSync技術需要顯卡和顯示器之間的通信以配合做到幀率同步，而云游戲的顯卡在服務端，顯示器在客戶端，無法做到通信同步。再而由于中間經過了網絡傳輸，即使將服務端的畫面幀率和客戶端的顯示器刷新率做了固定統一，但是畫面幀在經過編解碼延遲和網絡傳輸延遲后，會出現客戶端的幀生成時間不穩定，例如即使服務器穩定生成60FPS的畫面，但是經過編解碼和網絡傳輸后，在客戶端接收時幀率往往會在50FPS-70FPS中間波動，因此即使顯示器設置為60FPS刷新率，也會在客戶端產生畫面撕裂。

綜上所述，目前云游戲在高幀率場景下畫面撕裂的解決辦法主要有以下難題

1）傳統的垂直同步，會造成畫面延遲，并且在顯卡幀率低于顯示器情況下會造成幀率大幅下滑。

2）G-Sync/FreeSync技術是基于本地游戲環境，需要顯卡和顯示器做直接通信，以解決畫面撕裂問題，云游戲由于顯卡和顯示器物理相隔無法實現該操作。

3）通過鎖定同步服務器顯卡渲染幀率和客戶方顯示器畫面刷新率，會因為畫面的編解碼延遲和網絡傳輸延遲導致客戶端幀生成時間不穩定，導致幀率波動，而后導致畫面撕裂。

本文所提出的基于負反饋策略針云游戲場景畫面撕裂的解決辦法核心思維是將客戶端解碼后的幀率和客戶端顯示器刷新率做同步，因為云游戲的畫面撕裂是在客戶端顯示器讀取客戶端顯卡顯存中解碼后的畫面時出現的撕裂。因此只要解決了客戶端的同步即可解決畫面撕裂問題。本發明是通過自適應垂直同步技術，虛擬顯示器技術，物理延遲統計技術，G-Sync和Free-Sync技術結合負反饋策略共同作用以達到客戶端畫面同步以消除云游戲畫面撕裂的問題。核心思想是將服務器顯卡的渲染幀率限制到客戶端顯示器最高刷新率的（100-n）%,n值由幀率信息從編碼到解碼全流程的延遲波動來動態調整，這樣幀信息到達客戶端后因延遲產生的幀生成時間不穩定也有n%的向上冗余，這樣限制幀率后可以盡可能消除解碼后幀率（由服務端顯卡幀率影響）高于顯示器刷新率場景下的畫面撕裂。客戶端開啟G-Sync\FreeSync功能和客戶端解碼幀率做同步（和本地游戲場景不同，這里不和服務端顯卡渲染幀率做同步），其會主動調整客戶端顯示器刷新率以適配解碼后的幀率，這項能盡可能消除解碼后幀率低于顯示器刷新率場景下的畫面撕裂。

需要以下準備工作：

1）開發一個支持動態修改刷新率的服務端虛擬顯示器（vMonitor）。

2）云游戲串流開始前，客戶端將客戶端顯示器的刷新率發送給服務端，服務端將服務端虛擬顯示器設置為客戶端顯示器刷新率的（100-n）%,n初始值為10。

3）同時服務端通過顯卡API接口，開啟服務端顯卡的自適應垂直同步功能。該功能會將服務端顯卡渲染幀率控制在0FPS到虛擬顯示器的刷新率（客戶端顯示器刷新率的（100-n）%）。

4）客戶端顯示器開啟G-Sync/FreeSync功能，以適配客戶端解碼后的幀率變化，消除畫面撕裂。