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Xbox Series X: Was hat es eigentlich mit der Latenz auf sich?

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Der Duden definiert Latenz als „Vorhandensein einer Sache,
die [noch] nicht in Erscheinung getreten ist“. Aber jetzt lassen wir den Duden
einmal Duden sein und sprechen darüber, was Latenz in der Welt der Videospiele
bedeutet und wie die Ingenieure, die die Xbox Series X bauen, daran arbeiten,
sie zu reduzieren.

Einfach ausgedrückt ist die Latenz ein Maß dafür, wie lange
es dauert, bis ein Signal oder ein Datenstück in einem System von einem Punkt
zu einem anderen Punkt gelangt. In diesem Artikel sprechen wir über die
Eingabelatenz, die misst, wie lange ein Signal von Deinem Controller zu Deiner
Konsole oder von Deiner Konsole zu Deinem Bildschirm benötigt. Fast immer in
Millisekunden (ms) gemessen, ist die Latenz ein Schlüsselelement für die
Reaktionsfähigkeit und das Spielgefühl.

VRR, VRS, ALLM, DirectX – wofür stehen all diese Begriffe? Der Xbox Series X Tech-Duden erklärt’s!

Wie Xbox Series X Latenz verringert

In dem Prozess von der Eingabe des Controllers bis zur
Anzeige auf Deinem Bildschirm gibt es viele Komponenten, die zur
End-to-End-Eingabelatenz beitragen. Für Xbox Series X hat das Team jede
einzelne Komponente fein abgestimmt, um sicherzustellen, dass Du deine Eingabe
so reaktionsschnell und präzise wie möglich machen kannst.

Letzte Woche hat uns Andrew Goossen, Technical Fellow für
Xbox Series X bei Microsoft, durch diesen Prozess geführt, damit wir uns die
Verbesserungen, die das Team vorgenommen hat, genauer ansehen konnten –
angefangen beim Controller.

Latenz verringern: Am Controller

Bei Deinem Controller sind Stick- und Trigger-Bewegungen Beispiele
für analoge Eingabe. Frühere Controller haben die Eingaben gesampelt und die
Ergebnisse alle 8 Millisekunden übertragen, unabhängig davon, wann die Spiele
die Eingabedaten tatsächlich benötigten. Selbst wenn Du also die Bewegung deines
analogen Sticks oder Triggers schnell anpasst, kann es sein, dass das Spiel
diese Änderung zu spät erhält und den vorherigen Tastenzustand verwendet.

Dies war sowohl für kabelgebundene als auch kabellose
Controller zwar eine intelligente Lösung, da sie Konsistenz und gute drahtlose
Batterielebensdauer bot, aber sie war nicht perfekt. Da sie nicht mit der
Eingabeschleife des Spiels synchronisiert war, kam es gelegentlich zu
Latenzzeiten, da das Spiel zwar die aktuellen Tastendrucke vom Controller
abfragte, die Plattform diese aber später als erwartet übertrug.

Latenz kann in jeder Phase des Inputs entstehen – daher wollen wir ihn auch in jeder Phase verringern – angefangen beim Controller der Xbox Series X.

Für die Xbox-Serie X hat das Team eine Lösung entwickelt,
bei der der neue Controller die aktuellsten Eingaben sampelt und übermittelt,
kurz bevor das Spiel sie anfordert. Das Ergebnis ist eine “just in
time”-Lieferung, die man “Dynamic Latency Input (DLI)” nennt.
Das System hält den Controller nun sowohl für analoge als auch für digitale
Eingänge präzise mit dem Spiel synchron. Die aktuellste Eingabe kommt an der
Konsole an, kurz bevor sie vom Spiel benötigt wird. Das Ergebnis: deutlich
geringere Controller-Latenzzeiten. Und das alles, ohne dass die Lebensdauer der
Batterie beeinträchtigt wird.

Und wo wir gerade von digitalen Eingängen sprechen: Ein
Tastendruck gilt als digitales Eingangssignal, weil er nur den Zustand 0 oder 1
hat. Frühere Controller haben digitale Eingabesignale mit der gleichen
Geschwindigkeit wie die analogen Eingabesignale gesampelt. Auch hier war dies
konsistent, aber es bedeutete, dass die Informationen über den Tastendruck nur
so gut waren wie die Sample-Rate.

Das Team hat festgestellt, dass Spiele zwar im Allgemeinen
die analoge Eingabe einfügen und vorwegnehmen, dies aber nicht für digitale
Eingänge tun können. Zu diesem Zweck müssen digitale Eingaben wie Knopfdrucke
so präzise wie möglich sein.

Bei der Xbox Serie X überwacht der Controller nun ständig
die Änderungen des Tastenstatus und überträgt diese. Spiele können auf alle
Tastenzustandsänderungen zugreifen, die seit der letzten Überprüfung
aufgetreten sind. Obwohl die Drahtlosigkeit besser denn je ist, hat das Team
die ultimative Lösung implementiert: Sobald sich ein digitaler Zustand ändert,
werden die Daten übertragen. So gibt es auch keine Schuldzuweisungen mehr an
den Controller, wenn man in einem Kampfspiel nicht den letzten Schlag
losbekommt.

Latenz verringern: Zwischen Controller und Konsole

Was die Art und Weise betrifft, wie die Eingabe drahtlos an Deine
Konsole gelangt, so hat das Team entschieden, dass unser Xbox
Wireless-Funkprotokoll für den Controller zu viele Vorteile bietet
(insbesondere in Bezug auf die Kompatibilität mit Xbox One-Zubehör, hohe
Bandbreite, geringe Latenz, Unterstützung von bis zu 8 Controllern und
Audio-/Sprachdatenübertragung), um einen Wechsel zu einem anderen Protokoll in
Betracht zu ziehen. Das Team hat auch die Übertragungsleistung verbessert durch
eine Feinabstimmung des Funkdesigns und der Platzierung für optimale
Verbindungen und reduzierte Wiederholungsversuche.

Soweit also zum Controller. Auf der Konsolenseite hat das
Team den Inputstack auf der Konsole selbst komplett neugestaltet, um
sicherzustellen, dass die Spiele ihren Input schneller erhalten und schneller
darauf zugreifen können als zuvor. So werden auch Verzögerungen vermieden, die
früher aufgetreten sind, wenn das Spiel sehr viele Daten verarbeiten musste und
so die Konsole belastet hat.

Verschiedene Technologien sollen die Latenz zwischen Controller und Konsole verringern.

Das Team hat auch daran gearbeitet, Spieleentwickler zu
befähigen, die Latenzzeit der Game Engine zu verbessern und zu optimieren. Dank
eines neuen Mechanismus, den das Team hinzugefügt hat, kennt das System nun den
Eingangsstatus, der zu jedem über HDMI gesendeten Frame passt. Zum ersten Mal
können Entwickler während der Spieleentwicklung ihre End-to-End-Latenzzeit ohne
den Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera einfach messen und einstellen.

Latenz verringern: Zwischen Konsole und Fernseher

Durch die Entkopplung von Rendering- und Eingangs-Pipelines
unterstützt die Xbox Series X auch 120 FPS, so dass Spiele die Möglichkeit
haben, ihre Bildrate von 60 FPS zu verdoppeln, wodurch sich ihre interne Latenz
halbiert.

Eines der größten Elemente bei all dem sind die Daten, die durch Dein HDMI-Kabel fließen. Microsoft ist ein aktives Mitglied des HDMI-Konsortiums, und das Team hat hart daran gearbeitet, den HDMI 2.1-Standard so zu gestalten, dass er Funktionen unterstützt, die für Xbox Series X in einer Reihe von Bereichen wichtig sind, darunter

  • Übertragungszeit zum Fernseher: HDMI 2.1
    unterstützt bis zu 4k bei 120 Hz, wodurch das Team die Frame-Übertragungszeit
    von 16,6 ms auf 8,3 ms reduzieren konnte, ohne Abstriche bei der Auflösung zu
    machen. Dies ist eine automatische Verbesserung der Latenzzeit von 8,3 ms bei
    Fernsehern, die dies unterstützen, und kommt Spielen bei allen Frameraten
    zugute.
  • Variable Aktualisierungsrate (VRR): Wenn
    Spiele ihre Frames verpassen, zeigt die VRR das Ergebnis mit der
    geringstmöglichen Latenz an. 120-Hz-Fernseher, die VRR unterstützen, haben in
    der Regel sehr große Zeitfenster, so dass bei einer Leistung von über 40 FPS
    kein Tearing auftritt.
  • In-TV-Latenzzeit: Xbox Series X ruft den
    Automatic Low Latency Mode (ALLM) auf fähigen Fernsehern auf, um den Game Mode
    automatisch zu aktivieren, wodurch die Arbeit, die zuvor von den Spielern
    verlangt wurde, entfällt.
  • Ultra-High-Speed-HDMI-Kabel: Ein Ultra-High-Speed-HDMI-Kabel
    ist im Lieferumfang jeder Xbox Serie X enthalten, um sicherzustellen, dass
    Spieler das erstklassige Spielerlebnis erhalten, wenn sie einen HDMI
    2.1-kompatiblen Bildschirm haben.

Latenzen verringern: Am Fernseher

Die Beeinflussung des HDMI-Standards war die eine Sache, aber
wir mussten auch eng mit führenden Display-Herstellern zusammenarbeiten, damit
diese den neuen Standard einheitlich einführte, um so das beste Spielerlebnis
zu bieten. Das Team wusste, dass das TV-Ökosystem rechtzeitig zum Launch der
Xbox Series X bereit sein musste, um diese Funktionen zu unterstützen, aber sie
mussten eine Frage beantworten: Wie können wir Hersteller von TVs dazu bringen,
diese wichtigen Funktionen für die nächsten Generationen, schon vor dem Launch
der neuen Konsolengeneration zu unterstützen?

Das Team beantwortete diese Frage, indem sie diese
Funktionen der Xbox One X und Xbox One S schon eine Generation hinzufügten.
Dies führte dazu, dass wichtige Funktionen wie VRR und ALLM von Fernsehern, die
2019 und später auf den Markt gebracht wurden, unterstützt wurden, anstatt
darauf warten zu müssen, dass diese Funktionen erst ab 2020 oder 2021 in
ausgewählten Bildschirmen verfügbar sind.

Das hat es also mit der Latenz auf sich. Auch wenn es schwierig sein mag, die verbesserte Latenzzeit allein durch eine dieser Verbesserungen zu erkennen, so bietet sie doch in der Summe für die Spieler ein wesentlich reaktionsfähigeres Erlebnis.


Wie immer findest Du alle Medieninhalte wie Bilder, Screenshots und Videos in der Xbox Media Asset Library. Mehr über den Controller der Xbox Series X findest du im Interview mit Ryan Whitaker. Alle Informationen zur Leistungsfähigkeit und den Specs der Xbox Series X haben wir für dich auch zusammengefasst. Mehr Infos findest du immer auf xbox.com.

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