Xbox 120Hz Present1同步怪事? 深入分析与解决

2025-04-23 22:27:29

掰扯明白 Xbox 上 120Hz 刷新率的 Present1 同步怪事

哥们儿，你在 Xbox 上用 IDXGISwapChain1::Present1 控制视频帧，遇到点怪事是吧？特别是在 120Hz 刷新率下，本来期望的流畅感没来，反而出了些幺蛾子。咱们来捋捋这事儿。

你的代码大概是这样调用的：

RECT rect = {static_cast<LONG>(x), static_cast<LONG>(m_height - y - height),
             static_cast<LONG>(x + width), static_cast<LONG>(m_height - y)};
DXGI_PRESENT_PARAMETERS params = {1, &rect, nullptr, nullptr};
HRESULT result = m_swap_chain->Present1(swap_interval, 0, &params); // swap_interval 就是 SyncInterval

问题是这样的：

60Hz 显示器, 30fps 视频, SyncInterval = 1 : 一切正常。每帧间隔 16/17ms，Present1 调用耗时 14/15ms。符合预期，画面看起来稳定。
120Hz 显示器, 60fps 视频, SyncInterval = 1 : 问题来了。Present1 耗时还是 14/15ms，跟 60Hz 下差不多！这导致实际帧间隔也是 16ms 左右，根本没利用上 120Hz 的优势，帧率上不去。
120Hz 显示器, 60fps 视频, SyncInterval = 0 : 耗时变得很奇怪，一会儿 12/13ms，一会儿 1ms，反复横跳。平均下来确实接近 8.3ms（1000ms / 120Hz ≈ 8.3ms per VSync，对应 60fps 的两倍 VSync 速率），但这跳跃式的耗时不是啥好事。
60Hz 显示器, 30fps 视频, SyncInterval = 0 : 同样的跳跃耗时（12/13ms, 1ms, ...），导致每帧画面被显示了大概 4 次（60Hz / 30fps = 2 VSyncs per frame，但这种跳跃模式可能导致奇怪的重复显示）。

这到底是怎么回事？

问题在哪儿？

这表现确实反直觉。按理说，120Hz 刷新率意味着 VSync（垂直同步）间隔是 8.33ms。

SyncInterval = 1 的谜团 :
- SyncInterval = 1 的意思是“等到下一个垂直空白期（VSync）再显示”。在 120Hz 下，这应该意味着 Present1 在最多 8.33ms 后返回（如果提交时刚好错过 VSync，就等下一个）。
- 它实际耗时 14/15ms，非常接近 60Hz 的 VSync 间隔（16.67ms）。这暗示 Present1 可能出于某种原因，仍然在按照类似 60Hz 的节奏同步，或者说它等待了两个 120Hz 的 VSync 周期。
- 为啥会这样？
  - 驱动或系统层面的行为 : Xbox 的图形驱动或者操作系统底层可能有特殊的调度或电源管理策略，在某些条件下不完全按照纯粹的 120Hz VSync 进行精确同步，特别是对于非游戏的全屏视频场景，可能会有不同的优化。
  - Present1 的内部机制 : Present1 的实现细节咱们不清楚，可能它内部的等待逻辑在特定条件下（比如和 DXGI_PRESENT_PARAMETERS 的组合）没能精确匹配 120Hz。
  - 资源争用或瓶颈 : 虽然不太像，但万一 CPU 或 GPU 在准备下一帧时存在隐藏瓶颈，导致虽然 Present1 意图在 8.3ms 内完成，但实际被其他工作阻塞了。不过，SyncInterval = 0 的快速返回似乎排除了这个可能。
SyncInterval = 0 的跳跃 :
- SyncInterval = 0 意思是“别等 VSync，尽快显示”。这通常会造成画面撕裂（Tearing），因为画面可能在屏幕刷新到一半时就被替换了。
- 12/13ms 和 1ms 交替出现，这很典范！通常发生在：
  1. 你调用 Present1，系统尝试立即显示。假设这需要一些时间（比如 12ms），可能涉及一些 GPU 操作和 OS 调度。
  2. 你马上又准备好下一帧，再次调用 Present1。由于前一帧的显示还没完全利索（可能 GPU 还在忙，或者显示管道里还有东西），这次 Present1 调用可能很快返回（1ms），因为它只是把新帧塞进队列，或者系统判断当前不允许立即显示，就直接返回了。
  3. 下一次调用又重复步骤 1 的耗时。
- 这种模式造成帧率波动极大，虽然平均耗时看起来“对”，但实际的画面显示节奏是混乱的，观感可能比稳定但较低的帧率更差。这就是为什么在 60Hz/30fps 下看到奇怪的重复显示——帧送达的时机完全乱了套。
DXGI_PRESENT_PARAMETERS 的影响 :
- 你用了 DirtyRectsCount = 1 和 pDirtyRects，这意味着你只更新屏幕的一部分（脏矩形）。这本身是个优化手段。但在某些驱动或硬件上，处理部分更新可能会引入额外的同步开销或奇怪的行为，特别是在高刷新率下。它和 VSync 的交互可能没那么简单直接。

咋解决？试试这几招

得对症下药，或者说，多试试几种方法，看哪个管用。

方案一：重新审视 `SyncInterval`

SyncInterval 控制的是当前帧要等待多少个 VSync 周期再显示。

理论值 :
- 要在 120Hz 显示器上达到 60fps，理论上应该让每一帧显示两个 VSync 周期。所以，SyncInterval = 2 似乎是逻辑上的正确选择 (1000ms / 120Hz * 2 = 16.67ms)。
- 要在 120Hz 显示器上达到 120fps（如果你的视频源或渲染能跟上），SyncInterval = 1 (8.33ms) 才是目标。
动手试试 :
- 明确目标帧率 : 你是想让 60fps 的视频在 120Hz 屏幕上播放，并且每帧显示两次 (模拟 60Hz 的效果) 还是尽可能利用刷新率 (虽然视频源只有 60fps)?
- 尝试 SyncInterval = 2 :
```
HRESULT result = m_swap_chain->Present1(2, 0, &params); // SyncInterval = 2
```
  看看此时 Present1 的耗时是否稳定在 16ms 左右，并且帧输出是平滑的 60fps。这可能是最符合你期望“60fps video on 120Hz display”的行为。
- 验证 SyncInterval = 1 : 再次确认 SyncInterval = 1 在 120Hz 下的行为。如果它总是耗时 15ms 左右，那可能就是 Xbox 平台或驱动对于此参数在这种模式下的特定实现。接受它，或者尝试下面的其他方案。
原理 : 通过调整 SyncInterval，直接告诉系统你期望的同步节奏。如果 SyncInterval = 2 能稳定在 16ms 左右，说明系统能理解并执行“等待两个 VSync 周期”的指令，这比 SyncInterval = 1 的怪异行为要好预测。

方案二：拥抱可变刷新率 (VRR / FreeSync)

如果你的 Xbox 和连接的显示器都支持 VRR（Variable Refresh Rate，AMD FreeSync 或 HDMI 2.1 VRR），这通常是最佳方案。VRR 允许显示器的刷新率动态匹配应用程序的帧输出速率，消除撕裂，同时减少卡顿和延迟。

检查支持 :

Xbox 设置 : 确保在 Xbox 的显示设置里启用了 VRR。

代码检查 (可选但推荐) : 可以通过 IDXGIFactory5 (或更高版本) 的 CheckFeatureSupport 方法检查系统是否支持 DXGI_FEATURE_PRESENT_ALLOW_TEARING。

// 需要获取 IDXGIFactory5 接口
IDXGIFactory5* pFactory5 = nullptr;
// ... (获取 Factory 的代码，可能需要 QueryInterface) ...

BOOL allowTearing = FALSE;
if (SUCCEEDED(pFactory5->CheckFeatureSupport(DXGI_FEATURE_PRESENT_ALLOW_TEARING, &allowTearing, sizeof(allowTearing)))) {
    // 如果 allowTearing 是 TRUE，并且 SwapChain 是用 DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_TEARING 创建的...
}
// ... 释放 pFactory5 ...

创建 Swap Chain : 创建 IDXGISwapChain1 时，必须包含 DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_TEARING 标志。如果你用的是 UWP 模板或者现有代码，可能需要修改 Swap Chain 的创建逻辑。

如何使用 :

如果支持并且开启了 Tearing，你应该使用 SyncInterval = 0，并在 Present1 调用时传递 DXGI_PRESENT_ALLOW_TEARING 标志。

// 确保 Swap Chain 创建时有 DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_TEARING 标志
// ...

UINT presentFlags = 0;
// if (allowTearing && m_isWindowed == FALSE /* 通常 Tearing 只在全屏下需要或有效 */) {
// 实际上，现代系统和 DXGI Flip Model 下，窗口模式也可能支持 Tearing
// 最佳实践是检查 CheckFeatureSupport 并基于它来决定
if (allowTearingIsTrueBasedOnCheck) { // 假设你检查过了
     presentFlags = DXGI_PRESENT_ALLOW_TEARING;
}

// 注意：这里的 SyncInterval 必须是 0
HRESULT result = m_swap_chain->Present1(0, presentFlags, &params);

原理 : 当使用 DXGI_PRESENT_ALLOW_TEARING 和 SyncInterval = 0 时，你告诉系统：“如果可以，请立即显示，即使会撕裂；但如果 VRR 开启，就按照我提交帧的节奏来调整显示器刷新率。” 这样 Present1 通常会很快返回，因为它不阻塞等待 VSync。实际的显示同步交给 VRR 硬件处理。这应该能解决 SyncInterval = 0 时那种 13ms/1ms 的跳动问题，让帧平滑显示。
安全建议 : 务必检查 CheckFeatureSupport。在不支持 Tearing 的系统上使用 DXGI_PRESENT_ALLOW_TEARING 标志会导致 Present1 调用失败（返回 DXGI_ERROR_INVALID_CALL）。

方案三：检查你的 Swap Chain 配置

你的问题可能也和 Swap Chain 的创建方式有关。现代 DirectX 应用推荐使用 Flip Model Swap Effects (DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_SEQUENTIAL 或 DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD)。

确认 Swap Effect : 检查创建 IDXGISwapChain1 (或 IDXGISwapChain3 等) 时使用的 DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 结构中的 SwapEffect 成员。
- 如果是 DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_SEQUENTIAL 或 DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD，这是推荐的方式。它们通常性能更好，并且是使用 DXGI_PRESENT_ALLOW_TEARING 的前提。
- 如果是旧的 DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD 或 DXGI_SWAP_EFFECT_SEQUENTIAL (BitBlt 模型)，性能可能较差，并且在高刷新率下的行为可能不如 Flip Model 可靠。考虑迁移到 Flip Model。
缓冲区数量 (Buffer Count) : Swap Chain 的缓冲区数量（BufferCount）通常推荐设置为 2 或 3。太少可能导致性能瓶颈，太多则增加延迟。对于视频播放，2 或 3 通常足够。

代码示例 (创建 Flip Model SwapChain 的关键部分) :

DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 swapChainDesc = {};
swapChainDesc.Width = static_cast<UINT>(m_width); // 你的渲染目标宽度
swapChainDesc.Height = static_cast<UINT>(m_height); // 高度
swapChainDesc.Format = DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM; // 或其他你用的格式
swapChainDesc.Stereo = false;
swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1; // No multisampling
swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
swapChainDesc.BufferCount = 2; // 试试 2 或 3
swapChainDesc.Scaling = DXGI_SCALING_STRETCH; // Or None, AspectRatioStretch
swapChainDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_FLIP_DISCARD; // 或者 FLIP_SEQUENTIAL
swapChainDesc.AlphaMode = DXGI_ALPHA_MODE_IGNORE;
swapChainDesc.Flags = DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_TEARING; // 如果你要用方案二的话，加上这个

// ... 使用 DXGIFactory 创建 SwapChain ...
// ComPtr<IDXGISwapChain1> swapChain;
// hr = dxgiFactory->CreateSwapChainForCoreWindow(
//     commandQueue.Get(), // D3D12 Command Queue
//     reinterpret_cast<IUnknown*>(window), // CoreWindow
//     &swapChainDesc,
//     nullptr, // fullscreen desc
//     &swapChain
// );

原理 : Flip Model 直接将应用渲染的后台缓冲区“翻转”到前台显示，减少了内存拷贝，效率更高，延迟更低。它与现代显示驱动和 VSync/VRR 机制配合得更好。

方案四：试试全帧提交

你目前使用了脏矩形 (pDirtyRects)。虽然是优化，但有时也可能带来麻烦。

做个试验 : 临时修改 Present1 调用，进行全帧提交，看看问题是否消失。

DXGI_PRESENT_PARAMETERS params = {}; // 清零所有成员
// 或者显式设置: params.DirtyRectsCount = 0; params.pDirtyRects = nullptr;
// params.ScrollRectOffset = nullptr; params.pScrollRect = nullptr;

HRESULT result = m_swap_chain->Present1(swap_interval, 0, &params); // 使用修改后的 params

原理 : 全帧提交避免了驱动处理部分更新可能引入的复杂逻辑和潜在 bug。如果这样能解决 120Hz/SyncInterval=1 的同步问题，那说明问题可能出在脏矩形和高刷新率同步的交互上。之后你可以再决定是放弃脏矩形优化，还是去查找更具体的驱动/平台问题。

方案五：利用 Xbox 开发工具 Profiling

如果你有权限使用 Xbox 开发套件（XDK）或 GDK 中的性能分析工具，比如 PIX：

捕捉数据 : 在出现问题的场景下，使用 PIX 捕捉一小段时间的 GPU/CPU 活动。
分析 Present 事件 : 重点关注 Present1 调用相关的 CPU 等待时间和 GPU 工作负载。查看 GPU 时间线，确认帧提交和实际显示（VSync）之间的关系。
寻找瓶颈 : PIX 可以显示详细的系统事件和资源状态，可能会揭示出隐藏的等待、驱动内部的耗时或者资源冲突。
原理 : “眼见为实”。工具能提供比代码计时更深层次的信息，直接看到底层发生了什么，是定位疑难杂症的终极武器。

进阶使用技巧和思考

延迟考量 :
- SyncInterval = 0 (无 VRR 时) 虽然平均延迟可能低，但不稳定。
- SyncInterval = 1 在 120Hz 下目标是 8.3ms 延迟（从 Present 调用到显示），你遇到的 15ms 表明延迟增加了。
- SyncInterval = 2 在 120Hz 下目标是 16.6ms 延迟。
- VRR + SyncInterval = 0 + Tearing Flag: 延迟通常是最低且最稳定的，因为它尽可能快地将帧交给显示器。
  选择哪个取决于你对延迟和平滑度的权衡。对于视频播放，平滑度通常比极致低延迟更重要，所以 SyncInterval = 2 或 VRR 是不错的选择。
CPU 与 GPU 同步 : 确保你的渲染/解码线程和调用 Present1 的线程之间没有不必要的同步开销。比如，不要让 CPU 过早地等待 GPU 完成渲染（可以使用 Fences 来精确同步），也不要让 GPU 因等待 CPU 提交数据而空闲。
Xbox 特定优化 : 查阅 Xbox 开发文档（NDA 内容，如果你有权限），看看是否有关于高刷新率显示、视频播放或 Present1 使用的最佳实践或已知限制。平台上可能有特定的 API 或设置能更好地控制同步行为。
电源模式 : 检查 Xbox 的电源设置。某些节能模式可能会限制性能或显示刷新率，间接影响 Present1 的行为。

没有银弹，你可能需要组合尝试上面的方法。先从简单的（修改 SyncInterval，尝试全帧提交）开始，再到复杂的（VRR 配置，Swap Chain 修改，Profiling）。祝你好运，搞定这个 120Hz 的小妖精！

Xbox 120Hz Present1同步怪事? 深入分析与解决

问题在哪儿？

咋解决？试试这几招

方案一：重新审视 `SyncInterval`

方案二：拥抱可变刷新率 (VRR / FreeSync)

方案三：检查你的 Swap Chain 配置

方案四：试试全帧提交

方案五：利用 Xbox 开发工具 Profiling

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