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!
Was Xbox Series X verändert
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.
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.
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.
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.
Nicht jeder Fernseher ist gleich
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.