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GP 18k

【心得】AMD和NVIDIA顯示卡的顏色差異測試

樓主 天羽 st40182
GP692 BP10
大家好,我是天羽

前些日子因為學校課業的關係
因緣際會下做了這份測試報告
前些日子總算是測試完成了
於是就把整個結果給予以分享出來


首先這篇文章會提到幾個點
  1. 為什麼會選用這個題目
  2. 我所使用的電腦零件規格
  3. 實驗的過程
  4. 技術層面(上篇)
  5. 技術層面(下篇)
  6. 總結
  7. 附錄

接下來就開始介紹我的整個的測試過程


一. 為什麼想做這個主題

有鑑於網路上的硬體討論區中,
時常可看見AMD和nVidia兩者的使用者在彼此爭論著何者的顯示卡能有著更好的顏色效果表現 (然而更多的情況下是在爭論著哪一家的顯示卡能有著更好的效能)

而也正因為如此網路上常見到各家的顯示卡畫面對比圖,如下圖:



當然更多的其實是惡搞圖如:


又或者是


然而實際上來說,
這些比對圖實在太過於粗糙
隨便一張圖在加個商標就說是誰家的產品實在是太過於草率
也因此我才會以此為主題做一個完整的測試


二. 所使用的電腦配備

1.   所使用電腦規格

CPU                         :I5-4460
MB                           :MSI  B85M-ECO
RAM                        : Micron 8G -1600 + Kingston 4G – 1333 *2
Power                      : Delta CAA-550AT A
LCD                         :BENQ  GW2270H
Video Card 1            : AMD PowerColor RX480Red Devil
Video Card 2            : nVidia GigaBite GTX1060 G1 Gaming


2.   所使用的顯示卡規格
顯示卡
撼訊RX480 Red Devil
技嘉 GTX1060 G1 Gaming
工作時脈 1330Mhz 1797Mhz
顯示記憶體規格 DDR5 DDR5
顯示記憶體時脈 8000Mhz 8008Mhz
電源輸入 8-pin 8-pin
訊號輸出 HDMI HDMI
驅動版本 17.5.1 382.33

至於這兩張卡的效能差異可參考原價屋的顯卡測試


這次所測試的點著重在DX11  1920*1080的環境下
從圖可知這兩張卡效能可以說是相當接近
所以不會說有什麼因為效能差異而造成的誤差等等的疑慮

接下來是顯卡照


以及上機照



GPU-Z裡確實的抓到了這兩張卡,
以驗明正身。



3.   所使用的螢幕規格

本次所使用的螢幕是BenQ的GW2270H,詳細的規格參數如下:
螢幕 GW2270H
尺寸 22"
解析度 1920 x1080
色域 72%
顯示顏色數 1670萬
亮度 250cd/m*m
輸入 HDMI




以及螢幕照


不過螢幕並非這次實驗的重點項目
主要只是為了呈現畫面為主



三.  測試過程

1.   測試方法

在本次的測試中,將會取遊戲、照片以及影片三種情況下的色差測試,測試的對象分別為:

◎遊戲方面:選用2015年的遊戲《巫師3:狂獵》作為測試對象。
※   
測試條件則為遊戲內時間12點左右,地點為主角家。
◎圖片方面:選用2012年的電影《哈比人:意外旅程》的電影海報作為測試對象。
※   
圖片播放程式為ACDsee,不使用任何額外的濾鏡。
◎影片方面:選用2016年的電影《星際大戰外傳:俠盜一號》作為測試對象。
※   
影片撥放器則為MPC-BE,不使用任何的額外濾鏡。
                        
測試的構想是假設說若是真的有差異的話,
那麼直接傳送到螢幕上的畫面在一開始的時候就應該會有差異,

換言之不管是使用任何的螢幕,
都會有著同樣的差距。

也因此我回歸最簡單的方法,
使用最原始的螢幕截圖來進行測試。
而測試的方法則是使用微軟Windows10中所內鍵的螢幕截圖print screen作為截圖的方法,
不依靠任何第三方的截圖程式。

而測試的過程中並不會去更改任何的預設顏色設定
AMD維持著最原始的0~255的輸出(AMD已經把這個功能關閉了故無法調整)
NVIDIA則是維持著16~235的輸出(NVIDIA設定圖)



2. 測試過程


首先是遊戲中的畫面對比圖,可由左上角的商標來辨別是哪張顯示卡所呈現的畫面:




視角有一點些微的差異,
但是我盡力了。
3D遊戲實在沒辦法把角度弄到一模一樣。

另外,
雖然說天空有很明顯的差異,
但我只想告訴你那其實只是有雲飄過去。

接著是圖片差異




圖片的測試方法也是和一樣,
先用ACDsee用全螢幕開啟之後
接者再用print screen截圖後比對


最後是影片測試




和遊戲一樣有著無法抓到同一個時間位置的缺點
但是已經相當接近了


最後將三種情況都做成gif檔








不管你覺得有沒有差,
我是覺得沒差。

然而若只是用肉眼來判斷實在太過武斷,
因此接下來我會做更進一步的討論。


四.技術層面(上)

由上個章節所測試的情況來看,
不同的顯示卡製造商所呈現的畫面的色差是肉眼無法辨識的差距;
或許說不定差距仍然是存在的,
但僅僅只是因為差距太小而無法被判別。

所以接下來的過程中,
將會從上一章節的AMD實驗結果中任取十個彼此顏色互不相同的點,
並對應到NVidia的結果中相對應的點。
並利用小畫家求得該點的RGB值並且轉換成色度座標xy,亮度Y值,以及ΔE值。
進一步的判斷出彼此之間的色差有多大。

在這邊先解釋一下一些名詞
RGB我想大家都不用說了
應該都知道

色度座標xy,亮度Y值可以參考維基百科中CIE xy色度圖的部分
至於ΔE則是這次實驗的重點
我在這邊直接給個大方向:

0≦ΔE ≦1.6     :可以視為同樣的顏色
1.6≦ΔE ≦3.2  :人眼無法辨識出差異,但是在專業的螢幕下可以分辨出來
3.2≦ΔE ≦6.5  :一般人無法辨識出差異,但如果是有受過訓練的人可以看出來差在哪
6.5≦ΔE ≦13   :已經可以看出來有差別,但色調還是一樣的(ex:亮一點的黃跟暗一點的黃)
13≦ΔE ≦25    :可以很明顯的看出來差在哪了
25≦ΔE           :兩個不同的顏色

回歸到剛剛所說的取點的部分,
所選的點將會以紅色的圈圈將所測試的點標記,
並提取圓心中的點的RGB值作為測量點。

但由於圖片中的實際光源未知,
故全部皆假設D65標準光源作為光源作為準則,
而中間換算的過程則使用Matlab作為計算工具。

首先是在遊戲中任取十個點:




取出他圓心中的RGB值
AMD Nvidia
R G B R G B
Point 1 105 1 34 105 0 33
Point 2 191 177 129 194 183 145
Point 3 41 38 12 45 44 16
Point 4 168 147 92 163 141 87
Point 5 114 128 48 117 134 51
Point 6 121 97 58 124 103 65
Point 7 28 41 45 29 39 41
Point 8 142 89 154 146 98 156
Point 9 176 162 137 173 158 129
Point 10 96 66 18 100 68 23


換算成D65光源下的色度座標xy,亮度Y值,以及ΔE值  

x y Y ΔE
Amd Nvidia Amd Nvidia Amd Nvidia
Point 1 0.5229 0.5294 0.2774 0.2690 9.973 9.6885 1.7227
Point 2 0.3610 0.3540 0.6566 0.6600 69.2199 71.6059 2.3756
Point 3 0.4042 0.3926 0.6557 0.6656 14.4159 16.5455 5.7683
Point 4 0.3761 0.3781 0.6459 0.6473 57.8406 55.5994 2.5325
Point 5 0.3774 0.3748 0.6906 0.6941 46.7638 48.7816 2.6353
Point 6 0.3880 0.3810 0.6297 0.6363 38.9359 41.0671 3.0868
Point 7 0.2974 0.3060 0.7385 0.7239 15.1078 14.5170 1.8325
Point 8 0.3364 0.3365 0.5874 0.5996 41.1611 44.0755 4.8184
Point 9 0.3521 0.3552 0.6557 0.6542 63.9888 62.3903 1.6902
Point 10 0.4433 0.4359 0.6008 0.5990 27.0245 28.0605 2.2124

前面有提到過,
由於3D遊戲要取得同一個視角是一件很困難的事,
即使是弄到很相近了,
遊戲內自己的光源也會有角度上的差別,
所我自己是認為說這個表格並不能說相當的準確,
但是整體來看還是有一定程度的參考性的。


接著是圖片的測試,一樣也是取10個點:





在這10個點中,各個對應的RGB值分別為:

AMD Nvidia
R G B R G B
Point 1 229 186 126 227 181 123
Point 2 138 116 124 136 114 117
Point 3 196 177 165 188 170 159
Point 4 112 109 100 109 109 99
Point 5 243 213 161 248 214 163
Point 6 208 152 113 215 154 127
Point 7 254 246 233 255 245 236
Point 8 65 12 4 67 13 4
Point 9 253 254 248 254 254 249
Point 10 83 33 20 82 32 19


接著轉換成D65光源後的xy色度座標,亮度Y值,以及ΔE值

x y Y ΔE
Amd Nvidia Amd Nvidia Amd Nvidia
Point 1 0.3790 0.3808 0.6323 0.6289 74.827 73.1733 1.7092
Point 2 0.3448 0.3480 0.6359 0.6389 47.5509 56.6250 1.2991
Point 3 0.3575 0.3471 0.6524 0.6526 70.6561 67.8559 2.7578
Point 4 0.3415 0.3397 0.6660 0.6709 42.7404 42.4620 0.9663
Point 5 0.3642 0.3653 0.6465 0.6436 84.5593 85.3122 0.9625
Point 6 0.3884 0.3795 0.6131 0.6096 63.1725 64.7134 2.5523
Point 7 0.3399 0.3395 0.6652 0.6638 96.7694 96.6573 0.5986
Point 8 0.5890 0.5865 0.4007 0.4062 8.8981 9.3453 1.7836
Point 9 0.3346 0.3320 0.6718 0.6712 99.3546 99.7494 1.0207
Point 10 0.4703 0.4739 0.5063 0.5033 16.7417 16.3496 1.0347

相對於遊戲的測試,
2D平面的部分少了抓取視角的不確定性,
可以更明顯的看出來其實差異不大。
至於Point3和Point6我想應該是我自己沒抓精確所造成的誤差,


最後是電影畫面測試





在這10個點中,各個對應的RGB值分別為:

AMD Nvidia
R G B R G B
Point 1 119 92 62 120 93 63
Point 2 179 147 107 179 147 105
Point 3 242 240 229 242 240 229
Point 4 231 227 197 231 227 198
Point 5 65 53 42 65 53 42
Point 6 52 41 32 52 41 32
Point 7 194 196 180 196 197 179
Point 8 39 33 25 40 34 26
Point 9 58 55 47 57 53 43
Point 10 109 87 59 111 88 60


接著轉換成D65光源後的xy色度座標,亮度Y值,以及ΔE值
x y Y ΔE
Amd Nvidia Amd Nvidia Amd Nvidia
Point 1 0.3846 0.3840 0.6232 0.6237 37.4801 37.8722 0.5795
Point 2 0.3733 0.3745 0.6345 0.6344 59.1824 59.1258 0.2196
Point 3 0.3372 0.3372 0.6695 0.6695 93.9729 93.9729 0
Point 4 0.3443 0.3439 0.6677 0.6677 88.5037 88.5320 0.0861
Point 5 0.3685 0.3685 0.6333 0.6333 21.4733 21.4733 0
Point 6 0.3730 0.3730 0.6271 0.6271 16.7407 16.7407 0
Point 7 0.3380 0.3392 0.6728 0.6719 79.2430 76.6619 0.3861
Point 8 0.3677 0.3666 0.6400 0.6409 13.2149 13.6071 1.1536
Point 9 0.3486 0.3539 0.6611 0.6574 21.5922 20.8347 1.6427
Point 10 0.3808 0.3812 0.6291 0.6279 35.1591 35.6346 0.7800


測試到了這邊心裡都有底了,
即使是用預設的模式下去跑其實差異也真的沒有那麼大。



五.       技術層面(下)

這邊我引用了一篇2012年的測試報告

A Real Test of nVidia vs AMD 2D Image Quality

Discussionin 'Video Cards' started by Sycraft, May 21, 2012.

接下來我會針對它的內容提出翻譯以及解釋。

首先先介紹原理的部分:
原作者指出同樣的三刺激值對人應該會有同樣的感受;
此外,當電腦將三刺激值傳送到顯示卡之後,
顯示卡也應該會傳送同樣的值到螢幕上。

也正因為如此,
不管換成了哪一張顯示卡,
同樣的顏色不應該會有不同的感受差異。

接著是測試的部分,
原作者使用了額外的色彩校正器i1Display Pro對螢幕進行測量,
以最直接的方式來測試螢幕上所呈現的顏色。


i1Display Pro的圖

再來是測試配備的部分,
原作者所使用的螢幕是NEC的MultiSync 2690WUXi (IPS面板);
而測試的顯示卡分別是nVidia GTX680以及AMD 5850M (筆電顯示卡),
以效能的觀點來看,
這兩張卡的效能差異極大,
但是原作者宣稱顯示卡的效能差距並不影響這次的實驗測試。
最後是對螢幕進行校正,
原作者這邊為了確保實驗的公正性,
額外使用了螢幕校正程式檢查螢幕顏色穩定輸出。



另外原作者為了確保因為兩家顯示卡因為最一開始的預設的差別而成的誤差,
特別將兩這個預設都調整成一樣。

換言之他所測試的是最原始的硬體狀況,
也就是說已經把預設調成一樣的時候,
如果還是有差別就代表說是最一開始的硬體輸出就有差別了。




題外話,AMD是不是把這個功能給關了阿?
我怎麼找都找不到這個設定在哪裡


最後是測試結果,
原作者測試方法則是以色彩校正器i1Display Pro的專用程式輸出色塊,
接著再將機器對準螢幕進行測量。
測量的過程中保持房間黑暗,
以避免外在的光源干擾而影響實驗結果。




很顯然的,
測試結果和預期的相近。
不管是AMD顯示卡或者是nVidia的顯示卡都是相當接近的值,
而原作者為了確保實驗的嚴謹性,
於是就再進一步的針對ΔE進行測試


文末還有一個字體測試,
但是測試的結果也是差異不大,
所以我就不附上了。


總而言之,
原作者也得到了同樣的結論,
認為這兩家的顯示卡並沒有所謂的顏色差別,
換言之這僅僅只是一個都市傳說。


六. 總結


1.    AMD和nVidia的顯示卡實際上是否真的有色差?
根據這次的測試來看,
我可以的說這兩家的顯示卡幾乎沒有任何的色差
不論是圖片、影片皆為如此,
而遊戲方面或許可以視為幾乎無差別。(畢竟抓不到同一個視角,說是一樣有些太過武斷)

2.    為什麼會有使用者宣稱用起來會有差異?
  1. 我認為最大的原因是因為心理作用,畢竟兩張卡屬於不同的顯示卡製造商,一聽到了是不同的顯示卡製作商所做的之後就先入為主的認為會有不同的體感,久而久之在以訛傳訛的情況之下謠言就不脛而走。

  2. 螢幕或許也有可能會是造成這個原因的因素之一。或許是使用者的螢幕太過低階,進而造成了畫面失真,所以導致了雖然為同一個三刺激值,然而卻有了不同的表現。最後才會因此而有了兩家顯示卡的顏色有所差異的言論。

  3. 輸入與輸出也可以是其中的原因之一,在早期的時候可能因為線材的關係,在傳輸與轉換的情況下造成了損耗,因此而導致畫面失真,也因此才會有兩家顯示卡會有不同的色差的關係。

3.    這兩個的測試過程有什麼差別?

我的測試過程著重在顯示卡的工作運算上,
在進行的過程中螢幕並沒有特別大的影響,
所有的測試過程都是藉由軟體來進行判定,
換言之不同的螢幕走同樣的實驗的話也會有和我一樣相同的結果;
而國外的測試中則是注重在螢幕上的體感表現,
倘若換了一個較差的螢幕的話或許就會測到了失真也不一定。

然而兩者之間並沒有誰優誰劣,
更進一步來說應該是兩者著重於不同的方向來測試以相輔相成,
反覆測試的結果反而更加確定了AMD和nVida這兩家的顯示卡幾乎沒有任何的色差,
一切都可以當作只是傳言。

4.   我的測試過程中還有什麼可以改善的點?
  1. 回歸到先前遊戲部分的測試,可以發現到因為在更換顯卡的過程中因為需要將電腦關閉才能更換顯示卡,再次重開之後就會發現到角色所見的場景有些落差。倘若說若是能將過去的一張主機板搭配一張顯示卡升級成一張主機板搭配兩張顯示卡的話,就可以避免掉這種情況的發生,以測得接近的畫面。

  2. 在取10個點的RGB值得時候並不是很精確,雖然說要求取在圓心之中但實際在手動取點的時候還是會有些許的誤差,而導致了實驗數據不夠精準。




七.       附錄

1.    Matlab程式碼

直接打出來太冗長了
所以我就丟到onedrive
本想丟到idone的啦......可是他好像不支援的樣子
我很難過

2.   參考資料

A Real Test ofnVidia vs AMD 2D Image Quality
Discussion in'Video Cards' started by Sycraft, May 21, 2012.
https://hardforum.com/threads/a-real-test-of-nvidia-vs-amd-2d-image-quality.1694755/

AMD  PowerColor Red Devil Radeon™ RX 480 8GB GDDR5Official website
http://powercolor.com/tw/products_features.asp?id=614#Specification

nVidia  GigaByte GeForce® GTX 1060 WINDFORCE OC 6GOfficial website
http://www.gigabyte.tw/Graphics-Card/GV-N1060WF2OC-6GD#kf

BenQ  GW2270 Official website
http://www.benq.com.tw/product/monitor/gw2270/specifications/



新增一下
底下有些回應我覺也滿值得一看的
也指出了我內文中所不足的點

為了怕被系統給吃掉所以我就自行蒐藏並且補在這邊了
滿推薦有心的話可以看一下xd

覺得滿能學到不少東西的!

#3 不一樣的測試觀點&引用PTT的其他觀點補充
#10 指出不同的
驅動和遊戲引擎針對不同的顯卡做出不同的渲染設置以及背後原理
#13 針對顏色的概念作出解釋以及指出測試中所不足的點


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