云游戏注定是因为物理学吗？

多年来，PC 的计算能力取决于对其的投资。它越贵，它的性能就越高，这样它就可以运行要求更高的硬件游戏。但随着游戏系统需求逐年增加，这样的硬件投资也在快速贬值。此外，硬件供不应求，情况并没有好转。但是当它变得更好时，它会花费很多。

但是有一个解决方案。您不必考虑您的 PC 在云游戏中的弱点或功能。您从服务中选择一个游戏并运行它。来自控制器的命令被发送到服务器，计算到游戏中，转换成视频和音频流，然后发回。

似乎工作太多、太长、太复杂？让我们来了解一下。

在分析这个话题时，我使用了“云游戏”和“ 如果你没有 ping，云游戏就没有意义”的文章作为灵感。

视频质量和延迟

在 PC 和控制台上玩游戏时，图像中的视频伪影以及从按下按钮到在屏幕上执行命令的输入延迟保持在最低限度。视频质量与硬件的处理能力和游戏引擎的能力直接相关。延迟主要取决于游戏的帧率、游戏引擎处理逻辑的方式以及显示器的信号处理时间。

很难确定所有游戏和硬件配置的总延迟值。但是，为了便于比较，我将做一些概括，以更好地理解本地游戏和云游戏之间的区别。

本地游戏输入滞后

影响延迟的主要因素之一是每秒渲染游戏的帧数。当 60 FPS 时，您可以看到每帧 16.7 毫秒。

所以，我在这里看到：

• 用户按下控制器上的按钮，然后将信号发送到控制台/PC。 10 ms 是一个粗略的数字，因为信号延迟取决于具体的控制器，无论是有线还是无线等。

• 首先计算游戏逻辑，然后根据接收到的数据传输到显示器。现代游戏的优化游戏引擎通常需要 3 帧。

• 显示器的平均输入延迟约为 30 毫秒。

  
  

因此，您的游戏设备，无论是 PC 还是控制台，都需要 90 毫秒来更新您的输入命令。那是 5 帧或几乎十分之一秒。

云游戏输入滞后

云游戏中的输入延迟是不同的，因为考虑了更多的进程。不再那么简单了：

• 与本地游戏一样，这一切都始于用户必须发送输入命令。
• 它由用户的游戏设备（PC、控制台或智能手机）接收，然后与所需游戏一起传输到云服务器。请注意，当您的控制器是游戏设备时（例如智能手机），此步骤将发生得更快。在这方面，相当有趣的是Stadia 的体验，它的控制器直接连接到路由器，绕过了中间环节——PC。
• 游戏引擎接收输入命令，然后计算并渲染游戏逻辑。
• 绘制的信号被发送到编码器，编码器将材料编码成合适的音频和视频编解码器，然后发送回用户。
• 生成的音频和视频编解码器被解码、渲染并发送到监视器。
• 显示器执行内部信号处理并在屏幕上显示图像。

如果将所有组件相加，则延迟约为 130 毫秒。

现在，让我们讨论一下“云游戏：架构和性能”研究的结果，该研究的作者认为，许多游戏的最大交互延迟应该不超过 200 毫秒，而对于需要快速响应的游戏 - 不超过 100 毫秒。

这项研究的一些结论：

• 射击游戏和格斗游戏的延迟应小于 100 毫秒，因为它们对响应能力的要求特别高。

• 角色扮演游戏，如魔兽世界，延迟应不超过 500 毫秒。它们不再对响应敏感，但仍需要对游戏世界事件和可靠动作（例如治疗角色或施法）做出一定的响应。

• RTS 更能容忍延迟，有时允许长达 1000 毫秒。对于这些玩家来说，立即执行所有动作不再重要。例如，玩家可以在不不断刷新游戏的情况下进行构建。

  
  

考虑到这一点，与本地计算机相比，延迟增加 1.5 倍看起来并不重要。但那为什么云游戏的第一印象通常是负面的呢？

它通常与用户的 Internet 连接有关。而且您的 100 Mbps 不一定是 100 Mbps。

接下来，让我们看看是什么阻止了云游戏玩家实现最佳输入延迟。

从服务器到用户

一般而言，默认 Internet 和 IP 路由并不能保证可靠的数据传输或服务质量。它们还有一些其他限制，使得始终保持低 ping 成为一项挑战。

有多种方式会导致延迟。与标准 Internet 数据包 (1,500) 相比，较小的游戏数据包（55 字节）导致 IP 路由器将其处理开销减少 27。较小的数据包大小也会丢弃更多数据包，因为缓冲区限制通常是根据数据包的数量设置的，而不是他们的大小。

其他延迟问题来自 IP 网络计算数据包路由的方式。 Internet 上的主要路由协议 (BGP) 可以创建跨网络的循环路径，其跳数比必要的多，并为传入和传出流量创建不同的路径。此外，在对等或将流量传输到其他网络时，BGP 不考虑接收网络的带宽、实时性能或网络性能。它可以为传入和传出流量选择不同的对等点。这可能会导致不同的性能结果和较低的 ping 速率，尤其是对于连接到不同提供商网络的游戏玩家而言。

对等互连需要了解从主机服务器到使用它的游戏玩家的端到端路径。因此，需要实时网络分析来提供最佳游戏体验。通过了解游戏流量模式以及流量如何通过 Internet 和其他网络流动，游戏公司可以优化其服务器、内容分发网络 (CDN)、Internet 和最终用户之间的端到端流量。

越来越多的云游戏公司正在构建其骨干网络，以连接托管游戏服务器的边缘和核心数据中心。这允许更精细的端到端控制，确保游戏应用程序的最佳性能。然后，互联网仅充当游戏玩家的“最后一英里”。

数据中心之间的这种互连结构通常由路由器和光纤干线组成。必须协调网络的 IP 层和光层，以确保这些连接是确定性的。中央软件控制器在现代软件定义网络 (SDN) 中扮演此角色。分析也内置在系统中。因此，与 BGP 不同的是，我们知道端到端路由的性能，包括对等点。控制器根据特定的性能策略和 SLA 配置路由器和光链路。

互联网连接速度

从服务器到我们家的路上的信号会发生什么，我们已经大致弄清楚了。现在让我们回到更平凡的事情——我们公寓里的互联网。

服务合同中注明的互联网速度是运营商为每个频道分配的最大可能速度。如果您是全屋唯一一个使用互联网的人，并且信号通路没有障碍，这将与您相关。这种情况似乎很乌托邦。您可以测量 Internet 的实际速度，例如，使用speedtest.net 。

但是，GFN 互联网连接的系统要求从 15 Mbit/s 到 720p 60 FPS 和 25 Mbit/s 到 1080p 60 FPS。至于 MY.GAMES Cloud - 10 Mbit/s 以 30 FPS 以 720p 运行游戏，以 120 FPS 以 25 Mbit/s 运行游戏。

在互联网速度始终满足我们需求的理想世界中，未压缩的高比特率信号将传输给用户，提供与在本地设备上播放的图像无法区分的超高质量图像。但由于世界各地的带宽限制，需要降低比特率，同时保持低延迟和高视频质量。您可能已经意识到，这不是一件容易的事。

将延迟保持在最低限度会限制视频流。在这种情况下，不能或不应该使用 B 帧，因为这样延迟会显着增加。流的其他部分不应该以任何方式复杂化，以便编码器和解码器可以实时编码和解码高帧率和分辨率。

有了这些限制，提高比特率就可以解决质量问题。然而，它增加了交付问题，因为世界上大多数家庭仍然无法使用廉价、稳定的高带宽互联网连接。它甚至与全高清和 7-8 Mbps 无关。大约是 30+ Mbps。这个数字只会随着更高的帧速率和分辨率而增加。

解决问题的另一种方法是使用更高效的编解码器。今天，H.264 是最常见的编解码器。最适合用于不依赖其专用设备进行信号解码的云游戏服务。这是因为大多数现代设备都配备了能够即时解码某些 H.264 配置文件的芯片。但是，假设用户的设备具有支持更高性能编解码器（例如 H.265 HEVC）解码的更新芯片。在这种情况下，使用相同的带宽可以显着提高质量。

从确切的带宽需求来看，我们可以猜测，如果家庭互联网并不总是适合通过云进行游戏，那么由于技术特性，手机根本不适合。但是，我们正在等待 5G 的普及，因为它有望提高云游戏的质量。

从路由器到PC的信号

互联网信号不可避免地会丢失，包括“最后一英里”——已经在您的公寓或房屋内。

消除一些损失的最佳连接是直接通过以太网电缆连接到您单独使用的 PC。但是，并非所有笔记本电脑型号都具有这样的连接器。一般来说，WiFi路由器长期以来一直是家庭和办公室的标准解决方案，它允许您从多个设备连接到同一个网络，同时不会被电线缠住。

但是，使用 WiFi 路由器时有一些细微差别：

• 正如我们之前所说，连接到网络的人越多，特定人的连接速度就越慢。

• 大多数互联网路由器的工作频率为 2.4 GHz，与计算机控制器和耳机等蓝牙设备的频率相同。即使是普通的微波也会影响这个频率。出路可能是连接到其他频率的 WiFi - 例如 5 GHz。但并非所有设备都支持它，因此您必须首先确保您的 PC 和路由器可以使用它。

• 当在公寓周围移动并与各种障碍物发生碰撞时，来自路由器的信号不可避免地会“减弱”：天花板、墙壁、门和家具。如果您的 PC 在路由器的“视线”内，信号会好得多。

  
  

通过以太网电缆连接比使用 WiFi 进行无线连接更好。

电脑问题

因此，高 ping 和高延迟是由于 PC 和游戏服务器之间的连接质量差。虽然有些问题只能在互联网服务提供商和云游戏服务方面解决，但用户仍然可以做一些事情来让游戏变得更容易。

例如，如果连接有很多不足之处，您可以重置路由器或重新连接连接到 Internet 的电缆。对于路由器，您还应该暂时断开其他设备与网络的连接：电话、电视、“智能”设备以及通过蓝牙连接的设备。最后，您应该禁用文件下载，关闭浏览器中不必要的选项卡，并且通常尽可能减少操作系统的负载，这可以减少网络带宽。请记住，所有这些都从云游戏中带走了一些速度。

通过提高游戏运行的帧速率可以部分消除减少输入延迟。当然，这也将增加流的编码和解码要求，并且随着需要更多数据而需要更高的带宽。

购买具有更快信号处理或“游戏模式”的显示器也将减少问题，节省几毫秒的输入延迟。但请记住，“游戏模式”会降低图像质量，因为信号处理的频率会降低。

结论

那么云游戏呢——延迟有那么糟糕吗？这完全取决于你问谁。但它的未来肯定看起来很有希望，这就是原因。

首先，大多数游戏玩家选择的游戏通常甚至不会注意到额外的输入延迟。至于要求更高的项目（竞争性或现代逼真的图形），云游戏仍有一段路要走。

但是，与输入延迟相关的请求份额明显下降。这意味着互联网的质量在不断提高，随着它的进一步增长和5G的发展，网络出现的问题会更少。

第二个因素是服务器地理位置。服务本身决定它。