帧率

帧率 API 允许应用将预期的帧率告知 Android 平台，适用于以 Android 11（API 级别 30）或更高版本为目标平台的应用。传统上，大多数设备仅支持单一显示刷新率，通常为 60Hz，但这种情况正在改变。许多设备现在支持其他刷新率，例如 90Hz 或 120Hz。一些设备支持无缝刷新率切换，而另一些设备则会短暂显示黑屏，通常持续一秒钟。

该 API 的主要目的是使应用能够更好地利用所有支持的显示刷新率。例如，播放 24Hz 视频的应用调用 setFrameRate() 可能会导致设备将显示刷新率从 60Hz 更改为 120Hz。这个新的刷新率可以流畅、无抖动地播放 24Hz 视频，无需像在 60Hz 显示屏上播放同一视频那样进行 3:2 下拉。这会带来更好的用户体验。

基本用法

Android 公开了多种访问和控制 Surface 的方式，因此 setFrameRate() API 有多个版本。每个版本的 API 都采用相同的参数，并且工作方式相同

• Surface.setFrameRate()
• SurfaceControl.Transaction.setFrameRate()
• ANativeWindow_setFrameRate()
• ASurfaceTransaction_setFrameRate()

应用无需考虑实际支持的显示刷新率（可通过调用 Display.getSupportedModes() 获取）即可安全地调用 setFrameRate()。例如，即使设备仅支持 60Hz，也请调用 setFrameRate() 并传入应用首选的帧率。对于与应用帧率没有更好匹配的设备，将保持当前的显示刷新率。

要查看调用 setFrameRate() 是否会导致显示刷新率发生变化，请通过调用 DisplayManager.registerDisplayListener() 或 AChoreographer_registerRefreshRateCallback() 注册显示变化通知。

调用 setFrameRate() 时，最好传入精确的帧率，而不是四舍五入到整数。例如，在渲染以 29.97Hz 录制的视频时，传入 29.97 而不是四舍五入到 30。

对于视频应用，传递给 setFrameRate() 的 compatibility 参数应设置为 Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE，以便向 Android 平台提供额外提示，表明应用将使用下拉方式适应不匹配的显示刷新率（这会导致画面抖动）。

在某些情况下，视频 Surface 会停止提交帧，但会在屏幕上保持可见一段时间。常见情况包括播放到达视频结尾或用户暂停播放。在这些情况下，调用 setFrameRate() 并将帧率参数设置为 0，将 Surface 的帧率设置清除回默认值。销毁 Surface 时，或者当用户切换到其他应用导致 Surface 隐藏时，无需像这样清除帧率设置。仅在 Surface 保持可见但未使用时才清除帧率设置。

非无缝帧率切换

在某些设备上，刷新率切换可能会导致视觉中断，例如黑屏一两秒钟。这通常发生在机顶盒、电视面板和类似设备上。默认情况下，Android 框架在调用 Surface.setFrameRate() API 时不会切换模式，以避免此类视觉中断。

一些用户更喜欢在较长视频的开头和结尾出现视觉中断。这使得显示器的刷新率可以与视频帧率匹配，并避免帧率转换伪影，例如电影播放时的 3:2 下拉抖动。

因此，如果用户和应用都选择启用，则可以启用非无缝刷新率切换

• 用户：要选择启用，用户可以启用匹配内容帧率用户设置。
• 应用：要选择启用，应用可以将 CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS 传递给 setFrameRate()。

我们建议您始终对电影等长时间播放的视频使用 CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS。这是因为匹配视频帧率的好处大于更改刷新率时发生的中断。

其他建议

遵循这些建议处理常见场景。

多个 Surface

Android 平台旨在正确处理存在多个具有不同帧率设置的 Surface 的场景。当您的应用有多个具有不同帧率的 Surface 时，请为每个 Surface 调用 setFrameRate() 并传入正确的帧率。即使设备同时运行多个应用（使用分屏或画中画模式），每个应用也可以安全地为其自己的 Surface 调用 setFrameRate()。

平台不更改为应用的帧率

即使设备支持应用在调用 setFrameRate() 中指定的帧率，也存在设备不会将显示器切换到该刷新率的情况。例如，优先级更高的 Surface 可能具有不同的帧率设置，或者设备可能处于省电模式（对显示刷新率设置限制以节省电量）。即使设备在正常情况下会切换，当设备不将显示刷新率切换到应用的帧率设置时，应用仍必须正常工作。

当显示刷新率与应用帧率不匹配时，由应用决定如何响应。对于视频，帧率固定为源视频的帧率，需要进行下拉操作来显示视频内容。游戏可以选择尝试在显示刷新率下运行，而不是保持其首选帧率。应用不应根据平台的行为更改传递给 setFrameRate() 的值。它应该始终设置为应用的首选帧率，无论应用如何处理平台未调整以匹配应用请求的情况。这样，如果设备条件发生变化允许使用额外的显示刷新率，平台就拥有正确的信息来切换到应用的首选帧率。

在应用不会或不能在显示刷新率下运行的情况下，应用应使用平台设置呈现时间戳的机制之一，为每一帧指定呈现时间戳

• ASurfaceTransaction_setDesiredPresentTime()
• EGL_ANDROID_presentation_time
• VK_GOOGLE_display_timing

使用这些时间戳可阻止平台过早地呈现应用帧，这会导致不必要的抖动。正确使用帧呈现时间戳有点复杂。对于游戏，请参阅我们的帧步调指南，了解更多关于避免抖动的信息，并考虑使用 Android Frame Pacing library。

在某些情况下，平台可能会切换到应用在 setFrameRate() 中指定的帧率的倍数。例如，应用可能调用 setFrameRate() 并传入 60Hz，而设备可能会将显示器切换到 120Hz。发生这种情况的一个原因是另一个应用具有帧率为 24Hz 的 Surface。在这种情况下，以 120Hz 运行显示器将允许 60Hz 和 24Hz 的 Surface 都运行，无需进行下拉操作。

当显示器以应用帧率的倍数运行时，应用应为每一帧指定呈现时间戳，以避免不必要的抖动。对于游戏，Android Frame Pacing library 有助于正确设置帧呈现时间戳。

setFrameRate() 与 preferredDisplayModeId 的比较

WindowManager.LayoutParams.preferredDisplayModeId 是应用向平台指示其帧率的另一种方式。有些应用只想更改显示刷新率，而不是更改其他显示模式设置，例如显示分辨率。通常，使用 setFrameRate() 而不是 preferredDisplayModeId。setFrameRate() 函数更容易使用，因为应用无需搜索显示模式列表即可找到具有特定帧率的模式。

setFrameRate() 为平台提供了更多机会来选择兼容的帧率，特别是在有多个 Surface 以不同帧率运行的场景中。例如，考虑 Pixel 4 上两个应用在分屏模式下运行的场景，其中一个应用播放 24Hz 视频，另一个应用向用户显示可滚动的列表。Pixel 4 支持两种显示刷新率：60Hz 和 90Hz。使用 preferredDisplayModeId API，视频 Surface 被迫选择 60Hz 或 90Hz。通过调用 setFrameRate() 并传入 24Hz，视频 Surface 向平台提供了关于源视频帧率的更多信息，使平台能够为显示刷新率选择 90Hz，这在这种场景下优于 60Hz。

然而，在某些场景下应使用 preferredDisplayModeId 而非 setFrameRate()，例如以下情况

• 如果应用想要更改分辨率或其他显示模式设置，请使用 preferredDisplayModeId。
• 平台只会在响应调用 setFrameRate() 时切换显示模式，前提是模式切换是轻量级的，并且不太可能被用户注意到。如果应用更倾向于切换显示刷新率，即使需要进行重量级的模式切换（例如，在 Android TV 设备上），也请使用 preferredDisplayModeId。
• 无法处理显示器以应用帧率的倍数运行（这需要为每一帧设置呈现时间戳）的应用，应使用 preferredDisplayModeId。

setFrameRate() 与 preferredRefreshRate 的比较

WindowManager.LayoutParams#preferredRefreshRate 在应用窗口上设置首选帧率，该帧率适用于窗口内的所有 Surface。应用应指定其首选帧率，无论设备支持的刷新率如何，这与 setFrameRate() 类似，以便为调度程序提供关于应用预期帧率的更好提示。

对于使用 setFrameRate() 的 Surface，preferredRefreshRate 将被忽略。通常情况下，如果可能，请使用 setFrameRate()。

preferredRefreshRate 与 preferredDisplayModeId 的比较

如果应用只想更改首选刷新率，建议使用 preferredRefreshRate，而不是 preferredDisplayModeId。

避免过于频繁地调用 setFrameRate()

尽管调用 setFrameRate() 在性能方面开销不大，但应用应避免每帧或每秒多次调用 setFrameRate()。调用 setFrameRate() 很可能会导致显示刷新率发生变化，这可能导致过渡期间丢帧。您应该提前确定正确的帧率，然后调用 setFrameRate() 一次。

游戏或其他非视频应用的使用方法

尽管视频是 setFrameRate() API 的主要用例，但它也可以用于其他应用。例如，打算运行不超过 60Hz 的游戏（以降低功耗并实现更长的游戏会话）可以调用 Surface.setFrameRate(60, Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT)。这样，默认运行在 90Hz 的设备在游戏活跃时将转而运行在 60Hz，从而避免游戏运行在 60Hz 而显示器运行在 90Hz 时本会发生的画面抖动。

FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE 的使用

FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE 仅适用于视频应用。对于非视频用例，请使用 FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT。

选择更改帧率的策略

• 我们强烈建议应用在显示电影等长时间播放的视频时，调用 setFrameRate(fps, FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE, CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS)，其中 fps 是视频的帧率。
• 我们强烈建议不要在预期视频播放持续几分钟或更短时，使用 CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS 调用 setFrameRate()。

视频播放应用的集成示例

我们建议视频播放应用按以下步骤集成刷新率切换功能

1. 决定 changeFrameRateStrategy
   1. 如果播放电影等长时间运行的视频，请使用 MATCH_CONTENT_FRAMERATE_ALWAYS
   2. 如果播放简短视频（例如电影预告片），请使用 CHANGE_FRAME_RATE_ONLY_IF_SEAMLESS
2. 如果 changeFrameRateStrategy 为 CHANGE_FRAME_RATE_ONLY_IF_SEAMLESS，请转到步骤 4。
3. 通过检查以下两个事实是否都为真，检测是否即将发生非无缝刷新率切换
   1. 无法从当前刷新率（我们称之为 C）无缝切换到视频的帧率（我们称之为 V）。当 C 和 V 不同且 Display.getMode().getAlternativeRefreshRates 不包含 V 的倍数时，就会发生这种情况。
   2. 用户已选择启用非无缝刷新率更改。您可以通过检查 DisplayManager.getMatchContentFrameRateUserPreference 是否返回 MATCH_CONTENT_FRAMERATE_ALWAYS 来检测这一点。
4. 如果切换将是无缝的，请执行以下操作
   1. 调用 setFrameRate，并向其传递 fps、FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE 和 changeFrameRateStrategy，其中 fps 是视频的帧率。
   2. 开始视频播放
5. 如果即将发生非无缝模式更改，请执行以下操作
   1. 显示界面通知用户。请注意，我们建议您实现一种方式，让用户可以关闭此界面并跳过步骤 5.d 中的额外延迟。这是因为对于切换时间更快的显示器，我们建议的延迟时间大于必要时间。
   2. 调用 setFrameRate，并向其传递 fps、FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE 和 CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS，其中 fps 是视频的帧率。
   3. 等待 onDisplayChanged 回调。
   4. 等待 2 秒，直到模式切换完成。
   5. 开始视频播放

仅支持无缝切换的伪代码如下

SurfaceControl.Transaction transaction = new SurfaceControl.Transaction();
transaction.setFrameRate(surfaceControl,
    contentFrameRate,
    FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE,
    CHANGE_FRAME_RATE_ONLY_IF_SEAMLESS);
transaction.apply();
beginPlayback();

如上所述，支持无缝和非无缝切换的伪代码如下

SurfaceControl.Transaction transaction = new SurfaceControl.Transaction();
if (isSeamlessSwitch(contentFrameRate)) {
  transaction.setFrameRate(surfaceControl,
      contentFrameRate,
      FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE,
      CHANGE_FRAME_RATE_ONLY_IF_SEAMLESS);
  transaction.apply();
  beginPlayback();
} else if (displayManager.getMatchContentFrameRateUserPreference()
      == MATCH_CONTENT_FRAMERATE_ALWAYS) {
  showRefreshRateSwitchUI();
  sleep(shortDelaySoUserSeesUi);
  displayManager.registerDisplayListener(…);
  transaction.setFrameRate(surfaceControl,
      contentFrameRate,
      FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE,
      CHANGE_FRAME_RATE_ALWAYS);
  transaction.apply();
  waitForOnDisplayChanged();
  sleep(twoSeconds);
  hideRefreshRateSwitchUI();
  beginPlayback();
}