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ディスプレイラグは、スマートフォンやコンピューターなどのほとんどのタイプの液晶ディスプレイ（LCD）や、ほぼすべてのタイプの高解像度テレビ（HDTV）に関連する現象です。これは、信号がディスプレイに送信されてからディスプレイがその信号を表示し始めるまでの遅延、つまりラグを指します。このラグ時間は最大で68 ms [ 1 ] 、つまり60 Hzディスプレイで3～4フレームに相当します。ディスプレイラグは、ピクセルが1つの輝度値から別の輝度値に変化するのにかかる時間であるピクセル応答時間と混同しないでください。現在、ほとんどのメーカーはピクセル応答時間を公表していますが、ディスプレイラグについては報告していません。
旧式のアナログ陰極線管（CRT）技術では、表示前に画像データを保存する機能がないため、表示遅延はほぼゼロです。画像信号は内部で最小限の処理しか行われず、無線周波数（RF）搬送波（テレビの場合）からの復調と、赤、緑、青の電子銃用信号、垂直同期と水平同期のタイミング調整用の信号への分割のみとなります。画像調整は通常、信号波形の整形を伴いますが、保存は行われないため、画像は受信と同時に画面に書き込まれ、入力から画面までデバイス内部の配線を通過する信号にかかる遅延はわずかナノ秒です。
現代のデジタル信号では、表示用に入力信号を準備するために、相当なコンピュータ処理能力とメモリ容量が必要となります。地上波放送でもケーブルテレビでも、同じアナログ復調技術が使用されますが、その後、信号はデジタルデータに変換され、MPEGコーデックを使用して解凍され、フレームバッファに格納された画像ビットマップとしてレンダリングされます。
プログレッシブスキャン表示モードの場合、信号処理はここで停止し、フレームバッファの内容が直ちに表示デバイスに書き込まれます。最も単純な形式では、この処理には数マイクロ秒かかる場合があります。
インターレース方式のビデオでは、画像をデインターレース処理して、実際よりも鮮明または詳細に見せるための追加処理が頻繁に行われます。これは、複数のインターレースフレームを保存し、アルゴリズムを適用して動きのある領域と静止している領域を判断し、インターレースフレームをマージして平滑化するか、ピクセルが動いている領域を外挿することによって行われます。計算されたフレームバッファは、ディスプレイデバイスに書き込まれます。
デインターレース処理では、参照用に格納されるフレーム数に、結果として得られる外挿フレームバッファを計算するための追加の可変期間を加えた時間よりも短い遅延は発生しません。16～32msの遅延が一般的です。[ 2 ]
ディスプレイのピクセル応答時間は通常モニターの仕様に記載されていますが、ディスプレイの遅延時間を公表しているメーカーはありません。これはおそらく、メーカーがディスプレイレベルで入力を処理する方法を増やし、表示前に遅延時間を長くする傾向にあるためでしょう。考えられる原因としては、 HDCP、デジタル著作権管理（DRM）、ゴースト現象を軽減するために用いられるDSP技術の処理オーバーヘッドなどが挙げられ、原因はディスプレイのモデルによって異なる場合があります。いくつかの技術系ウェブサイトが調査を行っており、その一部はこの記事の末尾に記載されています。
LCD、プラズマ、DLPディスプレイは、CRTとは異なり、ネイティブ解像度を持っています。つまり、画面上に固定されたピクセルグリッドがあり、ネイティブ解像度で動作させたときに画像が最も鮮明に表示されます（そのため、画像がぼやけるようなフルサイズへの拡大縮小は不要です）。ネイティブ解像度以外の解像度を表示するには、これらのディスプレイはビデオスケーラーを使用する必要があります。ビデオスケーラーは、最新のモニターのほとんどに内蔵されています。たとえば、ネイティブ解像度が1600x1200のディスプレイに640x480の信号が供給される場合、コンピューターから提供された画像をネイティブピクセルに表示するには、幅と高さを2.5倍に拡大する必要があります。この処理を、アーティファクトを最小限に抑えながら行うには、高度な信号処理が必要となり、これが遅延の原因となる可能性があります。480iや1080iなどのインターレースビデオ信号では、デインターレース処理が必要となり、遅延が発生します。経験的に、ディスプレイが特定のLCD画面のネイティブ解像度でプログレッシブスキャンモードで動作する場合、ディスプレイの遅延は大幅に少なくなります。外部デバイスは、LCD画面に搭載されているものよりも高速な画像空間リサイズアルゴリズムを提供することで、全体的な遅延を低減できることも示されています。 実際には、これは内部遅延と外部遅延を累積させることになります。
多くの液晶ディスプレイは、「オーバードライブ」と呼ばれる技術も使用しており、数フレーム先までバッファリングして画像を処理することで、残像によるぼやけや筋を軽減します。その結果、映像ソースから送信されてから数フレーム遅れて画面にすべてが表示されます。[ 3 ]
表示遅延は、ビデオ信号入力遅延テスターなどのテスト装置を使用して測定できます。ただし、その名称とは異なり、この装置は入力遅延を単独で測定することはできません。入力遅延と応答時間を同時に測定することしかできません。
測定装置がない場合、測定は、テストディスプレイ（測定対象のディスプレイ）、理想的には表示遅延が無視できるコントロールディスプレイ（通常はCRT ）、2つのディスプレイにミラーリング出力できるコンピュータ、ストップウォッチソフトウェア、およびストップウォッチプログラムを実行している2つのディスプレイに向けられた高速カメラを使用して実行できます。遅延時間は、ストップウォッチソフトウェアを実行しているディスプレイの写真を撮影し、写真内の2つのディスプレイの時間を差し引くことによって測定されます。この方法は、2つのディスプレイ間の表示遅延の差のみを測定し、単一のディスプレイの絶対的な表示遅延を決定することはできません。CRTは表示遅延が通常無視できるため、コントロールディスプレイとして使用するのが望ましいです。ただし、ビデオミラーリングでは、同じ画像が各ディスプレイに同時に送信されることが保証されません。
これまで、このテストの結果は、ディスプレイを異なるポートや異なるカードに接続しても容易に再現できるため、正確であると一般的に考えられていました。これは、この現象がコンピューターシステムではなくディスプレイに起因することを示唆していました。しかし、ドイツのウェブサイトPrad.deで公開された詳細な分析により、これらの想定が誤りであることが明らかになりました。上記のように測定値を平均化すると、同じ量の系統誤差が含まれるため、比較可能な結果が得られます。異なるモニターのレビューを見ると、同じモニターモデルであっても、このようにして決定されたディスプレイ遅延の値は、最大で16 msまたはそれ以上の差があります。
非同期表示出力の影響を最小限に抑えるには（画像が各モニターに転送されるタイミングが異なる、または各モニターの実際の使用周波数が異なる）、SMTT [ 4 ]と呼ばれる高度に専門化されたソフトウェアアプリケーション、または非常に複雑で高価なテスト環境を使用する必要があります。
ディスプレイの遅延を測定するいくつかの方法が、わずかに変更された方法で再開されましたが、前述の SMTT によって既に解決された古い問題が依然として再導入されています。そのような方法の 1 つは、ラップトップをコンポジット接続で HDTV に接続し、ラップトップの画面と HDTV に同時に表示されるタイムコードを実行し、別のビデオ レコーダーで両方の画面を録画するというものです。両方の画面のビデオを一時停止すると、両方のディスプレイに表示される時間の差がディスプレイの遅延の推定値として解釈されます。[ 5 ]ただし、これは、コンポジット ビデオ信号とラップトップの画面の表示との間の同期の欠如、その画面の表示遅延、または 2 つのモニターの垂直画面のリフレッシュがまだ非同期で互いにリンクされていない詳細を気にしないため、「クローン ビュー」モニター設定を使用して 2 つのモニターで簡易ストップウォッチを使用することとほぼ同じです。グラフィック カードのドライバーで V-sync が有効になっていても、アナログ出力とデジタル出力のビデオ信号は同期されません。[ 6 ]したがって、タイムコードや単純なストップウォッチアプリケーションによって作成されたとしても、表示遅延の測定に単一のストップウォッチを使用することは不可能であり、常に最大16 msまたはそれ以上の誤差が生じる。
表示遅延は、ユーザーの入力（マウス、キーボードなど）からグラフィックカード、そしてモニターへと続くインターフェースチェーン全体の遅延に影響を与えます。モニターの種類によっては、10～68ミリ秒の表示遅延が測定されています。ただし、この遅延がユーザーに与える影響は、ユーザー個人の感受性によって異なります。
表示遅延はゲーム（特に古いゲーム機）で最も顕著に現れ、ゲームによって遅延の感じ方が異なります。例えば、World of WarcraftのPvEでは、 PvPやCounter-Strikeのような素早い反射神経が求められるゲームに比べて、わずかな入力遅延はそれほど重要ではありません。Guitar Heroのようなリズムゲームも正確なタイミングが求められるため、表示遅延があると音楽と画面上の指示との間に顕著なずれが生じます。注目すべきは、この種のゲームの多くには表示遅延を調整するためのオプションが用意されていることです。Street Fighter、Super Smash Bros. Melee、Tekkenなどの格闘ゲームは、画面上でわずか1フレーム（16.67ミリ秒）しか続かない非常に短いイベントウィンドウ内で技の入力を求められる場合があるため、最も影響を受けると言えるでしょう。
特定のゲーム内イベントに対する人間の反応時間がガウス分布に従うと仮定すると、ラグの影響を確率の観点から議論することが可能になります。[ 7 ]ラグのないディスプレイの場合、人間はフレームのウィンドウ内に入力を収める一定の確率を持ちます。ビデオゲームは離散的なフレームで動作するため、ウィンドウの最後のフレームを0.1 msでも逃すと、入力は1フレーム遅れて解釈されます。このため、どんな量のラグでも、人間が特定のタイミングウィンドウに当たる能力に影響します。この影響の深刻さは、視覚的な合図に対する人間の反応の位置と分散、導入されたラグの量、およびタイミングウィンドウのサイズの関数です。たとえば、30フレームという非常に大きなウィンドウの場合、人間がこのウィンドウに当たる確率は99.99%になります。 1フレームの遅延を導入した場合、人間が30フレームのウィンドウに命中させる確率は99.99%の範囲にとどまる可能性が高い（人間がウィンドウの中央付近で反応していると仮定した場合）。しかし、例えば2フレームといったより小さなウィンドウの場合、遅延の影響ははるかに大きくなる。人間の反応が2フレームのウィンドウを中心としており、超人がウィンドウに命中させる確率が99.99%であると仮定すると、1フレームの遅延を導入することで、成功率は約50%まで低下する。
ゲームのコントローラーが追加のフィードバック（振動、Wiiリモコンのスピーカーなど）を生成する場合、表示遅延によってこのフィードバックが画面上の映像と正確に一致しなくなり、方向感覚の喪失を引き起こす可能性があります（例えば、壁に衝突するほんの一瞬前にコントローラーが振動するのを感じるなど）。
テレビ視聴者も影響を受ける可能性があります。外部スピーカーを備えたホームシアターレシーバーを使用する場合、表示遅延によって映像よりも先に音声が聞こえてしまいます。「早すぎる」音声は「遅すぎる」音声よりも耳障りです。多くのホームシアターレシーバーには、表示遅延を補正するための手動音声遅延調整機能が備わっています。
現在、多くのテレビ、スケーラー、その他の民生用ディスプレイ機器には、「ゲームモード」と呼ばれる機能が搭載されています。このモードでは、遅延の原因となる高度な前処理が意図的に省略され、遅延は軽減されますが、完全に解消されるわけではありません。この機能は通常、ビデオゲーム機向けに設計されていますが、他のインタラクティブなアプリケーションにも役立ちます。同様のオプションは、同じ理由で、家庭用オーディオ機器やモデムにも以前から搭載されています。VGAケーブルまたはコンポーネントケーブルで接続すれば、ゲームモードが搭載されているテレビでも、多くのテレビで知覚できる入力遅延は解消されます。アナログ接続では高度な後処理は行われず、信号は遅延なく伝送されます。
テレビには、コンピューターの表示遅延を軽減するピクチャーモードが搭載されている場合があります。サムスンやLGの一部のテレビでは、ユーザーが特定の入力ポートの名前を「PC」に変更すると、そのポートの遅延が自動的に軽減されます。[ 8 ]
応答速度の速い液晶画面は、動きの速い画像を表示する際に満足のいく体験が得られないことが多い（残像やぼやけが生じることがあり、これをゴースト現象と呼ぶ）。しかし、応答速度が速く、かつ表示遅延が大きい液晶画面は、マウスカーソルが画面の動きに遅れるため、テンポの速いコンピュータゲームをプレイしたり、画面上で高速かつ高精度な操作を行ったりするのには適していない。