PS5SX2帧生成技术：FSR3光流在PS5上如何把30帧PS2游戏插值到60帧？-育师

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A port of PCSX2 for PS5

项目地址：https://gitcode.com/gh_mirrors/ps/PS5SX2

PS5SX2 是一个运行在 PS5 上的 PCSX2 移植项目，它的**帧生成（Frame Generation）**功能基于 AMD FSR3 的光流算法：GPU 自动在 PS2 游戏的两帧画面之间计算并插入一帧中间画面，让 30 fps 的游戏以 60 fps 显示、60 fps 的游戏以 120 fps 显示，配合 PS5 的 120 Hz 高刷输出获得更流畅的复古游戏体验。

什么是帧生成？为什么对 PS2 游戏有意义

绝大多数 PS2 游戏以30 fps运行（部分为 60 fps）。PS5SX2 虽然能在 PS5 上高速模拟 PS2，但游戏本身每秒只输出 30 帧——这是游戏软件的节奏，不是硬件瓶颈。

帧生成的思路不是"重新渲染"，而是让 GPU 对比相邻两帧，推算每个像素移动了多少，再合成一帧"中间时刻"的画面。PS5SX2 中它与显示刷新率挂钩，效果如下：

游戏帧率	显示刷新率	每帧可用刷新	帧生成结果
30 fps	60 Hz	2	每帧插入 1 帧 → 60 fps
30 fps	120 Hz	4	插入帧被显示两次 → 120 fps
60 fps	120 Hz	2	每帧插入 1 帧 → 120 fps
60 fps	60 Hz	1	没有空余刷新，不生成，显示原始帧

FSR3 光流路线：PS5SX2 为什么"自给自足"

完整的 FSR3 帧生成需要游戏提供运动矢量（MV）和深度缓冲，而 PS2 游戏只输出一张颜色画面，两者都没有。因此 PS5SX2 只启用 FSR3 的光流（optical flow）路线，由 GPU 自己从两帧画面中"猜"出运动：

亮度金字塔：对每帧构建 7 级降采样的亮度金字塔
块搜索：从最粗一级到最细一级逐级搜索匹配块（FSR3 的 "v5" 光流），每级做滤波和上采样
场景变化检测：用亮度直方图判断是否发生切镜，切镜后重置历史重新开始

这些计算由 10 个 Compute Pass 组成，shader 源自 FSR3 的 HLSL 编译为 SPIR-V，完整列表见 fg_shaders.inc：

Pass	作用
`of_prepare_luma`/`of_luma_pyramid`	构建亮度金字塔
`of_scd_histogram`/`of_scd_divergence`	场景变化检测
`of_search`/`of_filter`/`of_scale`	7 级块搜索、滤波与上采样
`fi_setup`/`fi_vector_field`	准备并写运动矢量场
`fi_interpolate`	最终逐像素插值出中间帧

中间帧怎么算出来：从光流到逐像素验证

光流给出"每个像素移动了多少"，但直接按一半矢量采样会出现边缘撕裂和遮挡错误。PS5SX2 的插值 Pass 对每个像素做候选运动验证：

候选收集：逐像素尝试多种运动——不动、矢量场、周围 4 个单元、本块光流、相邻 4 块的运动，以及上一帧生成帧中记录的 2×2 块运动
半矢量双向验证：把候选运动代入"前一帧往回半矢量 + 当前帧往前半矢量"，两边结果一致才采信
亚像素精修：把最优候选精化到像素的小数级别
静止检测：连续 8 帧未变化的像素（HUD、文字）判定为不动，避免文字拖影
遮挡边界：没有任何运动能同时解释两帧的像素（前景物体边缘），直接丢弃被遮挡方的采样

开启 Debug 视图后，插值决策会以颜色可视化（灰=静止、绿=运动、红/蓝=保留前/当前帧边缘、紫红=边缘混合），方便调试效果。

节奏控制：以 PS2 vsync 为尺子的安全网

"无脑每帧插一帧"有两个坑：60 fps 游戏在 60 Hz 下根本没有空余刷新；帧率不稳的游戏（如 45–58 fps 波动）插入帧后运动节奏忽快忽慢。因此 OrbisFrameGenPacing.h 用PS2 自己的 vsync 数（而非墙钟时间）计量帧间隔：

近 8 个间隔的中位数≥ 2 个显示刷新才算有生成空间
帧率必须"稳"：起始需近 8 帧中 7 帧间隔相同，维持需 6 帧
加载、暂停、切镜（等待超过 8 个 vsync）后先预热 8 帧
安全网：开帧生成时若游戏速度连续 3 秒低于目标的 95%，暂停生成 10 秒；若证明是帧生成拖慢了速度，下次暂停翻倍（最长 160 秒）；若证明游戏本身慢，则临时下调判定门槛一分钟

120 Hz 也是关键前提：改造过的 ps5vk 驱动提供 119.88 Hz 高帧率输出，帧生成启动时切换为 120 Hz 模式；在 60 Hz 输出下，只有 ≤ 30 fps 的游戏能生成帧。

如何开启 PS5SX2 帧生成

在游戏设置页的Display（显示）分组中找到Frame generation开关，对应配置键PS5SX2/FrameGeneration，默认关闭
开启后启动游戏：该选项在 GS 图形系统启动前读取，在游戏启动时生效（运行中修改将在下次启动生效）
帧生成激活后，FPS 统计框会显示 "FG" 标记
注意：软件渲染模式不支持该功能；游戏内每 10 秒会输出一行[fg]状态日志，包含游戏 fps、生成帧率、显示频率与 GPU 耗时

配套选项（见 fe_options.cpp 的设置定义）：

选项	作用
Frame Generation Limit	`0`（默认）保持游戏自身帧率；`30/50/60`在生成时锁定游戏帧率
Frame Generation Multiplier	`2`（默认）每两帧间插 1 帧；`3`插 2 帧（如 40 fps 按 120 Hz 显示）；`4`插 3 帧。每多插一帧，输入延迟多一帧
Frame Generation Debug	以颜色显示插值决策，用于调试

代价与限制

⏱️输入延迟：每插入一帧，游戏自己的画面被推迟一个刷新显示；Multiplier 2 的延迟最小
🌀运动涂抹：快速运动的物体边缘可能出现轻微拖影
🚫并非万能：帧率不稳定的段落不触发生成；60 fps 游戏必须搭配 120 Hz 输出才有效
官方界面将其标注为Experimental（实验性）功能

关键源码导航

文件	职责
ps5_framegen.h	帧生成插值器：Vulkan 资源、录制管线与算法说明
ps5_framegen.cpp	插值器宿主实现（10 个 Pass 的调度）
framegen/fg_shaders.inc	FSR3 光流 Pass 的 SPIR-V 汇编
OrbisFrameGenPacing.h	vsync 节奏判定与安全网（header-only）
GSDeviceVK.cpp	与 PCSX2 显示管线（present）的集成点
main-boot.cpp	启动时读取开关、请求 120 Hz 输出

这套代码源自 Swordpdf 的 RPCS3-PS5 / ps5-framegen 工作，经作者重新授权后移植进 PS5SX2，并改用 PCSX2 的 Vulkan 加载器接入。

总结

PS5SX2 的帧生成让 PS2 老游戏第一次在 PS5 上体验到了"翻倍帧率"：它用 FSR3 的光流路线绕开了 PS2 游戏缺少运动矢量的限制，靠 7 级亮度金字塔搜索 + 逐像素候选验证合成中间帧，再用 PS2 vsync 节奏判定和安全网保证"只在稳态下生成、不拖累游戏速度"。对于 30 fps 的 PS2 游戏，这是目前把它变成 60 fps 的最平滑方案——只需在设置页打开 Frame generation，即可享受近乎零配置的高帧率怀旧体验。