设计超级任天堂视频系统

这篇文章详细介绍了超级任天堂视频系统的设计,包括其内部结构、工作原理、信号处理等方面,主要内容如下:

  • 电视内部结构:超级任天堂输出视频的屏幕是标准电视,包括天线接收模拟电视广播、电缆将信号传输到调谐器,最后在阴极射线管(CRT)上显示图像,电视还有辅助输入(复合连接器和立体声音频插孔)。
  • CRT 工作原理:CRT 是超级画线机,当时 rated at 15kHz,内部有三束电子枪,通过磁铁控制上下左右移动,电子枪射出的电子在磷光条前的掩膜作用下准确落在相应颜色的条上,没有像素概念,HD TV 有更小的槽能更好地渲染颜色信号。
  • CRT 控制方式:CRT 消耗 5 个信号,通过 4 根线传输,分别是红、绿、蓝信号和同步信号(水平同步 HSYNC、垂直同步 VSYNC 共用一根复合同步线 CSYNC),PC 编程中常说“Wait for VSYNC”是错误的,CRT 不发射信号,只是接收并同步。
  • CRT 绘制图像过程:CRT 从左到右绘制一行(光栅),接收到 HSYNC 事件返回屏幕左侧,接收到 VSYNC 事件返回屏幕顶部,要注意 CRT 枪向右移动时有向下的斜率,这导致场模式(interlaced 或 progressive)的不同,NTSC 每秒发两场,场之间有交错线。
  • 行内结构:CRT 绘制行时是数字的,而行内是模拟的,三束电子枪直接连接到 RGB 线,系统可自由改变颜色信号,受信号传播和槽掩膜密度限制。
  • 设计视频系统:要考虑 CRT 的工作原理,如选择每行的线数(NTSC 每场 262.5 行,可选择 262 行为 progressive 模式)、屏幕纵横比(4:3,水平 350 点)、点时钟(262 350 59.94 = 5,496,498Hz,因硬件限制使用 5.3693175 MHz 点时钟)等,还需考虑消隐(VBLANK 和 HBLANK)以避免问题。
  • 不同系统对比:比较了超级任天堂与其他竞争系统(如 Capcom 街机 CPS-1、Sega Genesis、Neo-Geo AES)在垂直分辨率、可见线数、垂直消隐线数、每秒线数、帧率等方面的差异。
  • 高分辨率模式:超级任天堂有高分辨率模式,垂直分辨率可翻倍至 448 行(通过隔行扫描实现,垂直刷新率减半),水平分辨率翻倍较难,一些游戏使用水平分辨率翻倍的 hack 方式(如 512x224),但存在颜色渗出等问题。
  • PAL 与 NTSC 差异:欧洲使用 PAL 和 SECAM 制式,SNES 在欧洲版本使用 17.7344750MHz 振荡器,通过特定除法得到 dot clock,为解决 224 行图形导致的黑带问题有“Overscan mode”(增加可见行数至 240 行),但实际很少使用,且游戏代码未针对 50Hz VSYNC 修订,导致游戏运行变慢。
  • 输出方式:考虑到电视输入的多样性,SNES 可将 CRT 信号转换为复合和 S-Video 输出,其 AV 连接器提供了“RGB/CSync”、“Composite”和 S-Video 信号的选择,欧洲电视的 SCART 连接器可直接馈送 CRT 以获得更高视觉保真度。

文中还提供了多个参考资料,方便读者深入了解相关内容。

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