Стандартизация принципов развития видеопроцессора
Стандартизация принципов развития видеопроцессора.
Спектрум на 90% – это видеопроцессор. И не удивительно, что основные критерии, определяющие компьютер как «Спектрум» – это параметры видеопроцессора.
Основными параметрами видеопроцессора являются:
- структура построения экрана и разрешение экранной области;
- структура отображения цветов и количество цветов;
- частота кадров и строк;
1.0 Структура построения экрана и разрешение экранной области.
Структура экранной области ZX Spectrum - довольно своеобразна. Можно выделить два критерия оценки структуры экранной области ZX Spectrum - оценка по внешней форме и оценка по внутреннему содержанию. Оценка по внешней форме предполагает критерием - подобность внешних размеров и взаимных соотношений. Оценка по внутреннему содержанию предполагает критерием - подобность внутренней структуры.
Оценка развития ZX экрана по критерию подобности внешних размеров и взаимных соотношений предполагает соблюдение кратности размера объёма памяти экранных областей и их начальных адресов, а так-же соблюдения пропорциональности относительного размещения их частей (растровой и атрибутной областей) в адресном пространстве, а кроме того предполагает соблюдение кратности визуальных параметров изображения - вертикального и горизонтального раразрешения и соотношения сторон.
Оценка развития ZX экрана по критерию подобности внутренней структуры предполагает деление его на три области, внутри каждой из которых используется одинаковый цикл формирования изображения. Отсюда можно сделать вывод, что минимальным неделимым дискретом в структуре экрана является его треть. Следовательно, при масштабируемом изменении пропорций экранной области, одним из условий совместимости должна быть кратность третям ZX экрана. Это условие автоматически формирует сетку допустимых разрешений при использовании эволюционного масштабирования:
- вертикальных: 192, 256, 320, 384, 448, 512, 576, 640, 704, 768 и т.д.
- горизонтальных: 256, 512, 768, 1024 и т.д.
1.1 Ограничение на пропорциональность масштабироания.
Если полученную сетку допустимых разрешений оценить с точки зрения кратности масштабирования по объёму ОЗУ экранной области (но не более объёма страницы памяти принятой в ZX Spectrum, т.е.16k), то получим следующую сетку экранных разрешений:
- 256х192(6k), 384х256(12k);
Ежели же полученную сетку допустимых разрешений оценить с точки зрения пропорциональности масштабирования по обеим координатам, то получим следующую сетку экранных разрешений:
- 256х192, 512х384, 768х576, 1024х768 и т.д.
Правомерно ли наложение условия пропорциональности масштабирования?
И да, и нет - в зависимости от преследуемых целей. Например, работа с такой неотъемлемой частью ZX, как встроенный BASIC предполагает пропорциональное масштабирование, без которого невозможно использование его стандартных графических функций. Работа с текстом накладывают совсем другие требования, здесь общепринятым стандартом является 40/80 символов в строке, при этом матрица знакоместа символов может быть любой удовлетворяющей этому условию (например 6х8). Таким образом, исходя из назначения, полученную сетку разрешений можно условно разделить на «графические» (пропорциональные) и «текстовые» (40/80 символьные) режимы*.
* Внимание!! Деление на «графические» и «текстовые» режимы - условно, т.к. по способу формирования изображения видеопроцессором ZX Spectrum, все режимы - графические.
1.2 Ограничение по стандартам видеоразвёрток.
Ещё одним ограничением, накладываемым телевизионным стандартом видеоразвёртки, является 312 строк в кадре при прогрессивной развёртке (телевизионный стандарт - 312,5 при чересстрочной). Наложение этого условия ограничивает сетку разрешений по вертикали при воспроизведении на телевизоре и CGA мониторе следующими режимами:
- графические: 256х192, 384x256;
- текстовые: 256х192, 384x256, 512х192, 512х256;
1.3 Есть ли жизнь за 312 строками? Ограничение по частоте кадров.
С точки зрения технической реализации – это возможно, хотя и имеются определённые ограничения. Рассмотрим их.
1) Миф №8: «Священная корова Nemo».
«Spectrum - это телевизор и только телевизор как устройство отображения» 26.11.98 © Nemo
«Spectrum изначально (т.е. как концепция, идеология) проектировался под TV. Это основа. Подключение дисплея к Spectrum'у абсурдно. Это противоречит всей логике архитектуры. Это не спектрумовский Spectrum. Это тупиковый путь. Он ведет в никуда. От TV-экрана нельзя отказываться. Это и есть Spectrum.» 21.05.99 © Nemo
Cпектрум действительно разрабатывался исключительно под телевизор, но... четверть века назад. А в 2012 году на территории России вещание для телевизионных приёмников, на работу с которыми был рассчитан ZX – будет полностью прекращено. С 2006 года ввоз импортных аналоговых телеприёмников в Россию запрещён. Расчётное проектное время эксплуатации бытовой техники ~6 лет. Уже давно ремонт 6 летнего телевизора дороже покупки б/у, то же и с CGA, EGA и VGA ЭЛТ мониторами - их не ремонтируют, их выбрасывают. Это не значит конечно, что тысяча «реальщиков» не смогут найти себе телевизор, это значит другое - что простой обыватель никогда впредь не купит ZX, т.к. у него в квартире его не к чему будет подключить, а курочить для этого новенький цифровик, сейчас даже в ателье не возьмутся.
Выводы:
- любые исторически сопряжённые во времени постулаты имеют смысл только в историческом контексте;
- аналоговое телевидение – это уже прошедшая история;
- ZX, только с аналоговым телевизором в качестве монитора – мёртвая конструкция без будущего.
2) Ограничение по частоте кадров.
Есть ли доступная замена аналоговому телевизору? Да, сейчас можно с уверенностью сказать – есть – TFT компьютерный монитор.
Почему только «сейчас»?
Т.к. ZX проектировался под телевизионную развёртку, то его кадровая частота =50Гц, а TFT мониторы изначально проектировались под VGA стандарт, для которого минимальная частота кадров =60Гц. До сих пор это было преградой на пути подключения ZX к VGA мониторам (хотя и преодолимой с определённым геморроем и потерей качества изображения). Но со временем электронику под многие мониторы начали выпускать унифицированную двойного применения VGA/TV и соответственно такие мониторы научились синхронизироваться по кадрам* на 50Гц.
*Внимание!! Не следует путать частоту кадровой синхронизации с частотой обновления изображения на TFT мониторе – это взаимно независимые характеристики.
Вывод: приобретая TFT монитор, обращайте внимание на его минимальную кадровую частоту синхронизации.
1.4 VGA совместимые режимы ZX.
В чём суть преобразования сигналов ZX->VGA? Очень упрощённо - если длительность строки изображения ZX=Tzx, то длительность строки изображения VGA(640x480@60Hz)~Tzx/2, SVGA(800x600@72Hz)~Tzx/3, XGA(1024x768@75Hz)~Tzx/4. Т.е. сжав ZX строку соответственно в 2, 3 или 4 раза – получим строку VGA, SVGA или XGA. Соответственно, для синхронизации длительности кадров, каждую укороченную строку воспроизводим 2, 3 или 4 раза подряд. Единственная, существенная нестыковка в этом методе – это частота кадров, она останется неизменной – 50Гц, но как раз это и исправляется TFT монитором. Дело в том, что истинное разрешение TFT монитора определяется разрешением его матрицы, а все разрешения не совпадающие с истинным формируются с помощью пересчёта. Фактически, аналоговый сигнал на входе такого монитора построчно преобразуется в цифру с помощью АЦП, а потом отображается на TFT матрице уже с той частотой обновления, которая удобна для матрицы. Поэтому для такого монитора кадровая частота входного сигнала не имеет значения, лишь бы его схема оцифровки смогла с ней засинхронизироваться.
Таким образом, можем иметь следующие возможные разрешения для вывода ZX сигнала:
1) VGA(640x480)=[256x2]x[192x2]с бордюром,
2) VGA(640x480)=384x256 с бордюром,
3) VGA(640x480)=512x[192x2]с бордюром,
4) VGA(640x480)=512x256 с бордюром,
5) VGA(640x480)=512x384 с бордюром,
6) SVGA(800x600)=[256x3]x[192x3]с бордюром,
7) SVGA(800x600)=[512x1,5]x[192x3]с бордюром,
8) SVGA(800x600)=[384x2]x[256x2]с бордюром,
9) SVGA(800x600)=[512x1,5]x[256x2]с бордюром,
10) SVGA(800x600)=512x384 с бордюром,
11) SVGA(800x600)=768х576 с бордюром,
12) XGA(1024x768)=[384x2]x[256x2]с бордюром,
13) XGA(1024x768)=[256x4]x[192x4]без бордюра,
14) XGA(1024x768)=[512x2]x[192x4]без бордюра,
15) XGA(1024x768)=[512x2]x[256x3]без бордюра,
16) XGA(1024x768)=[512x2]x[384x2]без бордюра,
17) XGA(1024x768)=1024х768 без бордюра.
1.5 Ограничение по соотношению сторон.
Важным условием является повторяемость соотношения сторон при формировании области изображения на разных мониторных разрешениях. Проанализировав полученные варианты можно сказать, что предложенное ZX разрешение 512х256 при воспроизведении в каждом из рассматриваемых мониторных разрешений имеет разные соотношения сторон, а значит не удовлетворяет критерию проверки и исключается из дальнейшего рассмотрения (варианты 3), 7), 12)).
Стандартизация принципов развития видеопроцессора (продолжение).
1.6 Архитектурные ограничения.
Одной из стандартных возможностей архитектуры видеопроцессоров является конвертация видеорежимов по критерию «разрешение<–>глубина цвета» в рамках выделенного объёма памяти. В этом отношении принципиальное значение имеет кратность масштабирования видеоразрешений. В рассматриваемых вариантах нетрудно заметить, что для режимов VGA и XGA масшабирование видеоразрешений кратно степени основания 2, а для режима SVGA - соответственно степени основания 2 и 3. Т.е. для режимов VGA и XGA имеем: 1024x768х1bit=1024x384х2bit=512x384х4bit=512x19 2х8bit=256х192x16bit. Для режима SVGA: 768х576x1bit=512x384х2bit*=512x192х4bit*=256х1 92x9bit (* - в этих режимах видеопамять используется не полностью).
Ещё одной стандартной возможностью архитектуры видеопроцессоров является разделение видеопамяти на битовые плоскости переднего и заднего плана. В отношении режимов VGA и XGA очень легко произвести единообразное для всех режимов деление на 2 битовые плоскости переднего и заднего плана, чего не скажешь в отношении режима SVGA, где используются режимы кратные степеням разных оснований. В режиме SVGA произвести такое единообразное для всех режимов деление возможно только приведением режимов к общему кратному множителю путём увеличения битности в 2 или 3 раза, что позволит иметь деление соответственно на 2 или 3 битплана.
Выводы:
- учитывая полноту использования выделенного объёма памяти, меньшую требовательность к объёму памяти, а также то, что выпускаемые ЦАПы для формирования видеосигнала имеют разрядность кратную основанию 2 – наиболее оптимальными вариантами является использование режимов VGA и XGA;
- режим SVGA, как неоптимальный с точки зрения требований к ресурсам, из дальнейшего рассмотрения исключить.
1.7 Выводы: рекомендуемые разрешения и видеорежимы при развитии видеопроцессора ZX Spectrum.
Графические режимы:
1) TV=256х192х16bit (стандартный TV);
2) VGA(640x480)=[256x2]x[192x2]x16bit (стандартный с бордюром, в режиме VGA);
3) VGA(640x480)=512x384x4bit (1 повышенное разрешение с бордюром, в режиме VGA);
4) XGA(1024x768)=[256x4]x[192x4]x16bit (стандартный без бордюра, в режиме XGA);
5) XGA(1024x768)=[512x2]x[384x2]x4bit (1 повышенное разрешение без бордюра, режим XGA);
6) XGA(1024x768)=1024х768x1bit (2 повышенное разрешение без бордюра, режим XGA);
Текстовые режимы:
1) TV=(6х8)512х192х8bit (1 повышенное разрешение TV);
2) VGA(640x480)=(6х8)512x[192x2]x8bit (1 повышенное разрешение с бордюром, в режиме VGA);
3) XGA(1024x768)=(6х8)[512x2]x[192x4]x8bit (1 повышенное разрешение без бордюра, в режиме XGA);
4) XGA(1024x768)=(12x16)1024x[384x2]x2bit (2 повышенное разрешение без бордюра, в режиме XGA);
Такое разбиение на режимы позволяет перекрыть весь диапазон применений компьютера. При этом TV и VGA режимы ориентированы на старый софт с бордюрными эффектами, а XGA режим на перспективный софт, в котором бордюр не несёт информационной нагрузки.
P.S. Вы просматриваете тему составленную из материалов новой рубрики "ZX Концепции". Продолжение обсуждения тем рубрики вы можете найти на:
Soviet Union ZX Spectrum Community
Стандартизация принципов развития видеопроцессора (продолжение).
Стандартизация принципов развития видеопроцессора (продолжение).
2.0 Идеология развития ZX экрана.
Для начала определимся в терминологии:
Видеопроцессор - автомат формирования изображения, являющийся частью устройства.
Видеоконтроллер - автомат формирования изображения, являющийся отдельным, законченным устройством.
В вопросе идеологии (см. определение: http://www.zx.pk.ru/showpost.php?p=61049&postcount=113 ) важным моментом является понимание того, куда мы хотим в итоге придти и где мы находимся сейчас. По этим двум точкам и строится вектор идеологии развития. Определим эти точки применительно к видеопроцессору ZX Spectrum.
На момент продажи прав на ZX Амстраду, ZX-видеопроцессор имел следующие особенности:
1.0 Отправная точка.
1.1 Экранная область в ОЗУ начиналась с адреса кратного 16k и состояла из 6k пиксельного экрана и следующих за ними 768 байт области атрибутов;
1.2 Экранных областей существовало две – активная и теневая;
1.3 Разрешение экранной области 256х192, разбитое на 32х24 знакоместа 8х8 пикселов;
1.4 Видеовывод осуществлялся третями экрана с периодом 8 строк;
1.5 8 цветов на бордюр.
1.6 15 цветов на знакоместо и режим мигания;
1.0 Точка назначения.
1.1 Дополнительные (т.е. к имеющимся) экранные области в ОЗУ со стандартной раскладкой адресов начинающиеся с адреса кратного 8k (для экономии места);
1.2 Разбивка всех экранных областей на две равные части – активную и теневую;
1.3 Расширенные экраны кратные разрешению 256х192 или объёму памяти экранных областей (см. рекомендации: http://www.zx.pk.ru/showpost.php?p=62984&postcount=119
http://www.zx.pk.ru/showpost.php?p=62985&postcount=120 );
1.4 Видеовывод осуществляется третями экрана с периодом 8 строк, и познакоместно (т.е. байт на строку знакоместа при развитии по критерию подобности внутренней структуры);
1.5 Для старых программ – возможность использовать бордюр, для новых – возможность не использовать (ввиду отсутствия такового);
1.6.1 Битплановая организация экрана с возможностью конвертации количества битплановых плоскостей в разрешение экрана;
1.6.2 Возможность деления битпланов на две равные части: передний (спрайтовый) и задний (тайловый) план;
1.6.3 Возможность отказа от атрибутов как носителей информации о цвете или их модификации;
1.6.4 Видеоускоритель с функциями скролла, зеркалирования, загрузки спрайтов;
Примечание: для облегчения сравнения номерам пунктов отправной точки соответствуют номера пунктов точки назначения.
Вывод: таким образом можно определить идеологию развития видеопроцессора ZX Spectrum как вектор отображения текущего множества параметров видеопроцессора на перспективное множество параметров.
P.S. Вы просматриваете тему составленную из материалов новой рубрики "ZX Концепции". Продолжение обсуждения тем рубрики вы можете найти на:
Soviet Union ZX Spectrum Community
