Задача делится на две части:
Первая -- это захват видеопотока (RGBI) со Спектрума (или другого ретро компьютера, где цвет задаётся атрибутами), отдельная обработка яркостного канала на предмет выявления перемещающихся спрайтов и тайлов фона. Думаю, что изобретать очередной велосипед не стоит и лучше использовать элементы из библиотеки openCV: http://robocraft.ru/blog/computervision/264.html Вопрос только какой процессор будет минимален для данной задачи, использовать ли отдельный корпус, FPGA со встроенным ядром, либо софтверные ядра.
Вторая -- генерация новой цветовой карты (раскраска по новой, выявленных спрайтов и тайлов). Вот нашёл open-source проект https://github.com/maidenone/ORGFXSo...v2/rtl/verilog графического ускорителя, из которого так же можно выпилить 3D (если ресурсов чипа будет не хватать) уменьшить до минимума разрешение и битность цветовых каналов)

Как бонус, можно будет подумать о увеличении разрешения, замыливания и прочих пост-эфектах, если на это будет хватать ресурсов...

- - - Добавлено - - -

А дальше, если это удастся реализовать, можно подумать о привлечении разработчиков, для использования новой видеокарты для создания реймейков и продолжений старых игр, может даже и что-то новое или портированное с современных платформ можно будет организовать) Естественно, что надо будет решить вопрос с новым графическим редактором, использующим данное железо и может движка для новых демо и игр...