Süper Nintendo video sistemi tasarımı
90'ların başındaki TV'nin içi
- Süper Nintendo, standart TV setlerine video çıkışı verir
- TV, anten üzerinden analog TV yayını (NTSC) alır, tuner aracılığıyla sinyali kabul eder ve görüntüyü CRT'de (katot ışın tüpü) gösterir
- TV'de yardımcı giriş (AUX) bulunur; temel TV setlerinde video sinyalini taşıyan kompozit konnektör (sarı) ile stereo ses sinyalini taşıyan özel jaklar (beyaz ve kırmızı) vardır
CRT'nin çalışma prensibi
- CRT 15kHz'de çalışır ve saniyede yaklaşık 15.000 satır çizer
- CRT'nin içinde üç adet elektron tabancası vardır; bu tabancalar elektronları her zaman ileri doğru ateşler ve iki mıknatıs seti (dikey ve yatay) elektronları yukarı-aşağı ve sağa-sola hareket ettirir
- CRT'de piksel yoktur; elektron tabancalarından çıkan elektronlar her zaman doğru renk şeridine ulaşır
CRT nasıl kontrol edilir
- CRT, kırmızı, yeşil ve mavi sinyallerini ilgili elektron tabancalarına bağlayarak kullanır
- Senkronizasyon sinyalleri (HSYNC ve VSYNC) tek bir beyaz kablo üzerinden iletilir; buna bileşik senkronizasyon (CSYNC) denir
- CRT sinyalleri alır ve elektron tabancalarını senkronize etmeye çalışır
CRT'nin görüntü çizme yöntemi
- CRT, satırları soldan sağa çizer
- HSYNC olayı geldiğinde ekranın soluna (X=0), VSYNC olayı geldiğinde ekranın en üstüne (Y=0) geri döner
- CRT sağa doğru ilerlerken aşağı doğru eğimli şekilde satır çizer
CRT'yi anlamanın püf noktası
- CRT'nin özü, elektron tabancalarının ekranın sağına doğru ilerlerken aşağı doğru eğilmesini anlamaktır
- VSYNC son HSYNC ile aynı anda oluşursa satırlar her zaman ekranın aynı konumuna çizilir
- VSYNC iki HSYNC arasında oluşursa satırlar çapraz şekilde çizilir
Satırların içeriği
- CRT, satır çizerken dijitaldir ama satırların içeriği analogdur
- Üç elektron tabancası RGB kablolarına doğrudan bağlıdır ve sistem renk sinyalini serbestçe değiştirebilir
Dönemin sistemlerinin ele aldığı konu
- SNES tasarımcılarının CRT'nin işleyebileceği bir sinyal sağlaması gerekiyordu
- NTSC sinyal spesifikasyonuna uyulmalıydı
- 4:3 en-boy oranı, alan başına 262.5 satır, satır başına 341.25 nokta, 59.94Hz alan frekansı
Nintendo mühendisi olmak
- CRT'nin nasıl çalıştığını anladıktan sonra video sistemi tasarlanmalıydı
- 262 satır kullanılarak progressive mod oluşturuldu ve 59.94Hz kare hızı hedeflendi
- 4:3 en-boy oranını tutturmak için 350 nokta kullanıldı ve 5,496,498Hz dot clock gerekiyordu
Sorun çözme
- 5,496,498Hz dot clock kullanılamıyordu
- Alt sistemlerin bir bölücü üzerinden kullanacağı bir master osilatör gerekiyordu
- Overscan sorunu çözülmeliydi
Overscan'in devreye alınması
- Elektron tabancaları yatay ya da dikey olarak sıfırlanırken elektron ateşlemeye devam edilirse görünür artefaktlar oluşur
- TV'ler ekran alanını overscan ile biraz daha büyük gösterir
- VSYNC ve HSYNC sonrasında elektron tabancalarının durması için zamana ihtiyaç vardır
SNES dikey çözünürlük seçimi
- Rakip sistemler 224 görünür satır kullanıyordu
- Nintendo, 262 satırı 224 görünür satır ve 38 boş satır olarak ayırdı
SNES yatay çözünürlük seçimi
- 262 satır ve 21.47727MHz master clock kullanılarak 5.3693175MHz dot clock elde edildi
- 341 nokta kullanılarak 60.098Hz kare hızı elde edildi
SNES yatay overscan seçimi
- 341 noktanın 256'sı görünür nokta, 85'i ise HBLANK olarak kullanıldı
- Ekran oranı 8:7 oldu ve bu da hafif bir bozulmaya yol açtı
Yüksek çözünürlük modu: interlacing
- Dikey çözünürlük 448 satıra çıkarılarak iki katına yükseltilebilir
- Yatay çözünürlüğü iki katına çıkarmak zordur
PAL ve NTSC
- Avrupa'da NTSC yerine PAL, Fransa'da ise SECAM kullanılır
- PAL, 50Hz kare hızı ve alan başına 312.5 satır kullanır
- SNES'in PAL sürümü 17.7344750MHz master clock kullanır
- Görünür çözünürlük 224 satır ve 256 noktadır; kare hızı ise 50.00697891Hz'dir
Çıkış
- SNES, CRT sinyalini kompozit ve S-Video'ya dönüştürür
- AV konnektörü üzerinden saf "RGB/CSync" sinyali, "Composite" sinyali ve S-Video sinyali sağlar
GN⁺ özeti
- Bu yazı, Süper Nintendo video sisteminin tasarım sürecini açıklar; CRT'nin çalışma prensibi ile sinyal işleme yöntemlerini ele alır
- CRT'nin çalışma biçimi ve sinyal işleme mantığı üzerinden SNES video sistemindeki tasarım kararlarını açıklar
- Video oyun konsollarının donanım tasarımıyla ilgilenenler için faydalıdır; ayrıca CRT teknolojisinin tarihini ve çalışma prensibini anlamaya yardımcı olur
- Benzer özelliklere sahip diğer projeler arasında Sega Genesis ve Neo-Geo AES bulunur
1 yorum
Hacker News yorumu
224, 16'ya tam bölünebildiği için grafik render pipeline'ındaki tilemap ile iyi uyuşan bir sayı
59.94Hz garip bir sayı
8:7 artwork oranı, başka platformlara port edilen SFC/SNES oyunlarında görülebiliyor
Avrupa oyunlarında VSYNC 50.00697891Hz'de gerçekleştiği için oyunlar amaçlanandan %17 daha yavaş çalışıyordu
TFA'da bir yazım hatası var; 8:6 oranı 4:3 ile aynı
256x224 (8:7) çıkış çözünürlüğü 4:3 görüntüye genişletiliyor
CRT görünümünü doğru şekilde simüle eden bir emülatör olup olmadığını merak ediyorum
Bunun, ikonik oyun tasarımının nasıl ortaya çıktığına dair içgörü vermesini ummuştum