Diseño del sistema de video de Super Nintendo
El interior de una TV de principios de los 90
- Super Nintendo genera salida de video hacia un televisor estándar
- La TV recibe la señal de televisión analógica (NTSC) a través de la antena, toma la señal mediante un sintonizador y muestra la imagen en un CRT (tubo de rayos catódicos)
- La TV tiene una entrada auxiliar (AUX), y un televisor básico incluye un conector compuesto para transmitir la señal de video (amarillo) y conectores dedicados para la señal de audio estéreo (blanco y rojo)
Cómo funciona un CRT
- Un CRT funciona a 15kHz y dibuja aproximadamente 15,000 líneas por segundo
- Dentro del CRT hay tres cañones de electrones, que siempre disparan electrones hacia el frente, y dos conjuntos de imanes (vertical y horizontal) mueven los electrones arriba y abajo, y de izquierda a derecha
- Un CRT no tiene píxeles, y los electrones disparados por el cañón siempre llegan a la franja de color correcta
Cómo controlar un CRT
- El CRT consume señales roja, verde y azul conectadas a cada cañón de electrones
- Las señales de sincronización (HSYNC y VSYNC) se transmiten por un solo cable blanco, y a esto se le llama sincronización compuesta (CSYNC)
- El CRT consume la señal e intenta sincronizar los cañones de electrones
Cómo dibuja una imagen un CRT
- El CRT dibuja líneas de izquierda a derecha
- Cuando recibe un evento HSYNC, vuelve al lado izquierdo de la pantalla (X=0), y cuando recibe un evento VSYNC, vuelve a la parte superior de la pantalla (Y=0)
- El CRT dibuja la línea mientras se mueve hacia la derecha y se inclina hacia abajo
La clave para entender un CRT
- La clave de un CRT es entender que el cañón de electrones se mueve hacia la derecha de la pantalla mientras se inclina hacia abajo
- Si VSYNC ocurre al mismo tiempo que el último HSYNC, la línea siempre se dibuja en la misma posición de la pantalla
- Si VSYNC ocurre entre dos HSYNC, las líneas se dibujan cruzadas
Qué hay dentro de una línea
- El CRT es digital al dibujar líneas, pero el contenido dentro de la línea es analógico
- Los tres cañones de electrones están conectados directamente a los cables RGB, y el sistema puede cambiar libremente la señal de color
Cómo lo manejaban los sistemas existentes
- Los diseñadores del SNES tenían que proporcionar una señal que el CRT pudiera procesar
- Había que cumplir con la especificación de la señal NTSC
- Relación de aspecto 4:3, 262.5 líneas por campo, 341.25 puntos por línea y frecuencia de campo de 59.94Hz
Convertirse en ingeniero de Nintendo
- Después de entender cómo funcionaba el CRT, había que diseñar el sistema de video
- Se eligieron 262 líneas para crear un modo progresivo, con el objetivo de una tasa de 59.94Hz por cuadro
- Se usaron 350 puntos para ajustarse a la relación 4:3, y se necesitaba un dot clock de 5,496,498Hz
Resolver los problemas
- No se podía usar un dot clock de 5,496,498Hz
- Había que usar un oscilador maestro para que los subsistemas trabajaran a través de divisores de frecuencia
- Había que resolver el problema del overscan
Introducción del overscan
- Si el cañón de electrones seguía disparando electrones mientras se reiniciaba horizontal o verticalmente, aparecían artefactos visibles
- La TV hacía overscan de la imagen para mostrar el área de pantalla ligeramente más grande
- Se necesitaba tiempo para detener el cañón de electrones después de VSYNC y HSYNC
Elección de la resolución vertical del SNES
- Los sistemas competidores usaban 224 líneas visibles
- Nintendo dividió 262 líneas en 224 líneas visibles y 38 líneas en blanco
Elección de la resolución horizontal del SNES
- Se usaron 262 líneas y un reloj maestro de 21.47727MHz para obtener un dot clock de 5.3693175MHz
- Se usaron 341 puntos para obtener una tasa de 60.098Hz por cuadro
Elección del overscan horizontal del SNES
- De los 341 puntos, se usaron 256 puntos visibles y 85 puntos para HBLANK
- La relación de aspecto es 8:7, lo que produce una ligera distorsión
Modo de alta resolución: entrelazado
- La resolución vertical puede duplicarse hasta 448 líneas
- Duplicar la resolución horizontal es difícil
PAL vs NTSC
- En Europa se usaba PAL en lugar de NTSC, y en Francia se usaba SECAM
- PAL usa una tasa de 50Hz por cuadro y 312.5 líneas por campo
- La versión PAL del SNES usa un reloj maestro de 17.7344750MHz
- La resolución visible usa 224 líneas y 256 puntos, y la tasa por cuadro es 50.00697891Hz
Salida
- El SNES convierte la señal CRT a compuesto y S-Video
- A través del conector AV ofrece señal pura "RGB/CSync", señal "Composite" y señal S-Video
Resumen de GN⁺
- Este artículo explica el proceso de diseño del sistema de video de Super Nintendo y aborda cómo funciona un CRT y cómo procesa señales
- Explica las decisiones de diseño del sistema de video del SNES a partir de una comprensión del funcionamiento del CRT y del procesamiento de señales
- Este artículo es útil para quienes tienen interés en el diseño de hardware de consolas de videojuegos, y ayuda a entender la historia y el funcionamiento de la tecnología CRT
- Otros proyectos con funciones similares incluyen Sega Genesis y Neo-Geo AES
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
224 es divisible entre 16, así que encaja bien con los tilemaps del pipeline de renderizado gráfico
59.94Hz es un número raro
La proporción de arte 8:7 se puede ver en juegos de SFC/SNES porteados a otras plataformas
En los juegos europeos, el VSYNC ocurre a 50.00697891Hz, así que los juegos corren 17% más lento de lo previsto
Hay un error tipográfico en el artículo; la proporción 8:6 es lo mismo que 4:3
La resolución de salida 256x224 (8:7) se expande a una imagen 4:3
Me pregunto si existe un emulador que simule con precisión la apariencia de un CRT
Esperaba una perspectiva sobre cómo esto influyó en el diseño icónico de los juegos