retro gépek A-tól Z-ig

Megjelenítés és videó jel

A grafikus megjelenítésről már született egy bejegyzés, most a televízióknál használt videójelről fogok kicsit mélyebben írni. A home computerek megjelenítése elég vegyes volt, szinte minden típusnál eltért az elérhető felbontás, színpaletta és az egyszerre használható színek száma. Közös pont az volt, hogy szinte mindegyik képes volt TV-t használni, mint monitort. Ez megfelelő kompromisszumnak bizonyult az elérhetőség-ár-minőség háromszögben. Televíziót már itthon is viszonylag könnyen lehetett vásárolni a 80-as években, elég volt ha összespórolta rá az ember a pénzt és tudta hol lehet a megfelelő modellt megvásárolni, akár pult alól. Sokan használtunk a baráti országból érkezett, áthangolt hangsávú Junosztot fekete-fehér megjelenítőként. Kevesebb embernek jutott valami nagyobb, színes, például Orion Jácint és csak a kevés kiválasztott használt rendes monitort. A TV az elérhető minőséget limitálta, ennek a megértéséhez érdemes kicsit jobban megismerni a jel felépítését. A dolgot bonyolítja, hogy az eredetileg csak fekete-fehér átvitelből is több szabvány létezett, ezekhez utólag adták hozzá a színjelet ami szintén több módszerrel történt. Hogy egyszerűsítsem az életet az európai PAL kódolású jel lesz a középpontban, de igyekszem kicsit kitérni az USA-ban használt NTSC-re is.

Ahogy írtam az első televíziók fekete-fehérek voltak, ezeknél még nem volt nagy eltérés a régiók között. Az első készülékek elektroncsövesek voltak és az ezekkel elérhető műszaki lehetőségek, valamit a drágaságuk, erősen limitálta a lehetőségeket. A csövek ára miatt a készülékeket viszonylag kevés aktív alkatrészből, egyszerű, de ötletes kapcsolásokból építették fel. A kép frissítési frekvenciáját az elektromos hálózathoz igazították, hogy az onnan érkező, illetve a váltóáramú fűtés miatt keletkező esetleges zavarok a legkevésbé látszódjanak. Európában így lett 50 Hz-es a függőleges frekvencia, mert így a zaj áll, ami a nézőt kevésbé zavarta és a tápegység felépítése így sokkal egyszerűbb lehetett. Minden képet sorokra bontottak amit úgy kell elképzelni, ahogy egy könyvet olvasunk, tehát a bal felső sarokból indulva egy elektron sugár letapogatott egy sort, majd következett a következő és így tovább. A teljes képet 625 sorra osztották, de ebből csak 576 látható, a többit másra használták fel. Kicsit bonyolította a dolgokat, hogy a rendelkezésre álló sávszélesség miatt felváltva csak a páros, vagy a páratlan sorokat vitték át. Az eddigi adatokat összefoglalva 50 Hz a félképek frekvenciája és két 288 soros félképből állt össze a teljes kép. A vízszintes felbontás nem igazán értelmezhető, ugyanis a teljesen analóg rendszerben azt a sávszélesség és a zaj limitálta, de a későbbiekben 720 (ebből 704 látható) képpontban határozták meg ezt. Ezt az elméleti értéket TV-k többsége messze nem érte el. A valóságban színes képnél, oda-vissza átkódolás után jó esetben is kb. a fele volt az elérhető felbontás, de erre még visszatérek.

PAL megjelenítés

Technikailag a kép felbontása a stúdióban, majd összeállítása a néző oldalán is elektronsugárral történt. Az elektronsugár eltérítése elektromos vagy mágneses térrel történt. Az előbbi sokkal gyorsabb letapogatást tesz lehetővé, de az eltérítés mértéke sokkal kisebb, tehát hosszabb útra van szükség ugyanakkora eltérítéshez. A mágneses eltérítésnél annak szöge sokkal nagyobb, de a mágneses tér kialakításához szükséges  tekercs limitálja az elérhető frekvenciát. Többek között az okoz gondot, hogy a tekercsben lévő mágneses tér a felhalmozott energia miatt az eltérítés “ellen dolgozik” és idő kell ahhoz, hogy az elektronsugár visszatérjen a következő sor elejére. A gyakorlatban a televíziókban a mágneses eltérítés terjedt el, mert készülékek így nem lettek túl mélyek. A láthatatlan vízszintes képpontok és sorok az elektronsugár visszafutásához kellettek, de nem mentek veszendőbe. Ahhoz hogy a kamera által látott és a TV-n megjelenített kép egyezzen a két eszköz elektronsugarait szinkronban kell tartani. Ehhez szinkronjeleket kell hozzáadni az átvitt jelhez, méghozzá úgy hogy a készülék a vízszintes és a függőleges eltérítést is szinkronba tudja hozni. A könyvolvasós példával élve így tud megfelelő időpillanatban átlépni a következő sor elejére, illetve lapozni a készülék. A visszafutásnál elvesztett időszeletek tökéletesnek bizonyultak a sor és képszinkron jelek elrejtésére. Már csak arra volt szükség, hogy az elektronsugarat lekapcsolják, hogy az ne rajzoljon fölösleges csíkokat a képernyőre.

Összeállítva a fentieket és a TVC hardver leírás releváns ábráját kiegészítve a videójel a következő képen látható módon alakul. 0-1 V közötti értéket vehet fel 75 Ohm-os lezárás mellett. A szabvány szerint 4 kitüntetett jelszint van 0% (0 V) szinkron, kioltás (0,285 V), 30% (0,3 V) fekete, 100% (1 V) fehér. A jelszint jelentős részét használták fel arra, hogy könnyen, egyszerű áramkörrel is detektálható, üzembiztos legyen a szinkron. A visszafutás ideje alatt ahol nincs kép a jelszint 0,285V, tehát a feketénél is feketébb a jelszint, az elektronsugár biztosan nem válik láthatóvá. Az érdemi kép bármi lehet fekete (0,3V) és fehér (1V) között. Az egyes modulált RF csatornák sávszélességét 7-8 MHz között határozták meg, de a valóságban a készülékek jó része ennél gyengébb átvitellel rendelkezett amit természetesen az alapsávi (videó) jel sávszélességét, tehát a kép részletességét tovább csökkentette.

Compisite videojel

A fekete fehér kép nagyon vázlatos leírása után a színes kép átvitelét éppen csak érintem. ennek az oka az, hogy a PAL, NTSC vagy SECAM rendszer leírása sokkal bonyolultabb. Ráadásul amiért belevágtam ebbe a bejegyzésbe ahhoz nincs szükség, csak a hiányosságok leírására. Ahogy azt egy kedves tanárom megfogalmazta, az eredeti jelbe valahogy bele kellett “heftölni” a színeket. Mindenkinek tanítják a színkeverés alapjait, ugye ebben a rendszerben a 3 három alapszín a piros (R), a zöld (G) és a kék (B). A trükk az, hogy az emberi szem sokkal kevésbé érzékeny a színekre, mint a világosság jelre, márpedig a fekete-fehér TV-nél csak a világosság (Y=R+G+B) volt meg. Ha már van világosság, akkor elég átvinni két különbségi jelet: kék-világosság (U) és piros-világosság (V) súlyozott különbségét. A YUV jel mögötti matek sima összeadás és kivonás ami egyszerű kapcsolással megvalósítható, akit mélyebben érdekel, az a részletes leírást a wikipedia-n olvashatja el. A lényeg az, hogy az U és V jelekhez fele akkora sávszélesség és ezzel fele akkora felbontás tartozik, mint az Y jelhez. Rendszertől függően az U és V jeleket egy nagyfrekvenciás vivőjelre modulálva keverik hozzá az alap videójelhez. Ez a “spektrumbeszövés” kis mértékben rontotta fekete-fehér vételnél a képminőséget, a színes meg már az előzetes sávszélesség limitáció miatt sem volt túl fényes. Hogy még csavarjunk a dolgon a tőkések által használt PAL és az USA-s NTSC esetén a vivőjelet is át kellett vinni fázishelyesen, így az a sorvisszafutás fekete részére került color burst-ként. Ezt a visszafutásnál a hátsó vállra került, ahogy az előző képen is látható. A keleti blokk országai a különc franciáktól vették át a SECAM rendszert, ami a fázishelyességre nem volt érzékeny, cserébe a függőleges felbontást is felezték a szín jeleknél, mert a SECAM rendszer soronként felváltva vitte át az U és V jeleket.

Most, hogy leírtam az elméletet és azt, hogy a felbontás minden irányban finoman fogalmazva is gyenge volt végre rátérhetek, hogy ez hogyan befolyásolta a házi számítógépeket. Kezdeném a legegyszerűbb darabokkal, azokkal amik csak fekete-fehér képet tudtak adni. Ha TV-t akartak használni megjelenítőnek és ha minden tökéletesen működött volna, akkor 576×704 képponttal gazdálkodhattak volna. A valóságban ha erre kiraktak volna egy 8×8 képpontból álló karakterkészletet (88karakter/sor, 72 sor), akkor azt senki nem olvasta volna el. A gyakorlatban rögtön több okot fel tudok sorolni, hogy mi volt ennek az oka:

  • A szinkronizálás, visszafutás, kioltás pontossága miatt minden egyes készüléknél máshol kezdődött a látható kép. Ezért aztán a tervezők létrehoztak egy biztonsági keretet (bordert) ahová nem került megjelenített szöveg vagy grafika
  • A 8 bitesek szinte kivétel nélkül ugyanazt a képet jelenítették meg mind a két félképnél. Így kevésbé vibrált a kép, de felére csökkent a függőleges felbontás
  • A TV-k videójel sávszélessége nem érte el az elméleti lehetőségeket, ez a vízszintes felbontást is rontotta, ráadásul ha még el is érte volna, akkor egy kis méretű kijelzőn 80 karaktert a szemnek erősen ártott volna.
  • A sávszélességet tovább rontotta, hogy a legtöbb televízión nem volt videó bemenet, így az alapsávi jelet csak kétszeri átalakítás (moduláció/demoduláció) után tudta csak megjeleníteni. Ez a moduláció, majd demoduláció tovább rontotta a képet, mert az “adó” oldalon nem egy precízen felépített, teljesen szabványos áramkör volt, míg a vevő oldalon a szűrők további információt vágtak le.

A gépeket tehát úgy tervezték, hogy egy gyenge minőségű TV-n is el tudja olvasni a felhasználó a kiírt szöveget. A 40×25 karakteres vagy 320×200-as grafikus felbontás jó kompromisszumnak bizonyult. Ez még a gépek memóriáját sem terhelte meg nagyon, itt arra gondolok, hogy a megjelenített kép méretét az is korlátozta, hogy azt bizony a nem túl bő memóriából is le kellett vonni. Mindent összevetve a HT-1080z 64 karakter/sor üzemmódja egy junoszt esetén már eléggé határeset, de egy Philips mono monitornál szépen olvasható. Színes megjelenítésnél a fentiek fokozottan igazak, mert a kép elérhető felbontása a PAL/NTSC kódolás miatt eleve csak a fele a monokrómnak. Persze egyes esetekben, grafikus üzemmódban a színek összemosása hasznos is lehet, a már említett 320×200 képpont környékén alakult az a kép amit még elfogadható minőségben meg lehetett jeleníteni színes kompozit videojel esetén. Amigával természetesen lehetett nagy felbontású interlaced módot használni, ha bírta az ember szemmel, de én ma sem erőltetném kompozit kimenetnél ezt. A jobb gépeknél az RF és kompozit kivezetés mellett, vagy helyett az S-video vagy RGB jelet is el lehet érni. A minőségi sorrend is a fentivel egyezik meg, az RF és a kompozit hibáiról már írtam. Az S-video két jelből áll, a világosság jel mellé a kompozitnál is használt vivőjeles színkülönbséget állítják elő, azonban ha szerencsénk van, akkor az nincs aluláteresztő szűrőn átvezetve, így a színjelek felbontása is megmarad a világosság jel szintjén. Persze az oda-vissza kódolás rontja a jel minőségét az RGB-hez képest, megjelenik a fázishiba is, de még így is sokkal jobb, mint a kompozit. Az RGB-nél maga az alap jel érhető el amiből az összes többit állítják elő, ezt például monitorral, vagy a TV SCART bemenetére kötve kaphatunk a többiekhez képest éles képet.

A videójel előállítását végző áramkör megvalósítása alap esetben nem túl bonyolult. Egy jól kiválasztott órajelből számlálóláncokkal előállíthatóak a szinkronjelek, illetve az éppen megjelenítendő karakter vagy képpont címe. A Primo tervezői TTL áramkörökkel valósították meg a megjelenítést. A számlánc kimenetét egyszerre használják a memória címzésére, a szinkron jelek és a kioltás előállítására. Az egyszerűsége és olcsósága volt az előnye, míg a hátránya az, hogy egyetlen fix felbontást ismert csak. A megjelenítés lehetett még szoftver alapú, mint például a ZX81 esetében ahol a CPU vagy a megjelenítést, vagy a szoftver futtatását végzi. Slow mode esetén az utóbbit csak sorvisszafutás alatt, így nem zavarva a megjelenítést. A legszebb megoldást egy megjelenítés vezérlő (CRTC) áramkör alkalmazása jelenti. Ennek a megfelelő programozásával több felbontás is megvalósítható, természetesen ennek ára van. Talán a leginkább elterjedt az MC6845, ezt használta több Z80 alapú gép (TVC, Amstrad), de az első PC-s kártyák (CGA, MDA) is. Azonban minden esetben elmondható, hogy az alapelv ugyanaz, mint a Primo esetében. Van egy órajel amiből előállítják a videojelhez szükséges komponenseket. Még az analóg VGA is nagyon hasonló, bár a szinkronjeleket (horizontal/vertical) és a színeket (RGB) külön vezetik ki, a frekvenciák is eltérnek,  digitális PLL áramköröket használ a megjelenítő, de a végén a CRT majdnem úgy szinkronizál és működik, mint a TV esetében.

Primo video felépítés

Nehéz tömören összefoglalni a leírtakat. A lényeg talán az, hogy a televíziózáshoz felhasznált videójel megtervezésénél nem a maximális minőséget, hanem egy kompromisszumos, olcsó, viszonylag stabil, elfogadható felbontású rendszert terveztek. A home computerek ezt kezdték el használni, mint könnyen hozzáférhető megjelenítőt és ehhez idomították a felbontást. Az áramkörök ugyan sokfélék lehettek, de az alapelv szinte ugyanaz maradt egészen az analóg VGA jellel bezárólag.

Találatok: 60



1 thought on “Megjelenítés és videó jel”

  • Üdvözlöm!

    Nagy örömmel olvastam ezt a cikket. Utoljára középiskolában volt alkalmam bárkivel is beszélgetni erről a témáról, ma már senkit sem érdekel.
    Digitális korszak ide, digitális korszak oda, az analóg cuccokról nem tudok lejönni. Egyszerűen imádom. Ma már alig vannak emberek, akik tudják hogyan működnek a tranzisztorok, pedig nap mint nap használnak belőle több milliót. 🙂
    Ezer köszönet a cikkért!

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.