CN1161511A - 电脑游戏机系统视频产生用增强器 - Google Patents

Abstract

在将其视频扫描产生线路中的扫描地址总线，扫描数据总线及相关控制信号线外接的电脑游戏机系统，加入连接总线和信号线的增强器。增强器内置一组字符码存储器，作为扩展用字符码显示页。利用电脑内显示页扫描地址及字符码值，去读出增强器内字符码存储器相应地址内的扩展字符码，便可得到扩展多一倍字长的新字符码，用新字符码换算出相关地址去读出增强器内的字符发生器中相应数值，从而令同一固定画面内可自由使用的字符数大量增加。

Description

电脑游戏机系统视频产生用增强器

概括地说，本发明涉及电脑游戏机系统，具体地说，本发明涉及电脑游戏机系统的视频产生用增强器。

以往的电脑游戏机系统中从设计时便固定了其图形显示能力。对于用字符/图形块(简略起见以下一律都当作为字符)作扫描显示单位的设计，其字符码区大小决定了其画面显示区大小，每个字符码的二进制位(BIT)数决定了可显示的不同字符码总数。以日本任天堂公司HVC-001家用电脑游戏机来说有两页显示页，每页可显示960个字符/图形(32字×30行)，其字符/图形块是由8×8显示点组成的，即全画面由水平256点×垂直240点组成，每个字符码用一个字节(BYTE)表示，故最大表达能力是256个不同字符。也就是说每幅画面中只能有最多256个不同字符来填满960个字符显示，显示能力受很大限制。电子工业出版社1994年11月出版的“电脑游戏机硬件及编程技术”中对上述结构有清楚介绍。

要探索如何令显示画面中不同字符总数增多的方法之前，先来看看显示画面的扫描产生过程。

下面以任天堂公司的HVC-001游戏机为例进行说明。HVC-001游戏机与游戏卡带的连接部份包含有扫描地址总线和扫描数据总线，令HVC-001游戏机的PPU(图像处理器)连接卡带中CGROM或CGRAM。另外还有程序用地址总线和数据总线令HVC-001游戏机的CPU(中央处理器)连接卡带中程序的ROM或RAM等，当然还有相应的控制信号线相连(参照图1)。

当软件把要显示的字符码写入显示页某地址后，扫描控制电路有规律地以固定方式扫描显示页对应的字符码区。举例说，字符码区头32字节代表第一行32字符，即画面的头8条水平显示线，每线256点。获取显示点阵资料的过程是：按扫描位置(第几线、第几点)电脑游戏机系统自动计算出对应字符码区地址，再读取字符码区地址的内存值，然后计算出字符点阵码存放的地址，再从游戏卡带中读出相应地址中点阵码作显示。在HVC-001游戏机中，每个8×8点定符图形块是由8×8×2层共16个字节组成，前8字节为一组8×8点阵，后8字节为另一组8×8点阵；由两组叠起来看，每一显示点便有两位二进位来构成四色的选择(HVC-001游戏机的选色方式不在此详述)。参照图2，假设显示画面的第一行第一字是代码41H(十六进制码)，代表“A”字符，第二字是代码4DH，代表“M”字符。则图像处理器PPU先发出扫描地址VA-0000给主机内的VRAM，读出字符码41H，然后再发出另一地址给VRAM，读出与VA-0000相关的取色组号(与选色有关，在此省略不述)，然后按之前读出的字符码41H算出CG地址CA-0410和CA-0418，然后分两次从游戏卡带中的CGROM或CGRAM中读出两字节数据，经PPU选色合成为第一水平显示线前8点显示点输出。同理，下一字符码4DH从VRAM地址VA-0001被读出，接着是从相关另一地址中读出选色组号，再从卡带中地址CA-04D0和CA-04D8中读出两字节数据来合成第一水平显示线第二组8点显示点输出，如此类推。到扫描第二水平显示线时，同样会读出VA-0000，但CG地址自动算成CA-0411和CA-0419；同样，VA-0001之后的CG地址也算成为CA-04D1和CA-04D9，……如此类推，240条水平显示线输出完毕。令用户看到一幅显示画面，每秒60次(NTSC制式)或50次(PAL制式)。

由上述的介绍，可知HVC-001游戏机的字符表达能力受制于256个变化，每字符由16字节来定义，故CG ROM或CG RAM只需4K(4096)字节便足够。不过由于背景用字符和卡通用字符在HVC-001游戏机中可共用相同256个字符或各自的256个字符，故一般都以8K(8192)字节用作背景和卡通各自的字符组。

现在回过头来看看有哪些方法可以令一幅画面中出现的字符变化不限于256种，令960字符的一幅画面中可以表达更多的内容(例如，要用全画面来表示汉字，无一重复的话，便要有960种字符图形变化)。

一个可行而又被广泛使用的方法是使用多于4K字节的CGROM(或CGRAM)来提供超过256字符的显示能力(通常是整数倍，例如使用32K，64K，128K，256K字节CGROM等等)，并使用一个(或一组)新订I/O地址，利用写入不同值来选择CGROM(或CGRAM)中任一区作4KCG区；或再进一步，把4KCG区细分为2Kx2或1Kx4分区，用不同I/O地址的写入值独立地选择这些分区对应CGROM中某一段地址空间供显示扫描之用。

虽然有超过256个字符可供使用，但仍受制于字符码是8位二进位，即一个字节，始终只有256种变化。要能在一幅画面上显示更多不同字符的话，最常用的方法便是把画面分为两段或以上，在每段扫描显示之前先以相关的I/O写入值来设定此时HVC-001的4K字节CG空间映射为游戏卡中CGROM/CGRAM的哪一段地址空间。每设定一次，便可以有256个不同字符可用。由此引伸，完全能做到全画面960个字符无一相同，因而可以为HVC-001提供全图形显示方式(但此时只能使用CGRAM)；要令任一点的显示内容改变，只需修改此位置字符对应的CGRAM相应某16字节中的两字节内各一位二进位便可做到。例如，(从上往下，从左往右数)要改变第19条水平扫描线第12点，假设其对应的VRAM地址为VA-0041，字符码为21H，且对应游戏卡CGRAM地址CA-0210起到CA-021F止共16字节区域，则上述要修改的点便应该是CA-0212的D₄和CA-021A的D₄，改变这两位二进位便可令上述显示点的颜色改变(可以有四种变化，再加上相应选色组号，可在4色x4组中选定其中一组四色，详情在此不予叙述)。

上述把画面分成两段或以上的方法虽然可以提供大量显示符，但却有以下几方面的缺点：

第一，画面分割处有破绽。无论是用从画面扫描处起以软件计时，或预设硬件计时器于指定时间发出中断请求，再由中断服务子程序执行有关切换字符组空间等做法，往往因为中断是在主程序当前指令执行完成后才予以响应，因而不可能每次跟扫描时间都配合好；而用软件计时也会因为软件要兼顾其它计算和输出输入等处理，不能花大部份时间来计时而难以实用可行；再加上就算有时间可花，也难以保证准确捕捉每幅画面的起始扫描点，因而和使用硬件计时中断的方式一样，令切换字符组时画面上看到有断线出现在非固定位置上。这是因为切换并非准确地在水平扫描线的回描周期中发生，以致不能达到预期的字符完整地显示出来的效果。

第二，字符的更新速度或字符的组合灵活性受很大限制。如果采用前述把画面分成四段、切换四组字符组CGRAM的方法，实现960个字符自由定义(即等同全图形显示方式)的话，更新字符的速度就会很明显的慢下来。例如：在不使用临时关闭画面来更新字符码和字符内容的方法(以免画面时关时开产生抖动令人难以接受)时，只能利用每幅画面的垂直扫描信号回描周期以及其后出现的“空”扫描线时间作更新字符的话，时间便很有限(以PAL制625线隔行扫描即每幅画312.5线来算，扣掉画面内容240线，还余下72.5条“空”线，同理NISC制525线中空线有22.5线)。假设每次回描和空线时段最多可以允许软件更新128个字节VRAM或CGRAM内容的话，则全部时间用于更改VRAM内容可以更改四行文字行(每行32字符)的字符码；但却要用16倍时间(每字符由16字节定义)去更新字符定义内容，也就是更新CGRAM相应区域中内容；故每次只能实际更新约七个字符定义(7×16＝112)及七个字符码，因此需要2.3秒才可更新全部960个显示字符。对于需要快速更新画面内容的场合便不适用(例如游戏画面快速变化，全屏幕汉字编辑时快速换页等等)。

如果采用CGROM预先把大量字符的显示用数据固化，利用前述写入某个(组)I/O的写入值来切换字符组空间的方法，配合画面分段方式可以令一个画面中能出现多于256个不同字符显示，虽然其更新画面的速度可以很快(同样以每秒60次，每次可更新128字符码为例，1/15秒内可完全更新全体960个字符码)，但却有一个很大的限制，就是在每一画面分段中各字符码对应的CGROM区始终限制在同一个4K字节空间内，不能随意在全部CGROM大空间内显示互不相干互不规限的不同字符。

第三，由于字符码始终只有8位二进位256种变化，但利用前述方法令画面显示大量字符信息(例如：处理7000个汉字，16×16点方式，便要实际处理28000个8×8点字符)字符码数相差极大，软件的处理比较麻烦，要在每次更新画面字符码之前做相关的转换码计算，降低了软件的工作效率。

为了解决上述的瓶颈限制，本发明的一个目的是提供一种视频产生用增强器，这种增强器能把字符码长扩展一倍(或以上)，令同时表达的不同字符数量大为增加，以HVC-001游戏机为例，目标不但是超过256个、超过960个、更希望能达到32768或65536个字符能自由在画面中显示的实用程度。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述视频产生用增强器的电脑游戏机系统。

本发明的电脑游戏机系统，包含有：

(a)一个电脑游戏机；

(b)一个电脑游戏软件载体用以存储电脑游戏程序，它包含有：

(i)扩展VRAM(视频显示用字符码存储器)用于使显示用字符码长增加一倍或以上，令可作显示用字符总数大为增加；

(ii)字符产生器用存储器，用以存储字符显示用点阵资料；

(iii)扩展控制电路，从连接前述电脑游戏机的信号总线中获取扫描显示过程中出现的每个原字符码及其在前述电脑游戏机中的VRAM地址，去发出相关地址予前述扩展VRAM，去读出对应的扩展字符码，然后根据前述原字符码和前述扩展字符码连成的新字符码，向前述字符产生器用存储器发出换算后的地址，读取属于前述新字符码的字符显示用点阵资料，再经连接前述电脑游戏机的信号总线传回前述电脑游戏机供显示输出之用；

(c)电脑游戏机与电脑游戏软件载体之间由各信号总线来连接，包括CPU用地址总线、数据总线和相关控制信号线，还有PPU用地址总线、数据总线和相关控制信号线。

现在参照附图描述本发明的最佳实施例。

图1是表示先有技术的电脑游戏机系统主机的电路方框图；

图2示出了先有技术电脑游戏机系统所采用的字符表示方法。

图3是表示本发明一个实施例的电脑游戏机系统主机的电路方框图。

图4表示本发明另一个实施例的电脑游戏机系统主机的电路方框图。

图5示出了本发明的电脑游戏机系统所采用的字符表示方法。

参照图3，在外接卡线路中加入一个连接PPU的扩展VRAM，以及一个相关的扩展控制电路，并将原来图1中直接连接PPU地址及控制信号的CG部分，改为先经过控制电路后才接上CG(ROM或RAM)。再参照图5，当PPU发出VRAM地址去读取主机电路板上的VRAM时，上述扩展控制电路便根据VRAM地址，经转换后向扩展VRAM发出扩展VRAM地址，并把从主机VRAM读出的数据和从扩展VRAM读出的数据连成加倍字长的新字符码(扩展VRAM被映射到PPU地址空间某一段，其内容可以由软件随意设定)；根据新字符码，扩展控制电路便可以向CG(ROM或RAM)发出相应CG地址(若每字符由8×8点一层组成，CG地址便是新字符码乘以8，若每字符由8×8×2层组成，CG地址便是新字符码乘以16)，此时读出的CG数据便是新字符码对应的字符点阵资料，从而可以在同一个画面上实现大量字符任意使用，使原来受限制的显示能力得到突破，可以很容易实现全屏幕图象显示，也可以实现汉字和多国文字的快速处理和简易显示方法。例如，使用256K字节CG(ROM或RAM)时，可以有32768个8×8×1层字符或16384个8×8×2层字符，故可以预先定义8192个16×16×1层(两色选择)汉字或4096个16×16×2层(4色选择)汉字；同理，多国文字也易于预先定义供自由使用，只要每次把长字符码分成两字节存入主机的VRAM和扩展VRAM便可以。

这种方法还有一个好处，就是可以减轻软件负担，令显示用字符码与汉字等图形字符的标准内码有一种简单换算关系。从而令软件可以把更多的CPU运算时间用在其它游戏/程序功能和效果上。

图4是图3的演变，它规定CG要使用RAM(这其实也是图4中最常用的实施方案)，并把扩展VRAM规划到CGRAM的某个指定区域中，省去了一个独立RAM元件。但图4原理与图3是相同的，只不过最后CG输出的字符点阵资料并非直接放在PPU数据总线上，而是经过扩展控制电路输出到PPU数据线总线上；但只要扩展控制电路的速度足够快，实际效果将不受影响。

尽管上文对本发明的最佳实施例作了描述，但本发明并不仅仅局限于上述实施例。例如，本发明的实施例并不仅限于8位二进位字长的字符码扩展，同样适合16位二进位或以上字长的字符码扩展实施例。对于本领域的普通技术人员来说，只要不脱离本发明的思想和精神实质，是可以对本发明作出各种改型的。因而本发明所要求保护的范围由所附权利要求书来限定。

本申请中所用缩写注解：

CPU：Central Processing Unit中央处理器

PPU：Picture Processing Unit图象处理器

ROM：Read Only Memory只读存储器

RAM：Random Access Memory随机存取存储器

CG：Character Generator字符发生器

VRAM：Video RAM视频显示用字符存储器

CGROM：由ROM构成的字符发生器用存储器

CGRAM：由RAM构成的字符发生器用存储器

Claims (2)

1.一种电脑游戏机系统中，包含有：

(a)一个电脑游戏机；

(b)一个电脑游戏软件载体用以存储电脑游戏程序，它包含有：

(i)扩展VRAM(视频显示用字符码在存储器)用于使显示用字符码长增加一倍或以上，令可作显示用字符总数大为增加；

(ii)字符产生器用存储器，用以存储字符显示用点阵资料；

(iii)扩展控制电路，从连接前述电脑游戏机的信号总线中获取扫描显示过程中出现的每个原字符码及其在前述电脑游戏机中的VRAM地址，去发出相关地址予前述扩展VRAM，去读出对应的扩展字符码，然后根据前述原字符码和前述扩展字符码连成的新字符码，向前述字符产生器用存储器发出换算后的地址，读取属于前述新字符码的字符显示用点阵资料，再经连接前述电脑游戏机的信号总线传回前述电脑游戏机供显示输出之用；

(c)电脑游戏机与电脑游戏软件载体之间由各信号总线来连接，包括CPU用地址总线、数据总线和相关控制信号线，还有PPU用地址总线、数据总线和相关控制信号线。

2.根据权利要求1的电脑游戏机系统，其特征在于前述扩展VRAM被前述字符产生器用存储器的其中一个部份所取代，即前述扩展控制电路从前述字符产生器用存储器指定部份读取扩展字符码，然后根据前述原字符码和前述扩展字符码连成的新字符码，向前述字符产生器用存储器发出换算后的地址，读取属于前述新字符码的字符显示用点阵资料，再经连接前述电脑游戏机的信号总线传回前述电脑游戏机供显示输出之用。

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