Hold-And-Modify , [1] [2] [3] generalmente abreviado como HAM , [4] es un modo de visualización de la computadora Commodore Amiga . [5] Utiliza una técnica muy inusual para expresar el color de los píxeles, permitiendo que aparezcan en la pantalla muchos más colores de los que serían posibles de otra manera. El modo HAM se usaba comúnmente para mostrar fotografías digitalizadas o cuadros de video, [6] arte en mapas de bits y ocasionalmente animaciones. En el momento del lanzamiento del Amiga en 1985, esta pantalla casi fotorrealista no tenía precedentes para una computadora doméstica y fue ampliamente utilizada para demostrar la capacidad gráfica del Amiga. [7] Sin embargo, HAM tiene importantes limitaciones técnicas que impiden que se utilice como modo de visualización de propósito general.
El chipset Amiga original utiliza una pantalla plana con un espacio de color RGB de 12 bits que produce 4096 colores posibles.
El mapa de bits del campo de juego se guardaba en una sección de la memoria principal conocida como chip RAM , que se compartía entre el sistema de visualización y la CPU principal . El sistema de visualización solía utilizar un sistema de color indexado con una paleta de colores .
El hardware contenía 32 registros que podían configurarse en cualquiera de los 4096 colores posibles, y la imagen podía acceder a hasta 32 valores utilizando 5 bits por píxel. El sexto bit disponible podría usarse en un modo de visualización conocido como Extra Half-Brite que reducía la luminosidad de ese píxel a la mitad, proporcionando una manera fácil de producir efectos de sombra. [2]
El chipset Amiga fue diseñado utilizando un espacio de color HSV ( tono , saturación y luminancia ), como era común en las primeras computadoras domésticas y consolas de juegos que dependían de televisores para su visualización. HSV se asigna más directamente al espacio de color YUV utilizado por los televisores en color NTSC y PAL , lo que requiere una electrónica de conversión más simple en comparación con la codificación RGB .
La televisión en color, cuando se transmite a través de un enlace de RF o de vídeo compuesto , utiliza un ancho de banda de croma muy reducido (codificado como dos componentes de diferencia de color, en lugar de tono + saturación) en comparación con el tercer componente, luma . Esto reduce sustancialmente la memoria y el ancho de banda necesarios para una determinada fidelidad de visualización percibida, al almacenar y transmitir la luminancia a resolución completa, pero la crominancia a una resolución relativamente más baja, una técnica compartida con técnicas de compresión de imágenes como JPEG y MPEG , así como en otros modos de vídeo basados en HSV/YUV, como la codificación YJK del chip V9958 MSX-Video (utilizado por primera vez en el MSX2+ ).
La variante de codificación HSV utilizada en la forma original de HAM permitía priorizar la actualización de la información de luminancia sobre el tono y particularmente la saturación, cambiando entre los tres componentes según fuera necesario, en comparación con el entrelazado más regular de luma de resolución completa ( ) con mitades individuales. - o cromas de un cuarto de resolución ( + ) como los utilizados por los estándares de vídeo digital posteriores. Esto ofreció considerables beneficios de eficiencia sobre RGB.
A medida que el diseño de Amiga migró de una consola de juegos a una computadora doméstica de uso más general, el conjunto de chips de video cambió de HSV al moderno modelo de color RGB , aparentemente negando gran parte de los beneficios del modo HAM. El líder del proyecto Amiga, Jay Miner, relata:
Hold and Modify surgió de un viaje para ver simuladores de vuelo en acción y tuve una especie de idea sobre un tipo primitivo de realidad virtual . NTSC en el chip significaba que se podía mantener el tono y cambiar la luminosidad alterando solo cuatro bits. Cuando cambiamos a RGB dije que ya no era necesario porque no era útil y le pedí al encargado del diseño del chip que lo quitara. Regresó y dijo que esto dejaría un gran agujero en el medio del chip o requeriría un rediseño de tres meses y que no podíamos hacer eso. No pensé que nadie lo usaría. Me equivoqué de nuevo porque eso realmente le ha dado al Amiga su ventaja en términos de paleta de colores.
La forma final de Hold-And-Modify fue, en cuanto a hardware, funcionalmente igual que el concepto HSV original, pero en lugar de operar en esos tres componentes descriptivos (principalmente priorizando el componente V), modifica uno de los tres canales de color RGB. . HAM puede considerarse una técnica de compresión con pérdida , similar en funcionamiento y eficiencia a JPEG menos la etapa DCT ; en el modo HAM6, un campo de juego efectivo de 4096 colores (12 bits) está codificado en la mitad de la memoria que normalmente se requeriría, y HAM8 reduce esto aún más, aproximadamente al 40%. Sin embargo, esta compresión simplista tiene una recompensa: se logra una mayor fidelidad general del color a expensas de los artefactos horizontales, causados por la incapacidad de establecer cualquier píxel en un valor arbitrario de 12 (o 18, 24) bits. En el extremo, pueden ser necesarios tres píxeles para cambiar de un color a otro, lo que reduce la resolución efectiva en ese punto de un modo de "320 píxeles" a aproximadamente "106 píxeles", y provoca que las manchas y las sombras se extiendan a lo largo de una línea de escaneo. a la derecha de una función de alto contraste si los 16 registros de paleta disponibles resultan insuficientes.
La "descompresión" del espacio de color codificado HAM se logra en tiempo real mediante el hardware de visualización, mientras se muestran los datos del búfer de gráficos. Cada píxel codificado actúa como un índice normal de los registros de la paleta de colores o como un comando para alterar directamente el valor contenido en el DAC de salida (algo así como actualizar solo un tercio del registro de la paleta activa) y se actúa inmediatamente como tal como pasa a través del chipset.
Cuando se lanzó Amiga en 1985, el modo HAM ofrecía una ventaja significativa sobre los sistemas de la competencia. HAM permite mostrar los 4096 colores simultáneamente, aunque con las limitaciones antes mencionadas. Esta visualización pseudofotorrealista no tenía precedentes para una computadora doméstica de la época y permitía la visualización de fotografías digitalizadas [7] e imágenes renderizadas en 3D. En comparación, el entonces estándar IBM-PC EGA permitía 16 colores en pantalla de una paleta de 64. El sucesor de EGA, VGA, lanzado en 1987 con su modo de juegos insignia, Modo 13h , permitía 256 colores en pantalla de 262.144. El modo HAM se usaba con frecuencia para demostrar la capacidad del Amiga en exhibidores de tiendas y presentaciones comerciales, ya que el hardware de la competencia no podía igualar la profundidad del color. Debido a las limitaciones descritas anteriormente, HAM se utilizó principalmente para mostrar imágenes estáticas y los desarrolladores evitaron en gran medida su uso con juegos o aplicaciones que requerían animación. [7]
El modo HAM solo se usó para el juego en doce juegos, comenzando con Pioneer Plague en 1988. Otros títulos de HAM incluyen Knights of the Crystallion , [7] [8] Links: The Challenge Of Golf , Overdrive (Infacto) , Kang Fu , AMRVoxel , RTG , Zdzislav: Hero Of The Galaxy 3D , OloFight y especies genéticas . [9]
Con la introducción de la Arquitectura de gráficos avanzada, una imagen plana convencional podría tener una paleta de 256 colores, ofreciendo una fidelidad de color significativamente mayor. El modo HAM original, con su resolución de color limitada, se volvió mucho menos atractivo para los usuarios de una máquina AGA, aunque todavía se incluía por compatibilidad con versiones anteriores. El nuevo modo HAM8 fue mucho menos útil para el chipset AGA que el modo HAM para el chipset original, ya que los modos más sencillos indexados de 256 colores (así como de mayor rendimiento, planos de 128 y 64 colores) aumentaron enormemente las opciones. al artista sin sufrir los inconvenientes de HAM. Un modo de paleta "en rodajas" bien programado podría resultar más útil que HAM8, con hasta 256 colores únicos por línea, suficiente para definir directamente un color distinto para cada píxel si se definiera un modo de vídeo de 256 píxeles de ancho. y en resoluciones más altas, incluso una sola paleta de 256 colores para toda la pantalla, y mucho menos cada línea, permitía una simulación mucho más efectiva y precisa de profundidades de color más altas usando difuminado que la que se podría lograr con solo 32.
El propósito original de HAM, que era permitir una mayor resolución de color a pesar del tamaño limitado del buffer de video y el ancho de banda de memoria limitado, se había vuelto en gran medida irrelevante gracias a la eliminación de esos límites. Como las computadoras más modernas son inherentemente capaces de mostrar pantallas en color verdadero de alta resolución sin ningún truco especial, ya no hay necesidad de técnicas de visualización como HAM; Dado que las tarjetas gráficas estilo PC que ofrecen modos como 800x600 SVGA en alto color (16 bpp o 65536 colores directamente seleccionables) ya estaban disponibles para Amiga en los últimos días de la plataforma, es poco probable que se produzcan más desarrollos en la plataforma. Esta técnica habría sido molestada si hubiera sobrevivido hasta nuestros días.
El modo HAM impone restricciones al valor de los píxeles adyacentes en cada línea horizontal del campo de juego. Para representar dos colores arbitrarios de forma adyacente, pueden ser necesarios hasta dos píxeles intermedios para cambiar al color deseado (si es necesario modificar todos los componentes rojo, verde y azul). En el peor de los casos, esto reduce la resolución cromática horizontal utilizable a la mitad, de 320~360 píxeles a 106~120. Aun así, se compara favorablemente con las tecnologías de vídeo contemporáneas como VHS , que tiene una resolución cromática de alrededor de 40 líneas de televisión , aproximadamente equivalente a 80 píxeles.
La visualización de este tipo de imágenes a través de una conexión de vídeo compuesto proporciona cierto suavizado horizontal que minimiza los artefactos de color. Pero si se utiliza un monitor RGB , los artefactos se vuelven particularmente notorios en áreas de fuerte contraste (fuertes gradientes de imagen horizontales ), donde pueden aparecer un artefacto o "franja" multicolor indeseable. Se utilizaron varias técnicas de renderizado para minimizar el impacto de las "flecos" y las pantallas HAM a menudo se diseñaron para incorporar sutiles gradientes de color horizontales, evitando bordes y contrastes verticales.
Mostrar una imagen a todo color en modo HAM requiere un preprocesamiento cuidadoso. Debido a que HAM solo puede modificar uno de los componentes RGB a la vez, es mejor lograr transiciones de color rápidas a lo largo de una línea de escaneo utilizando uno de los registros de color preestablecidos para estas transiciones. Para renderizar una imagen arbitraria, un programador puede optar por examinar primero la imagen original en busca de las transiciones más notables y luego asignar esos colores a uno de los registros, una técnica conocida como paletas adaptativas . Sin embargo, con sólo 16 registros disponibles en el modo HAM original, es común cierta pérdida en la fidelidad del color.
Además, el modo HAM no permite fácilmente una animación arbitraria de la pantalla. Por ejemplo, si se va a mover una porción arbitraria del campo de juego a otra posición en la pantalla, es posible que sea necesario volver a calcular los valores de Mantener y modificar en todas las líneas de origen y destino para mostrar la imagen correctamente (una operación que no muy adecuado para la animación). Específicamente, si el borde más a la izquierda del objeto animado contiene píxeles de "modificación", o si la imagen inmediatamente a la derecha del objeto contiene píxeles de "modificación", entonces esos valores de Mantener y modificar deben volver a calcularse. Un intento de mover un objeto por la pantalla (como con el uso del blitter ) creará franjas notables en los bordes izquierdo y derecho de esa imagen, a menos que los gráficos estén especialmente diseñados para evitar esto. Para evitar volver a calcular los valores de Mantener y modificar y evitar los márgenes, el programador tendría que asegurarse de que el píxel más a la izquierda de cada objeto blitter y el píxel más a la izquierda de cada línea de un campo de juego de desplazamiento sea un píxel "establecido". La paleta tendría que diseñarse para que incorpore cada uno de esos píxeles situados más a la izquierda. Alternativamente, una pantalla HAM se puede animar generando valores de píxeles mediante generación de procedimientos , aunque esto generalmente es útil solo para imágenes sintéticas, por ejemplo, los efectos de "arco iris" utilizados en demostraciones .
Sin embargo, tenga en cuenta que Mantener y modificar solo se aplica a los píxeles del campo de juego. Todavía hay 128 píxeles de datos de sprites (en modo DMA ) por línea de escaneo disponibles para colocarlos en la parte superior del campo de juego HAM.
El modo HAM6, llamado así por los 6 bits de datos por píxel, se introdujo con el conjunto de chips original y se mantuvo en el conjunto de chips mejorado y en la arquitectura de gráficos avanzada (AGA) posterior . HAM6 permite mostrar hasta 4096 colores simultáneamente en resoluciones de 320×200 a 360×576.
La codificación HAM6 utiliza seis bits por píxel: dos bits para control y cuatro bits para datos. [10] Si los dos bits de control se establecen en cero, los cuatro bits restantes se utilizan para indexar uno de los 16 registros de color preestablecidos, funcionando como un mapa de bits indexado normal. Los otros tres posibles patrones de bits de control indican que se debe usar el color del píxel anterior (a la izquierda) en la línea de exploración y que, en su lugar, se deben usar los bits de datos para modificar el valor del componente rojo, verde o azul. En consecuencia, existen cuatro posibilidades: [2] [7]
También está disponible un modo similar, HAM5, [11] [12] donde solo se utilizan 5 bits de datos por píxel. [10] El sexto bit siempre es cero, por lo que sólo se puede modificar el componente de color azul. [2] [13] Debido a que solo el componente azul se puede modificar sin un comando SET, el efecto se limita a un aumento moderado del número de tonos de color amarillo-azul mostrados. Este modo no es tan flexible como HAM6 y no se usa mucho. [14] [15]
En el chipset AGA, HAM5 ya no existe. [dieciséis]
También es posible utilizar el modo HAM con 4 planos de bits. El uso práctico es limitado, pero esta técnica se utilizó en demostraciones. [14] [17] [15]
Es posible configurar el modo HAM con 7 planos de bits en OCS/ECS, pero eso usará solo 4 planos de bits. Esta técnica se demostró en la demostración "HAM Eager". [18] En el chipset AGA, HAM7 ya no existe. [dieciséis]
El chipset Amiga original incluía un chip de soporte conocido como " Cobre " que maneja las interrupciones y otras tareas de sincronización y limpieza independientemente de la CPU y el sistema de video. Usando Copper, es posible modificar los registros del chipset o interrumpir la CPU en cualquier coordenada de visualización de forma sincrónica con la salida de video. Esto permite a los programadores utilizar código específico de Copper ensamblado en una Copperlist o código de CPU para efectos de vídeo con una sobrecarga muy baja.
Utilizando esta técnica, los programadores desarrollaron el modo Sliced HAM [19] o SHAM , también conocido como Dynamic HAM . [20] SHAM cambia algunos o todos los registros de color en líneas de escaneo seleccionadas para cambiar la paleta durante la visualización. Esto significa que cada línea de escaneo puede tener su propio conjunto de 16 colores base. Esto elimina algunas limitaciones causadas por la paleta limitada, que luego se puede elegir por línea en lugar de por imagen. Las únicas desventajas de este enfoque son que Copperlist utiliza ciclos de reloj adicionales de la RAM del chip para los cambios de registro, que la imagen no es solo de mapa de bits y la complejidad adicional de configurar el modo SHAM.
Esta técnica no se limita a HAM y también se utilizó ampliamente con los modos gráficos más convencionales de la máquina. Dynamic HiRes utiliza una técnica de cambio de paleta similar para producir 16 colores por línea en los modos de alta resolución, mientras que HAM está limitado a baja resolución pero permite 16 colores indexados y modificaciones de los mismos.
La idea SHAM quedó obsoleta cuando se introdujo HAM8 con el chipset AGA, [21] ya que incluso una imagen HAM8 sin cortes tiene mucha más resolución de color que una imagen HAM6 cortada. Sin embargo, SHAM sigue siendo el mejor modo HAM disponible en aquellos Amigas con chipsets OCS o ECS.
Con el lanzamiento de la Arquitectura de gráficos avanzada (AGA) en 1992, el modo HAM original pasó a llamarse "HAM6" y se introdujo un nuevo modo "HAM8" (el sufijo numerado representa los planos de bits utilizados por el modo HAM respectivo). Con AGA, en lugar de 4 bits por componente de color, Amiga ahora tenía hasta 8 bits por componente de color, lo que daba como resultado 16.777.216 colores posibles (espacio de color de 24 bits).
HAM8 funciona de la misma manera que HAM6, usando dos bits de "control" por píxel, pero con seis bits de datos por píxel en lugar de cuatro. La operación de configuración selecciona de una paleta de 64 colores en lugar de 16. La operación de modificación modifica los seis bits más significativos del componente de color rojo, verde o azul; esta operación no puede alterar los dos bits menos significativos del color y permanecen según lo establecido por la operación de configuración más reciente.
En comparación con HAM6, HAM8 puede mostrar muchos más colores en pantalla. Se informó ampliamente que el número máximo de colores en pantalla usando HAM8 era 262,144 colores (espacio de color RGB de 18 bits). De hecho, el número máximo de colores únicos en pantalla puede ser superior a 262.144, dependiendo de los dos bits menos significativos de cada componente de color en la paleta de 64 colores. En teoría, los 16,7 millones de colores podrían mostrarse con una pantalla lo suficientemente grande y una paleta base adecuada, pero en la práctica las limitaciones para lograr una precisión total significan que los dos bits menos significativos normalmente se ignoran. En general, la profundidad de color percibida del HAM8 es aproximadamente equivalente a una pantalla de colores intensos.
Las resoluciones de pantalla vertical para HAM8 son las mismas que para HAM6. La resolución horizontal puede ser 320 (360 con sobreescaneo) como antes, duplicada a 640 (720 con sobreescaneo) o incluso cuadriplicada a 1280 píxeles (1440 con sobreescaneo). El chipset AGA también introdujo resoluciones aún más altas para los modos de visualización plana tradicionales. El número total de píxeles en una imagen HAM8 no puede exceder los 829,440 (1440×576) usando los modos PAL, pero puede exceder los 1,310,720 (1280×1024) usando hardware de visualización de terceros (Indivision AGA flicker-fixer ).
Al igual que el modo HAM original, una pantalla HAM8 no puede mostrar ningún color arbitrario en ninguna posición arbitraria, ya que cada píxel depende de una paleta limitada o de hasta dos componentes de color del píxel anterior. Al igual que con el modo HAM original, los diseñadores también pueden optar por "cortar" la pantalla (ver arriba) para eludir algunas de estas restricciones.
HAM es exclusivo de Amiga y sus distintos conjuntos de chips. Para permitir la representación directa de imágenes heredadas codificadas en formato HAM, se han desarrollado emuladores HAM basados en software que no requieren el hardware de visualización original. Las versiones anteriores a 4.0 de AmigaOS pueden usar el modo HAM en presencia del chipset nativo de Amiga. AmigaOS 4.0 y superiores, diseñado para hardware radicalmente diferente, proporciona emulación HAM para su uso en hardware de gráficos moderno y grueso . Los emuladores de Amiga dedicados que se ejecutan en hardware no nativo pueden mostrar el modo HAM mediante la emulación del hardware de pantalla. Sin embargo, dado que ninguna otra arquitectura de computadora utilizó la técnica HAM, ver una imagen HAM en cualquier otra arquitectura requiere una interpretación programática del archivo de imagen. Una decodificación fiel basada en software producirá resultados idénticos, dejando de lado las variaciones en la fidelidad del color entre configuraciones de pantalla.
Sin embargo, si el objetivo es simplemente mostrar una imagen SHAM en una plataforma que no sea Amiga, los valores de color requeridos pueden calcularse previamente en función de las entradas de paleta que se programan a través de Copperlist, independientemente de si la paleta se modifica en el medio. de una línea de exploración. Siempre es posible convertir una imagen HAM o SHAM sin pérdidas a una paleta de 32 bits.
Un dispositivo producido por Black Belt conocido como HAM-E fue capaz de producir imágenes con profundidad de color HAM8 a baja resolución horizontal desde un Amiga con un chipset original. [22]
El Amiga estaría configurado para producir imágenes de alta resolución (640 píxeles de ancho, 720 con sobreexploración). Esto requirió el uso de cuatro planos de bits a 70 ns por píxel. Las primeras líneas de la imagen codificaron información para configurar la unidad HAM-E. Luego, cada par de píxeles se codificó con información para la unidad HAM-E, que convirtió la información en un píxel de 140 ns (generando una imagen de 320 píxeles de ancho, o 360 con sobreexploración, con una profundidad de color de ocho planos de bits). Por tanto, la calidad de HAM-E era comparable a la de una imagen HAM8 de baja resolución. La técnica HAM-E aprovechó el hecho de que una imagen de alta resolución con cuatro planos de bits ofrece un tercio más de ancho de banda de memoria y, por tanto, un tercio más de datos que una imagen de baja resolución con seis planos de bits.
La técnica HAM también se implementó en los modos HAM256 y HAM8x1 de ULAplus/HAM256/HAM8x1 para el ZX Spectrum , donde brinda la capacidad de mostrar 256 colores en pantalla, modificando una paleta de colores base 64. [23] [24] [25] [26]
El HAM, muy similar al Amiga HAM8, es parte del HGFX , un sistema basado en planos , proporcionado en forma de extensión FPGA del circuito de video original ( ULA ), para computadoras ZX Spectrum . Propuesto y probado con el emulador LnxSpectrum como HGFX/Q, realizado en la computadora eLeMeNt ZX , [27] [28] en 2021.
