保留と変更

Hold-And-Modify、^{[1] [2] [3]}は通常HAM、^{[4]と略される、}コモドールのAmigaコンピュータの表示モードです。^[5]このモードでは、ピクセルの色を表現するのに非常に珍しい技術が使用されており、他の方法では不可能なほど多くの色を画面に表示できます。 HAM モードは、デジタル化された写真やビデオ フレーム、^[6]ビットマップ アート、時にはアニメーションを表示するためによく使用されました。 1985 年の Amiga 発売当時、このフォトリアリスティックに近い表示は家庭用コンピュータでは前例がなく、Amiga のグラフィック機能をデモンストレーションするために広く使用されました。^[7]ただし、HAM には重大な技術的制限があり、汎用の表示モードとして使用するには至っていません。

オリジナルのAmiga チップセットは、 4096 色を生成できる 12 ビットRGB カラー スペースを備えた平面ディスプレイを使用します。

プレイフィールドのビットマップは、チップ RAMと呼ばれるメイン メモリのセクションに保存され、ディスプレイ システムとメインCPUで共有されていました。ディスプレイ システムは通常、カラー パレットを使用したインデックス カラーシステムを使用していました。

ハードウェアには4096 色のいずれかに設定できる32 個のレジスタがあり、画像はピクセルあたり 5 ビットを使用して最大 32 個の値にアクセスできます。使用可能な 6 番目のビットは、エクストラ ハーフ ブライトと呼ばれる表示モードで使用でき、そのピクセルの輝度を半分に減らして、影の効果を簡単に生成できます。^[2]

Amiga チップセットは、表示にテレビを使用していた初期の家庭用コンピュータやゲーム機で一般的だったHSV (色相、彩度、輝度) カラー スペースを使用して設計されました。HSV は、 NTSCおよびPALカラー テレビで使用されるYUVカラー スペースに直接マップされるため、 RGB エンコーディングに比べて変換電子機器が簡単になります。

カラーテレビは、RFまたは複合ビデオリンクを介して送信される場合、3 番目のコンポーネントである輝度と比較して、はるかに狭い彩度帯域幅 (色相 + 彩度ではなく、2 つの色差コンポーネントとしてエンコード) を使用します。これにより、輝度をフル解像度で保存および送信し、色度を比較的低い解像度で保存および送信することで、所定の知覚忠実度の表示に必要なメモリと帯域幅が大幅に削減されます。この手法は、JPEGやMPEGなどの画像圧縮手法や、 V9958 MSX ビデオチップ (最初にMSX2+で使用)のYJKエンコードなどの他の HSV/YUV ベースのビデオモードでも使用されています。

HAM の元の形式で使用されていた HSV エンコードのバリアントでは、フル解像度の輝度 ( ) と個々の半分または 1/4 解像度の彩度( + ) のインターリーブが後のデジタル ビデオ標準で使用されるのに対し、必要に応じて 3 つのコンポーネントを切り替えることで、色相、特に彩度よりも輝度情報の更新を優先することができました。これにより、RGB に比べて効率が大幅に向上しました。 ${\displaystyle Y}$${\displaystyle U}$${\displaystyle V}$

Amiga の設計がゲーム機からより汎用的な家庭用コンピュータへと移行するにつれ、ビデオ チップセット自体がHSVから最新のRGB カラー モデルに変更され、HAM モードの利点の多くが打ち消されたようです。Amiga プロジェクトのリーダーであるJay Miner は次のように語っています。

最終的な形式の Hold-And-Modify は、ハードウェア的には、機能的には元の HSV コンセプトと同じでしたが、3 つの記述コンポーネント (主に V コンポーネントを優先) を操作する代わりに、3 つの RGB カラー チャネルの 1 つを変更します。HAM は、DCTステージを除いた JPEG と操作と効率が似ている非可逆圧縮技術と考えることができます。HAM6 モードでは、有効な 4096 色 (12 ビット) のプレイフィールドが、通常必要なメモリの半分でエンコードされます。HAM8 では、これがさらに削減され、約 40% になります。ただし、この単純な圧縮には、全体的な色の忠実度が向上する代わりに、単一のピクセルを任意の 12 (または 18、24) ビット値に設定できないために生じる水平方向のアーティファクトが犠牲になります。極端な場合、ある色から別の色に変更するのに 3 ピクセルかかることがあり、その時点での有効解像度が「320 ピクセル」モードから約「106 ピクセル」モードに低下し、使用可能な 16 個のパレット レジスタが不十分な場合は、高コントラストの特徴の右側のスキャンラインに沿って汚れや影が広がる原因になります。

HAM エンコードされたカラー スペースの「解凍」は、グラフィックス バッファ データが表示されるときに、ディスプレイ ハードウェアによってリアルタイムで実行されます。エンコードされた各ピクセルは、カラー パレット レジスタへの通常のインデックスとして、または出力DACに保持されている値を直接変更するコマンドとして機能し(アクティブ パレット レジスタの 3 分の 1 を更新するのと似ています)、チップセットを通過するとすぐに実行されます。

1985 年に Amiga が発売されたとき、HAM モードは競合システムに対して大きな利点を提供しました。HAM では、前述の制限はあるものの、4096 色すべてを同時に表示できます。この疑似フォトリアリスティック表示は、当時の家庭用コンピュータでは前例のないものとなり、デジタル写真^[7]やレンダリングされた 3D 画像を表示できるようになりました。比較すると、当時の IBM-PC 標準のEGAでは、64 色のパレットから 16 色の​​オンスクリーン カラーが可能でした。1987年にリリースされたEGA の後継VGA は、その主力ゲーム モードであるモード 13h で、262,144 色から 256 色のオンスクリーン カラーが可能になりました。競合ハードウェアでは色深度に匹敵できなかったため、HAM モードは店頭ディスプレイやトレード プレゼンテーションで Amiga の能力を実証するために頻繁に使用されました。前述の制限のため、HAM は主に静止画像の表示に使用され、開発者はアニメーションを必要とするゲームやアプリケーションでの使用をほとんど避けました。^[7]

HAM モードは、1988 年のPioneer Plagueから始まり、12 のゲームでのみゲームプレイに使用されました。その他の HAM タイトルには、Knights of the Crystallion、^{[7] [8]} Links: The Challenge Of Golf、Overdrive (Infacto)、Kang Fu、AMRVoxel、RTG、 Zdzislav: Hero Of The Galaxy 3D、OloFight、Genetic Species などがあります。^[9]

アドバンスト グラフィックス アーキテクチャの導入により、従来の平面イメージは 256 色のパレットを持つことができ、色の忠実度が大幅に向上しました。色の解像度が限られていたオリジナルの HAM モードは、下位互換性のために残されていましたが、AGA マシンのユーザーにとってはあまり魅力的ではありませんでした。新しい HAM8 モードは、HAM モードがオリジナルのチップセットにとってそうであったように、AGA チップセットにとってはあまり役に立ちませんでした。これは、より単純なインデックス付き 256 色 (およびより高性能な平面 128 色と 64 色) モードによって、HAM の欠点に悩まされることなくアーティストの選択肢が大幅に増えたためです。適切にプログラムされた「スライス」パレット モードは、1 行あたり最大 256 の固有色を持つ HAM8 よりも有用であることが証明される可能性があります。これは、256 ピクセル幅のビデオ モードが定義されている場合に各ピクセルの個別の色を直接定義するのに十分であり、高解像度では、各行は言うまでもなく、画面全体に 1 つの 256 色パレットでも、ディザリングを使用して、32 色で達成できるよりも、はるかに効果的で正確な高色深度のシミュレーションが可能になります。

HAM の本来の目的は、ビデオ バッファ サイズとメモリ帯域幅が限られているにもかかわらず、より高い色解像度を実現することでしたが、これらの制限がなくなったことで、この目的はほぼ無意味になりました。最近のコンピュータは、特別なトリックを使わずに高解像度のトゥルーカラー表示が本質的に可能なため、HAM のような表示技術はもはや必要ありません。Amiga プラットフォームの終焉期には、800x600 SVGA のハイカラー(16 bpp、または直接選択可能な 65536 色) などのモードを提供する PC スタイルのグラフィック カードがすでに利用可能であったため、この技術が今日まで生き残っていたとしても、それ以上の開発が進められることはなかったでしょう。

HAM モードでは、プレイフィールドの各水平ライン上の隣接ピクセルの値に制限が課せられます。任意の 2 つの色を隣接してレンダリングするには、最大 2 つの中間ピクセルを目的の色に変更する必要があります (赤、緑、青のコンポーネントをすべて変更する必要がある場合)。最悪の場合、水平方向の使用可能な彩度解像度が 320 ～ 360 ピクセルから 106 ～ 120 ピクセルに半分に減少します。それでも、約 40 本のテレビ ライン(約 80 ピクセルに相当) の彩度解像度を持つVHSなどの現代のビデオ技術と比較すると、遜色ありません。

このような画像を複合ビデオ接続で表示すると、水平方向のスムージングが行われ、色のアーティファクトが最小限に抑えられます。ただし、RGB モニターを使用すると、コントラストがはっきりした領域 (画像の水平方向のグラデーションが強い) でアーティファクトが特に目立つようになり、望ましくない多色アーティファクトまたは「フリンジ」が表示される場合があります。「フリンジ」の影響を最小限に抑えるためにさまざまなレンダリング手法が使用され、HAM ディスプレイは垂直エッジとコントラストを避けて微妙な水平方向の色のグラデーションを組み込むように設計されることがよくありました。

HAM モードでフルカラー画像を表示するには、慎重な前処理が必要です。HAM は一度に 1 つの RGB コンポーネントしか変更できないため、スキャン ラインに沿った高速な色遷移は、これらの遷移用にプリセットされた色レジスタの 1 つを使用することによって最も効果的に実現できます。任意の画像をレンダリングするには、プログラマは最初に元の画像を調べてこれらの遷移の最も顕著な部分を見つけ、次にそれらの色をレジスタの 1 つに割り当てることができます。この手法は、アダプティブ パレットと呼ばれます。ただし、元の HAM モードでは 16 個のレジスタしか使用できないため、色の忠実度が多少低下するのはよくあることです。

さらに、HAM モードでは、ディスプレイの任意のアニメーションを簡単には許可しません。たとえば、プレイフィールドの任意の部分を画面上の別の位置に移動する場合、イメージを正しく表示するために、すべてのソース ラインとターゲット ラインで Hold-and-Modify 値を再計算する必要があります (アニメーションには適さない操作)。具体的には、アニメーション化されたオブジェクトの左端に「変更」ピクセルが含まれている場合、またはオブジェクトのすぐ右側のイメージに「変更」ピクセルが含まれている場合は、それらの Hold-and-Modify 値を再計算する必要があります。オブジェクトを画面上で移動しようとすると (blitter を使用するなど)、グラフィックスがこれを回避するように特別に設計されていない限り、そのイメージの左端と右端に目立つフリンジが作成されます。ホールド アンド モディファイ値の再計算を避け、フリンジを回避するために、プログラマーは、すべてのブリッター オブジェクトの左端のピクセルと、スクロール プレイフィールドのすべての行の左端のピクセルが「セット」ピクセルであることを確認する必要があります。パレットは、このような左端のピクセルをすべて組み込むように設計する必要があります。または、HAM ディスプレイは、手続き型生成によってピクセル値を生成することによってアニメーション化できますが、これは通常、デモで使用される「レインボー」効果などの合成画像にのみ役立ちます。

ただし、Hold-and-Modify はプレイフィールド ピクセルにのみ適用されることに注意してください。スキャンラインごとに 128 ピクセルのスプライトデータ ( DMAモード)は、HAM プレイフィールドの上に配置するために引き続き使用できます。

HAM6 モードは、ピクセルあたり 6 ビットのデータにちなんで名付けられ、オリジナル チップ セットで導入され、その後の拡張チップ セットとAdvanced Graphics Architecture (AGA)でも保持されました。HAM6 では、320×200 から 360×576 までの解像度で最大 4096 色を同時に表示できます。

HAM6 エンコードでは、ピクセルごとに 6 ビットを使用します。2 ビットは制御用、4 ビットはデータ用です。^[10] 2 つの制御ビットが両方ともゼロに設定されている場合、残りの 4 ビットは、通常のインデックス ビットマップのように動作し、16 個のプリセット カラー レジスタの 1 つにインデックス付けされます。他の 3 つの可能な制御ビット パターンは、スキャンライン上の前のピクセル (左側) の色を使用し、代わりにデータ ビットを使用して赤、緑、青のコンポーネントの値を変更する必要があることを示しています。したがって、次の 4 つの可能性があります。^{[2] [7]}

同様のモードであるHAM5 ^{[11] [12]}も利用可能で、ピクセルあたり5ビットのデータのみが使用される。^[10] 6番目のビットは常にゼロなので、青色成分のみを変更できます。^{[2] [13]} SETコマンドなしで青色成分のみを変更できるため、効果は表示される黄青色の色合いの数を適度に増やす程度に限定されます。 このモードはHAM6ほど柔軟ではなく、広く使用されていません。^{[14] [15]}

AGAチップセットではHAM5は存在しません。^[16]

4ビットプレーンでHAMモードを使用することもできます。実用性は限られていますが、この技術はデモで使用されました。^{[14] [17] [15]}

OCS/ECSで7ビットプレーンのHAMモードを設定することは可能ですが、4ビットプレーンしか使用されません。この手法は「HAM Eager」デモで実証されました。^[18] AGAチップセットでは、HAM7は存在しません。^[16]

オリジナルの Amiga チップセットには、「Copper」と呼ばれるサポート チップが含まれていました。これは、CPU やビデオ システムとは独立して、割り込みやその他のタイミングとハウスキーピングの作業を行います。Copper を使用すると、チップセット レジスタを変更したり、ビデオ出力と同期して任意のディスプレイ座標で CPU に割り込みをかけたりすることができます。これにより、プログラマーは、Copperlist にアセンブルされた Copper 固有のコード、または非常に低いオーバーヘッドでビデオ効果用の CPU コードのいずれかを使用できます。

この技術を使用して、プログラマーはスライスHAM ^[19]またはSHAMモード（動的HAMとも呼ばれる）を開発しました。^[20] SHAMは、選択されたスキャンラインの一部またはすべてのカラーレジスタを変更して、表示中にパレットを変更します。つまり、すべてのスキャンラインが独自の16の基本色のセットを持つことができます。これにより、限られたパレットによって引き起こされる制約がいくつかなくなり、画像ごとではなくラインごとにパレットを選択できます。このアプローチの唯一の欠点は、Copperlistがレジスタの変更にチップRAMの余分なクロックサイクルを使用すること、画像がビットマップのみではないこと、およびSHAMモードの設定が複雑になることです。

この技術は HAM に限定されず、マシンのより一般的なグラフィック モードでも広く使用されていました。Dynamic HiRes は同様のパレット変更技術を使用して高解像度モードで 1 行あたり 16 色を生成しますが、HAM は低解像度に限定されていますが、16 のインデックス カラーとその変更の両方が可能です。

SHAMのアイデアは、HAM8がAGAチップセットで導入されたときに廃止されました。^[21]スライスされていないHAM8画像でさえ、スライスされたHAM6画像よりもはるかに高い色解像度を持っているためです。しかし、SHAMはOCSまたはECSチップセットを搭載したAmigaで利用可能な最高のHAMモードのままです。

1992 年にAdvanced Graphics Architecture (AGA)がリリースされ、元の HAM モードは「HAM6」に名前が変更され、新しい「HAM8」モードが導入されました (番号の付いたサフィックスは、それぞれの HAM モードで使用されるビットプレーンを表します)。AGA により、Amiga は色コンポーネントあたり 4 ビットではなく、色コンポーネントあたり最大 8 ビットになり、16,777,216 色 (24 ビットの色空間) が使用できるようになりました。

HAM8 は HAM6 と同じように動作し、ピクセルごとに 2 つの「制御」ビットを使用しますが、ピクセルごとに 4 ビットではなく 6 ビットのデータを使用します。設定操作では、16 色ではなく 64 色のパレットから選択します。変更操作では、赤、緑、または青の色成分の上位6 ビットを変更します。色の下位 2 ビットはこの操作では変更できず、最新の設定操作で設定されたままになります。

HAM6 と比較すると、HAM8 はより多くの色を画面に表示できます。HAM8 を使用した場合の画面上の最大色数は、262,144 色 (18 ビット RGB 色空間) であると広く報告されています。実際、画面上の一意の色の最大数は、64 色パレットの各色成分の最下位 2 ビットに応じて、262,144 色より多くなります。理論上は、十分な大きさの画面と適切なベース パレットがあれば、1,670 万色すべてを表示できますが、実際には完全な精度を実現するには限界があるため、最下位 2 ビットは通常無視されます。一般に、HAM8 の色の深さは、高色表示とほぼ同等であると認識されます。

HAM8 の垂直表示解像度は HAM6 と同じです。水平解像度は、従来どおり 320 (オーバースキャンで 360) ですが、2 倍の 640 (オーバースキャンで 720)、さらには 4 倍の 1280 ピクセル (オーバースキャンで 1440) にすることもできます。AGA チップセットでは、従来の平面表示モードにさらに高い解像度も導入されました。HAM8 画像の合計ピクセル数は、PAL モードでは 829,440 (1440×576) を超えることはできませんが、サードパーティのディスプレイ ハードウェア (Indivision AGA flicker-fixer ) を使用すると 1,310,720 (1280×1024) を超えることができます。

オリジナルの HAM モードと同様に、HAM8 画面では、すべてのピクセルが制限されたパレットまたは前のピクセルの最大 2 つのカラー コンポーネントに依存しているため、任意の位置に任意の色を表示することはできません。オリジナルの HAM モードと同様に、設計者はこれらの制限の一部を回避するために、ディスプレイを「スライス」することもできます (上記を参照)。

HAM は Amiga とそのチップセットに特有のものです。HAM 形式でエンコードされたレガシー画像を直接レンダリングできるようにするために、元のディスプレイ ハードウェアを必要としないソフトウェア ベースの HAM エミュレータが開発されました。AmigaOS の 4.0 より前のバージョンでは、ネイティブAmiga チップセットがある場合に HAM モードを使用できます。AmigaOS 4.0 以降は根本的に異なるハードウェア用に設計されており、最新の強力なグラフィック ハードウェアで使用するための HAM エミュレーションを提供します。非ネイティブ ハードウェアで動作する専用のAmiga エミュレータは、ディスプレイ ハードウェアのエミュレーションによって HAM モードを表示できます。ただし、他のコンピュータ アーキテクチャでは HAM 技術が使用されていなかったため、他のアーキテクチャで HAM 画像を表示するには、画像ファイルをプログラムで解釈する必要があります。忠実なソフトウェア ベースのデコードでは、ディスプレイ設定間の色の忠実度の差は別として、同一の結果が生成されます。

ただし、Amiga 以外のプラットフォームで SHAM 画像を表示するだけであれば、スキャンラインの途中でパレットが変更されたかどうかに関係なく、Copperlist でプログラムされたパレット エントリに基づいて必要なカラー値を事前に計算できます。HAM または SHAM 画像をロスレスで 32 ビット パレットにアップコンバートすることは常に可能です。

ブラックベルト社が製造したHAM-Eと呼ばれるデバイスは、オリジナルチップセットを搭載したAmigaから、低い水平解像度でHAM8色深度の画像を生成することができました。^[22]

Amiga は高解像度の画像 (幅 640 ピクセル、オーバースキャンで 720 ピクセル) を生成するように設定されていました。これには、1 ピクセルあたり 70 ns の 4 つのビットプレーンを使用する必要がありました。画像の最初の数行は、HAM-E ユニットを構成するための情報をエンコードしていました。次に、各ピクセルのペアが HAM-E ユニットの情報でエンコードされ、HAM-E ユニットは情報を 140 ns のピクセル 1 つに変換しました (幅 320 ピクセル、オーバースキャンで 360 ピクセル、8 ビットプレーンの色深度での画像の生成)。したがって、HAM-E の品質は低解像度の HAM8 画像に匹敵していました。HAM-E 技術は、4 つのビットプレーンを持つ高解像度の画像は、6 つのビットプレーンを持つ低解像度の画像よりも 3 分の 1 多いメモリ帯域幅、つまり 3 分の 1 多いデータを提供するという事実を利用しました。

HAM技術は、ZX SpectrumのULAplus / HAM256 / HAM8x1のHAM256およびHAM8x1モードにも実装されており、ベース64カラーパレットを変更することで画面上に256色を表示する機能を提供しています。^{[23] [24] [25] [26]}

Amiga HAM8に非常によく似たHAMは、 ZX Spectrumコンピューター用の元のビデオ回路（ULA）のFPGA拡張の形で提供される平面ベースのシステムであるHGFXの一部です。LnxSpectrumエミュレーターでHGFX / Qとして提案され、テストされ、 2021年にeLeMeNt ZXコンピューターで実現されました^{[27] [28]}。

• オリジナルチップセット
• Amiga Halfbrite モード
• Sony ARW 2.0（ARW 2.0+のRAW画像ファイルは、非可逆デルタ圧縮に同様の技術を使用しています^[29]）

• アドバンスド アミガ (AA) チップ セットの仕様、コモドール アミガ

• HAM モードでレンダリングされたアニメーション デモ: HAM-6 バージョン、および HAM-8 バージョン ( Javaが必要)。
• Amiga グラフィック アーカイブ: HAM