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C.P.U. フォーマット 2/2 [お絵かき]

前回の記事「C.P.U. フォーマット 1/2」はこちら

拡大画像
3色ペイント部分拡大画像

「2色ペイント」は2色が市松模様で並びます。
ABABABABABAB
BABABABABABA
ABABABABABAB
BABABABABABA
ABABABABABAB
BABABABABABA

「3色ペイント」は横方向には3色が、縦方向には2色が規則的に並びます。
ABCABCABCABC    ABCABCABCABC
BACBACBACBAC    BCABCABCABCA
ABCABCABCABC    ABCABCABCABC
BACBACBACBAC    BCABCABCABCA
ABCABCABCABC    ABCABCABCABC
BACBACBACBAC    BCABCABCABCA

「単色ペイント」はもちろん同色が連続しています。
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA

この3種類のタイルペイントを効率よく格納するために考えられた方法が「縦方向変則RL圧縮」です。
横方向に圧縮しようとすると、「AB」「ABC」「AA」の3パターンを考慮しないといけないですが、縦方向だと、どのタイリングペイントでも、「2色が交互に並ぶ」か「1色が連続する」の2パターンだけを考慮すれば、効率的に圧縮が行えることになります。
しかし、「1色が連続する」のパターンを「2色が交互に並ぶ」場合のひとつと考えれば、考慮するパターンはひとつだけで済むことになります。



まず、PC-8801 や FM-8 のグラフィックは色数が8色なので、2³ = 8 ですから1ピクセルは3ビットで表せます 。
縦方向の2ピクセルを1パターンとして格納するには、2色分の色情報に6ビットが必要です。
1バイトは8ビットなので、残りの2ビットに「繰り返し回数」を格納します。
XXX  YYY  NN

XXX: 色1 
YYY: 色2
NN:  繰り返し回数

2ビットで表せるのは0から3までですが、繰り返し回数が1から3の場合は「繰り返し回数」にそのまま格納し、4以上の場合は「繰り返し回数」を0にして、次の1バイトに「繰り返し回数」を格納します。
例として色Aを黒色(ビットパターンでは000)、色Bを白色(ビットパターンでは111)と仮定すると、

繰り返し回数が3以下の場合
000 111 NN
N:  繰り返し回数(1~3)

繰り返し回数が4以上の場合
000 111 00 | NNNNNNNN
N:  繰り返し回数(4~100)

となります。

繰り返し回数が100回(200ピクセル分)までとなっているのは、FM-8 版の「お絵かきプログラム」の制約だそうです。
繰り返し回数が4以上の場合に、「回数 - 3」を格納するようにすれば、最長で258回(516ピクセル分)までを2バイトで済ませることができたのですが、互換性のためには仕方がありません。

画像の色情報は保存範囲の左上端から下(Y座標軸方向)へ走査され、下端へ到達すると右隣の列(X座標軸方向)の上端から走査が継続されます。


例として下のパターンを圧縮する場合、色2を赤色(ビットパターンでは010)、色6を貴色(ビットパターンでは110)、色7を白色(ビットパターンでは111)、色0を黒色(ビットパターンでは000)と仮定すると、
626026726726
262072672672
626000000726
260072672672
006026726726
262072672672
626026726726
262072672672
626026726726

実際に生成されるデータストリームは、
110 010 10 | 000 010 01 | 110 010 11 | 110 000 01 |
110 010 11 | 110 000 01 | 110 010 10 | 110 000 01 |
000 000 00 |  00000001  | 010 111 01 | 000 111 01 |
010 111 10 | 010 110 01 | 010 000 01 | 010 110 11 |
111 110 01 | 000 110 01 | 111 110 10 | 111 010 01 | 
111 000 01 | 111 010 11 | 110 010 01 | 000 010 01 |
110 010 10 | 110 111 00 |  00000010  | 010 111 00 | 
 00000001  | 010 110 00 |  00000010

となります。(合ってるのか?^^;)

元データのサイズは 9 pixels × 12 pixels × 3 = 324 bits
生成されたデータは 31 bytes × 8 = 248 bits
なので、圧縮率は 248 ÷ 324 ≅ 0.765 となります。



実際の画像では、

retro_024.png

前の記事でお絵かきした画像です。

PC-DOS 画像ファイル情報

「LEN :1945」となっています。16進数なので10進数に直すと、6,469 bytes です。
複雑な絵ではないので極端な例になってしまいますが、48 KB が約 6.5 KB になっているので圧縮率は約 0.135 です。



現在 Windows や Mac で使用されるデータファイルのフォーマットでは、ファイルの先頭に数バイトの識別用 ID が設けられる事が多いですが、当時はファイル名か拡張子で画像ファイルであるかどうかを「人間」が判別していました。 特に PC-DOS ではファイル名が29文字まで許されていたので全く困らなかったということもあります。

実際に圧縮されたデータがファイルに格納されるには、データストリームの前にヘッダが付きます。
横方向の画像サイズ、縦方向の画像サイズがそれぞれ2バイトのビッグエンディアンで格納されます。
640 × 200 サイズの画像だと、02 80 00 C8 となります。
エンドマークの類は存在しません。

追記ここから

実際に圧縮して格納されたデータのサンプルを 256 Bytes 分だけ載せておきます。

どんな絵が出来るのかはナイショです。

C.P.U. フォーマット ダンプ

追記ここまで



なかなか優秀な圧縮フォーマットだと思うの(手前味噌です^^;)ですが、皆さんの判定はどうでしょう?

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コメント 4

M_t

自分の場合、こういう圧縮などの仕組は、なぞなぞの問題のような感じで、後で説明を聞いて、なんとなく理解できるんですけど、自分で考えて応用してみろとか言われると さっぱりなんです。(苦笑)
FDを買う金が惜しければ、頭を使ってデータ圧縮をなんとかする技術というのは、FDが安価だったら、遅れていた技術だったかもしれませんね。(そんなことないか・・・)

by M_t (2009-05-01 13:18) 

Thunderbolt

M_tさん、コメント & nice! ありがとうございます。

FD にセーブされたデータの中に同じデータが延々と連なっていたら領域の無駄遣いだと思う私は古い人間なんでしょうかね(笑)

by Thunderbolt (2009-05-01 20:28) 

あやちだいち

リン・ミンメイとか...当時はよく題材にされていましたよね。
あとラムちゃんとか、アイドルの似顔絵とか。

細かい技術的なことは分からないのですが...笑

そういえば盗作の記事も読みましたが、そんなことがあったんですね...ちょっとびっくりしました、汗

by あやちだいち (2010-06-23 00:38) 

Thunderbolt

あやちだいちさん、コメントありがとうございます。

>リン・ミンメイとか...当時はよく題材にされていましたよね。あとラムちゃんとか、アイドルの似顔絵とか。
アイドルやアニメ主人公の人気度が投稿数に反映されてましたね。
8色しか出せないPCでも、絵が描けること自体が嬉しかった時代です。 「限られた環境の中で如何にして綺麗に表現するか」が追求された時代でもあります。

>そういえば盗作の記事も読みましたが、そんなことがあったんですね...
「テ○ノポ○ス」と「表紙集」でググれば、画像データを作った本人がコメントしているページが見つかるかもしれませんw
by Thunderbolt (2010-06-23 17:27) 

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