RGB-Umbau


von Yamato
12.02.2017


Der Unterschied zwischen Composite Video und RGB


Ein handelsübliches NES kann weder ein RGB- noch ein S-Video-Signal ausgeben. Stattdessen liefert der seitliche Chinch-Ausgang lediglich ein Composite Video-Signal als bestmögliche Bildqualität. Alle Bildinformationen werden bei Composite Video über eine einzige Leitung übertragen. Deshalb ist das Signal meilenweit entfernt von glasklarer RGB-Qualität, bei der alle Bildinformationen für rote, grüne und blaue Farbanteile in separaten Leitungen übertragen werden. Dies kann beispielsweise das Super Nintendo ohne Modifikationen, indem einfach ein passendes SCART-Kabel angeschlossen wird. Unten seht ihr einen Vergleich von Composite Video und RGB an einem Sony BVM Röhrenmonitor. Wie man sieht, wirken die roten Farben (siehe Säule links und Kerzen rechts) mit Composite Video auf einem Röhrengerät zudem stark ausgewaschen. Erst auf größeren Flächen könnte sich die rote Farbe besser „durchsetzen“, während RGB selbst bei einzelnen Pixeln den Farbton erhält.

Composite-Video an einem Sony BVM
RGB (Natural) an einem Sony BVM

Das normale Composite-Signal liefert insbesondere auf modernen HD-Flachbildfernsehern alles andere als ein schönes Bild. Im Regelfall wirken die Farben blass, Farbübergänge sind unsauber („Farbbluten“) und die Objektkanten ausgefranst. Das Composite-Signal war früher zwar nicht besser als heute, doch kaschierte die in alten Fernsehern verwendete analoge Röhrentechnik die schlechte Signalqualität besser als heutige digitale Geräte mit großen Bilddiagonalen. Selbst mit einem erstklassigen externen Video-Scaler wie dem XRGB-mini Framemeister sieht ein Composite Video-Signal auf einem großen Bildschirm nicht besonders gut aus. Es sollte hier mindestens S-Video oder besser RGB verwendet werden. Hier sind Vergleichsbilder, die mit einem Capture-Gerät aufgenommen wurden:

Composite Video direkt
Composite Video XRGB-mini 1080p
RGB (Natural) XRGB-mini 1080p


Nachteile des alten Playchoice-10 RGB-Umbaus


Lange Zeit war ein RGB-Umbau der NES-Konsole nur möglich, indem der Grafikprozessor (PPU) der PlayChoice-10 Automatenplatine in das NES eingebaut wird. Dieser Chip generiert anstelle eines Composite Video-Signals ein RGB-Signal und entspricht somit nicht dem handelsüblichen Grafikchip in einem normalen NES. Die Bildqualität konnte so erheblich verbessert werden. Natürlich ist diese Form des RGB-Umbaus äußerst teuer, da ein PlayChoice-10 Grafikchip erst mühevoll gesucht und erworben werden müsste. Weitere Nachteile sind die fehlende Kompatibilität zu PAL-Konsolen und die ungewohnte Farbpalette, bei der einige Farbtöne nicht den normalen NES-Farben entsprechen. Bei Super Mario Bros. 3 liefert der PlayChoice-10 Grafikchip z.B. eine knallgelbe Welt 1.

RGB mit PlayChoice-10 Palette (Garish)
RGB mit PAL-Composite Palette (Natural)

Die japanischen Sharp C1 Fernsehgeräte mit eingebautem Famicom sowie der Famicom Titler (siehe unseren Hardware-Bericht) verwenden übrigens den gleichen RGB-Grafikchip, ebenso auch die diversen Nintendo VS. Automaten.


Der neue NESRGB-Umbau


Erfreulicherweise existiert seit Ende 2013 ein neuer und besserer RGB-Umbau. Dem australischen Modder Tim Worthington gelang es, eine Platine zu entwickeln, welche dem NES ein RGB-Signal entlockt. Ermöglicht wurde dies durch die im Internet aufgetauchten NES-Patentunterlagen, aus denen sich ergab, dass der NES-Grafikchip über ungenutzte Ausgänge verfügt. Die genaue Funktionsweise des Umbaus wird auf Tim Worthingtons Internetseite erläutert. Dort kann man sich auch den Umbausatz zum Selbsteinbau bestellen.

Die NESRGB-Platine

Generell hat der neue Umbau einige Vorteile. Weil keine originalen PlayChoice-10 Grafikchips mehr zweckentfremdet werden müssen, ist er zum einen wesentlich günstiger. Der Umbausatz kostet ca. 70 Euro zzgl. Versand. Wer ein AV Famicom, normales Famicom oder den US Toploader umbauen möchte, benötigt noch separat erhältliche Adapterplatinen. Zum anderen ist der Umbau nun vollständig zu PAL-Konsolen kompatibel und unterstützt mehrere Farbpaletten, welche sich über einen installierbaren Kippschalter auch während des Spielens wechseln lassen. Die Farbpaletten werden unten genauer beschrieben. Es ist aber auch möglich, beim Umbau eine der Farbpaletten „fest“ einzustellen, sodass man die Konsole nicht zwingend durch einen Kippschalter optisch verändern muss.

Ebenfalls müssen die mitgelieferten Anschlussbuchsen nicht unbedingt verwendet werden. Im Umbausatz sind eine Mini-DIN-8 Buchse für das RGB-Kabel sowie eine separate 3,5mm Mini-Klinken-Buchse für den Ton mit dabei. Ein passendes SCART-Kabel kann bei Tim dazu gekauft werden. Wesentlich eleganter und stabiler ist es aber, stattdessen eine größere DIN-8 Buchse einzubauen, welche sowohl Bild als auch Ton überträgt. Mittlerweile gibt es sogar 3D-Drucke des von Nintendo bekannten Multi-AV-Outs, welche sich alternativ verwenden lassen.

RGB-Umbau NES
Kippschalter und DIN 8 Ausgang
RGB-Umbau AV Famicom

Obwohl auf Tim Worthingtons Internetseite eine detaillierte Umbau-Anleitung angeboten wird, ist der Umbau alles andere als einfach zu bewerkstelligen. Der originale NES-Grafikprozessor muss dabei von der Hauptplatine ausgelötet werden, ohne dass dieser beschädigt wird oder Leiterbahnen abgerissen werden. Wer hier nicht die nötige Erfahrung hat, sollte den Umbau besser gleich von einem Fachmann durchführen lassen.

Das resultierende RGB-Bild ist schlichtweg beeindruckend. Auf einem alten Röhrenfernseher bzw. Sony PVM und BVM Röhrenmonitor liefert das RGB-Signal unmittelbar ein perfektes Bild, was folgender Vergleich mit dem Composite Video-Signal zeigt. Der helle Gelbton von Samus' Anzug wirkt mit Composite Video auf einem Röhrengerät zudem stark ausgewaschen. Erst auf größeren Flächen könnte sich die gelbe Farbe besser „durchsetzen“, während RGB selbst bei wenigen Pixeln den Farbton erhält.

Composite Video am Sony BVM
RGB (Natural) am Sony BVM

Wer sein NES dagegen an einem HD-Flachbildfernseher verwenden möchte, findet in dem hochwertigen RGB-Signal eine ideale Voraussetzung, um es mit einem externen Video-Scaler wie dem XRGB-mini gestochen scharf auf den großen Bildschirm zu zaubern. Hier Composite und RGB über den XRGB-mini im Vergleich. Die digitale Signalverarbeitung erhält zwar die Farbintensität des hellen Gelbtons, jedoch wirkt das Composite-Bild dennoch unsauber:

Composite Video über XRGB-mini in 1080p
RGB (Natural) über XRGB-mini in 1080p


Nach dem Umbau ist das NES übrigens „RGB only“. Genauer gesagt können also keine AV- und Antennenkabel an den ursprünglichen Anschlussbuchsen mehr verwendet werden. Auf der Platine befindet sich jedoch ein Videodecoder (vergleichsweise wie im Sega Mega Drive), der durch dem Umbau das gewonnene RGB-Signal zusätzlich in ein S-Video und Composite Video-Signal wandelt.


Auswählbare Farbpaletten


Die NESRGB-Platine enthält 3 wählbare Farbpaletten: Natural, Improved und Garish.

Die folgenden Vergleichsbilder zeigen die Paletten auf einem Grundig-Röhrenfernseher:


PAL-Composite
Natural (YUV)
Natural-Palette:
Die Natural-Palette entspricht der YUV-Palette aus dem Nestopia-Emulator. Sie liefert die gleichen Farben wie Composite Video beim PAL-NES. Für den Vergleichstest haben wir eine PAL-Konsole an ein Capture-Gerät angeschlossen. Grundlegende Farbunterschiede zur Natural-Palette sind mit bloßem Auge kaum erkennbar. Auffällig ist nur, dass die Farben über RGB generell etwas satter und deshalb weniger ausgewaschen wie bei Composite Video wirken. Dies macht sich insbesondere bei den rötlichen und gelben Farbtönen bemerkbar. Auch unser Vergleich an einem alten Röhrenfernseher und BVM-Monitor bestätigte dies. Wer wert auf authentische PAL Composite-Farben legt, wählt daher diese Farbpalette.
Improved
Improved-Palette:
Die Improved-Palette wurde vom FCEUX-Emulator entnommen und liefert etwas knalligere Farben als Natural. Obwohl die Farbtöne dann nicht mehr ganz so wie auf einem handelsüblichen NES aussehen, empfinden viele das buntere Erscheinungsbild dieser Palette als besser.
Garish
Garish-Palette:
Die Garish-Palette entspricht den Farben des oben erläuterten Playchoice-10 Grafikprozessors. Zusätzlich wurde hier der sogenannte „Grau/Schwarz-Fehler“ behoben. So wird etwa im Spiel Totally Rad der Hintergrund des ersten Levels mit dem originalen Playchoice-10 Grafikchip fälschlicherweise in schwarz anstatt grau dargestellt. Aus diesem Grund sind die wenigen betroffenen Spiele mit dem neuen Umbau nun uneingeschränkt spielbar.


Wer sich nun fragt, wozu man überhaupt Farbpaletten erfunden hat bzw. warum die RGB-Farben nicht einfach genau den gewohnten Composite-Farben entsprechen, muss sich in Erinnerung rufen, dass das NES wie eingangs erläutert schlichtweg kein RGB-Signal und damit auch keine RGB-Farben erzeugen kann. Composite Video ist ein völlig anderer Bildstandard mit einem eigenen Farbraum (bei PAL und NTSC unterschiedlich). Die genannten Farbpaletten „übersetzen“ sozusagen die Bildinformationen in den RGB-Farbraum. Mit der Zeit wurden gerade in der Emulator-Szene eine Vielzahl an Farbpaletten erstellt, da Geschmäcker bekanntermaßen unterschiedlich sind.

Das folgende Video gibt euch einen weiteren Überblick über die 3 Farbpaletten:




Und eine NTSC-Farbpalette?


PAL- und NTSC-Farben sind beim NES unterschiedlich. Ein amerikanisches NES bzw. japanisches AV Famicom liefert über Composite Video deshalb etwas andere Farbtöne als eine PAL-Konsole. Insbesondere die dunkleren Farben weichen z.T. deutlich von den PAL-Varianten ab. Die auffälligsten Unterschiede bei NTSC sind die blasseren Brauntöne (z.B. Blöcke in Super Mario Bros.), der bläulichere Türkis-Farbton (z.B. Mega Man 2 Wily-Stage Hintergrund) und die insgesamt grünlicheren Gelbtöne (z.B. olivfarbene Felsen in Probotector Stage 1).

Aus diesem Grund stand die Natural-Palette bei NES-Liebhabern aus NTSC-Regionen lange Zeit in Kritik. Sie liefert einfach nicht die von „früher“ gewohnten NTSC-Farben. Mit der Zeit kam so das NES Composite Color Project des Amerikaners FirebrandX (FBX) auf, der es sich zur Lebensaufgabe gemacht hat, die NTSC Composite-Farben so exakt wie möglich als RGB-Farbpalette abzubilden.

Durch eine Zusammenarbeit mit Tim Worthington entstand schließlich eine „alternative“ Firmware für die NESRGB-Platine. Diese enthält als neue Natural-Palette „Unsaturated V6“, welche bereits ungemein nahe an die originalen NTSC-Farben herankommt und sich deshalb großer Beliebtheit erfreut. Auf unsere Nachfrage teilte Tim uns mit, dass die Umbausätze bereits ab dem 27.10.2016 mit dieser Firmware ausgeliefert worden sind. Im Februar 2017 gab es bereits ein weiteres Update mit den jüngsten von FirebrandX entwickelten Paletten. Diese versprechen noch mehr Authentizität und kommen nun sogar maßgeschneidert für Nutzer von Röhrenfernsehern („Original Hardware“-Palette) bzw. Flachbildfernsehern („Composite Direct“- und „PVM Style“-Palette) daher. Die Unterschiede fallen zwar extrem marginal aus, dennoch verdient diese Liebe zum Detail Anerkennung.

Natural-Palette (YUV)
Original Hardware (FBX), Feb 17

Wem es als Neukunde wichtig ist, ob auf seiner NESRGB-Platine die reguläre Firmware mit der Nestopia YUV-Palette als „Natural“ gespeichert ist (PAL-Farben) oder stattdessen die alternative Firmware mit der NTSC-Palette von FirebrandX, sollte bei der Bestellung einfach danach fragen. Falls ihr euer NES nicht selbst umbaut, könnte es auch sein, dass euer Modder ggf. das entsprechende Update für euch draufspielen kann. Wer schon ein NESRGB daheim hat und nun tiefer in die NTSC-Thematik einsteigen will, hat die Möglichkeit, seine Platine auf die neue FirebrandX-Firmware zu aktualisieren, wozu jedoch spezielle Hard- und Software benötigt wird.

Auf der Internetseite zum NES Composite Color Project findet ihr sowohl die Update-Dateien als auch weitere Infos. Auch auf dieser Seite von Tim Worthington findet ihr zudem eine Beschreibung des Update-Prozesses sowie die regulären Firmwares mit der YUV-Natural-Palette (PAL-Farben) als Download.


Fazit


Sollte man bereits über ein mittels PlayChoice-10 PPU auf RGB umgebautes NES oder Famicom verfügen, muss man sich gut überlegen, ob sich ein Umstieg auf den neuen Umbau lohnt. Wenn man mit der Bildqualität generell zufrieden ist, rechtfertigen die wenigen Ausnahmen, die mit dem PlayChoice-10 Chip inkompatibel sind, kaum die Ausgaben für den neuen Umbau.

Ganz anders sieht es bei einer Neuinvestition aus: Hier sollte man das NES bevorzugt mit der neueren NESRGB-Platine umbauen. Wem der Unterschied zwischen PAL- und NTSC-Farben wichtig ist, sollte sich vorher schon überlegen, welche Farbpaletten er bevorzugt, weil der Update-Prozess etwas Einarbeitung und zusätzliche Hard- und Software erfordert. Die Composite PAL-Farben sind wir in Europa vom NES seit jeher gewohnt und werden durch die alte YUV-Natural-Palette bereits sehr gut wiedergegeben. Manch anderer mag dagegen die Composite NTSC-Farbpaletten von FirebrandX bevorzugen. Letztlich ist die Wahl Geschmacksache.

Zusammengefasst kann man sagen, dass man den Umbausatz von Tim Worthington bedenkenlos kaufen kann, wenn man an einer Verbesserung der NES-Bildqualität interessiert ist.


Vielen Dank an Markus Brandel für die Bereitstellung seines Artikels über den NESRGB-Umbau, der für unseren Bericht in Teilen als Vorlage diente.