CRT-Royale Shader濾鏡與硬件升頻器的懷舊遊戲畫面模擬效果對比

把紅白機或超任接上現代4K電視，主機輸出的240p訊號會被電視強行拉伸，導致像素變形、邊緣模糊。解決方案不外乎兩條路：在模擬器上掛載軟體Shader濾鏡，或使用硬件升頻器。本文以CRT螢光粉排列與掃描線的物理原理為基準，進行Shader濾鏡、硬件升頻器與CRT模擬效果的對比，說明兩者在精確度與延遲上的取捨。

軟體Shader以GPU運算模擬CRT的物理特性，硬件升頻器則以專用FPGA電路即時處理訊號。兩者目標相同，但路徑截然不同。Blur Busters的測試指出，軟體Shader可達至極高的視覺精確度，但會引入輕微輸入延遲；硬件濾鏡以專用電路實現低延遲，但參數調整範圍較窄。以下逐項比較。

CRT-Royale由TroggleMonkey於2014年3月30日首次發布，以Sony PVM-20L5廣播級監視器為參考對象。它模擬的螢光粉排列為三束柵狀（aperture grille），即RGB垂直條紋。在4K輸出解像度下，CRT-Royale可獨立渲染R、G、B子像素，產生真實的螢光粉間隙效果。

掃描線寬度與光暈擴散

CRT-Royale的掃描線寬度可設定，預設值於1080p輸出時約1像素。光暈擴散範圍預設約1.5至2.5像素，取決於輸出解像度。電子束水平收斂失誤可設為約±0.3像素偏移，模擬CRT的物理不完美。

螢光粉餘暉與色差

CRT-Royale模擬的螢光粉餘暉衰減時間預設約0.1至0.3秒，取決於亮度。色差偏移量預設約0.5至1.5像素於4K輸出時，再現鏡頭色散效果。

輸出解像度的關鍵限制

CRT-Royale的最低有效輸出解像度為1080p（1920×1080），但在此解像度下無法準確渲染RGB子像素結構，掃描線呈現均勻灰色。建議輸出解像度為4K（3840×2160）或以上。這意味着若你的顯示器或電視僅支援1080p，CRT-Royale的子像素模擬能力會被大幅削弱。

RetroTINK 4K由RetroTINK LLC製造。其CRT Simulate濾鏡可模擬aperture grille、shadow mask、slot mask及PVM風格等遮罩類型。螢光粉類型可選P22標準彩色CRT或黑白螢光粉。掃描線強度以1%為單位從0調整至100%。

模擬參數的廣度

RetroTINK 4K的CRT Simulate濾鏡涵蓋光暈強度（0至100%）、螢幕曲率（0至100%）、色差（0至100%）、枕形失真（-100%至+100%）、暈影（0至100%）、掃描線粗幼（0至100%）及訊號雜訊（0至100%）。參數範圍與CRT-Royale相當，但調整方式為硬件選單而非着色器代碼。

ADC採樣與色彩深度

RetroTINK 4K的模數轉換器採樣位深為12-bit，採樣頻率最高約150 MHz。HDMI輸出色彩深度可選8-bit、10-bit或12-bit。這意味着輸入訊號的細節在模擬轉換階段已被高精度保留，濾鏡運算在12-bit管線內完成，減少色帶現象。

參數	CRT-Royale (軟體Shader)	RetroTINK 4K (硬件濾鏡)
運算平台	GPU (Vulkan/OpenGL/Direct3D)	Xilinx Kintex-7 FPGA
輸入延遲	依GPU負載，約1至3幀	約0.25毫秒（少於1幀）
掃描線模擬	需4K輸出方可渲染子像素	原生4K輸出，子像素獨立渲染
螢光粉排列	aperture grille / shadow mask	aperture grille / shadow mask / slot mask / PVM
參數調整方式	修改着色器代碼或RetroArch選單	硬件選單，即時調整
HDR支援	無原生HDR輸出	HDR10注入，峰值亮度可設
最低輸出解像度	1080p（建議4K）	480p至4K
功耗	取決於GPU	約5W（USB-C供電）

CRT-Royale在RetroArch中運行時，GPU需要約20個着色器檔案處理每一幀。於4K 60fps下，GPU運算需求約相當於NVIDIA GeForce GTX 1060或以上。這個運算過程會引入輸入延遲，約1至3幀（約16至50毫秒），取決於GPU負載與管線配置。

延遲來源分析

軟體Shader的延遲來自三個環節：GPU渲染佇列、後處理管線的幀緩衝、以及作業系統的顯示驅動堆疊。Blur Busters的測試指出，即使關閉垂直同步，GPU的渲染管線仍會引入至少1幀的延遲。對比之下，RetroTINK 4K的輸入延遲在無緩衝模式下僅約0.25毫秒，即使啟用幀鎖定genlock模式，延遲也只升至1至2毫秒。

何時可以接受軟體Shader的延遲

若你遊玩的是回合制角色扮演遊戲或冒險遊戲，1至3幀的延遲幾乎無法察覺。但對於《洛克人》、《超魔界村》或《俄羅斯方塊》等要求即時反應的遊戲，硬件升頻器的低延遲優勢便極為關鍵。

選擇軟體Shader還是硬件濾鏡，取決於你的使用場景與對延遲的敏感度。以下三種情境可幫助你判斷。

若你使用PC模擬器

CRT-Royale是免費且效果極佳的選擇。只要你的顯示器支援4K輸出，CRT-Royale的螢光粉排列與掃描線模擬可達至與硬件濾鏡相近的視覺效果。但需注意其480i去交錯方法僅支援weave（交錯幀合成），不模擬動態自適應去交錯，因此對於PS1或PS2的480i遊戲，效果不如RetroTINK 4K的適應性去交錯。

若你使用實體主機

RetroTINK 4K或OSSC Pro是唯一選擇。軟體Shader無法處理實體主機的類比訊號。RetroTINK 4K支援色差、SCART、複合及S-Video輸入，ADC採樣位深12-bit，可保留原始訊號的細節。其240p/480i切換速度極快，不會出現OSSC常見的黑屏問題。

若你追求最低延遲

RetroTINK 4K的0.25毫秒輸入延遲是軟體Shader無法比擬的。但需注意，後端電視的升頻引擎仍會引入延遲。開啟電視的遊戲模式，並關閉動態對比與HDR處理，可將總延遲控制在1幀以內。