Адаптер VGA-HDMI. Схема сборкиВ этой статье предложено ознакомиться с таким понятием, как разъём VGA-HDMI. Если быть более точным, то это адаптер VGA-HDMI. Предлагается рассмотреть структурную, функциональную и принципиальную схему разъёма (адаптера) VGA-HDMI, а также узнать принцип её действия. После этого каждый для себя сможет сделать вывод о самостоятельной сборке переходника VGA-HDMI.
 
Потребительский рынок на ура принял технологию соединения HDMI в телевизорах, проекторах и других устройствах. И это сделало мультимедийный интерфейс высокого разрешения всемирно признанным и в скором времени обязательным к применению во всех мультимедийных гаджетах. Уже популярный в сфере домашних развлечений, интерфейс HDMI становится всё более распространённым в мобильных устройствах и автомобильных информационно-развлекательных системах.
 
Однако, в некоторых промышленных областях переход от аналогового видео к цифровому занимает больше времени, чем на потребительском рынке, и многие устройства ещё и не в курсе нового цифрового подхода передачи видео, аудио и данных одновременно по одному каналу.
 
Эти устройства по-прежнему используют аналоговый сигнал, предполагая при этом лишь передачу видео, что, возможно, обусловлено специфическими требованиями конкретного рынка или приложения.
 
Например, некоторые клиенты всё ещё предпочитают использовать кабели VGA для проекторов, в то время как другие используют в качестве хаба-преобразователя аудио/видео ресивер (AVR) или медиа-приставку VGA-HDMI, подключаясь к телевизору лишь одним кабелем HDMI вместо непривлекательного жгута кабелей, как показано на рисунке:
 
медиа-приставка VGA-HDMI
 
Для новых последователей HDMI может показаться относительно сложно реализуемым стандартом, требующим утверждения драйвера, проверок взаимодействия и тестирования соответствия, чтобы гарантировать надлежащее поведение одного устройства в связке с различными другими. Поначалу это немного шокирует, но так часто бывает с новыми технологиями.
 
Именно поэтому и возникает периодически необходимость подключить в одну упряжь устройства разного поколения, а значит, связать (или сделать разъем) VGA с HDMI (и наоборот) даже в домашних условиях.
 
Тем не менее, современные достижения элементной базы делают эту проблему всё менее и менее значимой, причём улучшения есть и в аналоговой и в цифровой областях; они включают в себя блоки высокой производительности для выравнивания низкоуровневых дифференциальных сигналов, более сложные алгоритмы программного обеспечения и коррекции ошибок.
 
В то время как HDMI фактически стал общепризнанным интерфейсом для HD видео, на ноутбуках и на стареньких системниках наиболее распространенным интерфейсом по-прежнему остаётся VGA. Ниже будет показано, как объединить эти видео технологии.
 
Ключевым моментом для адаптеров VGA-HDMI является гарантирование того, что источник видео передаёт сигнал, соответствующий правильному видео стандарту. Это делается путём предоставления источнику видео соответствующего контента EDID, т.е. расширенных данных идентификации дисплея.
 
После их получения надлежащий видео стандарт может быть преобразован в конечный HDMI стандарт. Другими словами, имея все данные о получателе видеосигнала, можно получить полноценный HDMI-поток путём преобразования аналогового видео с VGA в цифровое с добавленными идентификационными данными.
 
Функциональная схема адаптера VGA-HDMI таким образом будет иметь следующий вид:

Функциональная схема адаптера VGA-HDMI
 
Отсутствующий аудиосигнал можно передать на, скажем, телевизор, по отдельному аналоговому или цифровому тракту, ибо в VGA наличествует только видео.
 

Как это работает

 
Источник VGA по каналу DDC считывает содержимое EDID из приёмника видео сигнала, чтобы получить список поддерживаемых режимов синхронизации, а затем источник видео начинает передавать видеопоток. Кабель VGA передаёт сигналы RGB и отдельно сигналы горизонтальной (HSYNC) и вертикальной (VSYNC) синхронизации. АЦП синхронизирует поток VGA с частотой HSYNC для согласования частоты выборки. Входящие сигналы синхронизации выравниваются с тактовой частотой декодером VGA.
 
Сигнал доступности данных (DE) указывает на активный участок видео. АЦП VGA не выдаёт этот сигнал, являющийся обязательным для кодирования сигнала HDMI. Логическая единица сигнала DE указывает на активные пиксели или визуальную часть видеосигнала. Логический ноль DE указывает на период гашения видеосигнала. Ниже показаны диаграммы генерирования сигналов горизонтальной и вертикальной DE:
 
диаграммы генерирования сигналов горизонтальной и вертикальной DE
 
Сигнал DE является критически важным для получения правильного потока HDMI. Отсутствие сигнала DE может быть компенсировано передатчиком HDMI (Tx), обладающим способностью регенерации DE. Современные передатчики HDMI могут генерировать сигнал DE из входящих сигналов HSYNC и VSYNC, используя лишь несколько настраиваемых параметров, таких как задержки HSYNC и VSYNC, активная ширина и активная высота (как показано на рисунках выше), обеспечивающих совместимость передачи HDMI сигнала.
 
Задержка HSYNC определяет количество пикселей от переднего фронта HSYNC до переднего фронта DE. Задержка VSYNC – это количество импульсов HSYNC между передними фронтами VSYNC и DE.
 
Активная ширина показывает количество активных пикселей по горизонтали, и соответственно активная высота – это количество строк активного видео. Функция генерации DE также может быть полезной для такой способности дисплея, как центрирование активной области видео по центру экрана.
 
Регулировка положения дисплея является обязательной для входных сигналов VGA. Первый и последний пиксель в оцифрованном аналоговом входном сигнале не должен совпадать или располагаться близко к любому из импульсов HSYNC или VSYNC. Период, когда сигнал DE находится в состоянии логического нуля (например, интервал вертикального или горизонтального гашения), используется для передачи дополнительных данных HDMI и аудио пакетов и, следовательно, не может быть нарушен.
 
Но к такого рода смещениям может привести сдвиг фазы дискретизации АЦП. Предполагается, что активная область смещения будет отображаться чёрной полосой на видимой области экрана. Для композитного сигнала вещания видео (CVBS) это явление может быть исправлено превышением области горизонтальной развёртки на величину от 5% до 10% (пересканирование).
 
Стандарт VGA предназначен для показа активного видео без устранения отображения любой области. Картинка не пересканируется, и поэтому регулировка положения дисплея имеет очень важное значение для преобразования VGA в HDMI.
 
В лучшем случае к моменту показа на экране чёрная полоса может быть автоматически распознана, а изображение автоматически отцентрировано, либо его положение отрегулировано вручную в соответствии со считываемой с дисплея информацией. Если АЦП VGA подключён к серверному преобразователю масштаба, то активное видео можно должным образом привести в соответствие с размерами видимой области.
 
Тем не менее, масштабирование с целью исправления смещения активной области видео увеличивает стоимость разработки и сопутствующие риски. Масштабизатор при наличии, например, видео шаблона может распознать чёрную область, окружающую небольшой белый квадрат внутри активной области, как бесполезный участок, и удалить его.
 
После этого удаления белый квадрат станет чисто белым фоном. С другой стороны, изображение, состоящее из половины белого и половины чёрного фона, также отображалось бы к искажениями. Поэтому должны быть включены некоторые механизмы предотвращения такого неправильного распознавания.
 
После того как HDMI Tx захватил и восстановил сигнал DE, он начинает посылать видеопоток получателю HDMI сигнала – например, телевизору. В то же время встроенные аудио компоненты (аудио кодек, к примеру), также могут передавать аудио поток по I2S, S/ DIF или DSD в HDMI Tx. Одним из преимуществ является то, что HDMI может передавать видео и аудио одновременно.
 
Когда переходник VGA-HDMI включён, и источник соединён с приёмником, микроконтроллер должен считать содержимое EDID от HDMI приёмника по каналу DDC передатчика HDMI. Контроллер копирует первые 128 байт EDID в ПЗУ по каналу VGA DDC с незначительной модификацией, поскольку обычно каналы VGA DDC не поддерживают расширение СЕА, используемое для HDMI. Ниже в таблице приведён перечень необходимых изменений:
 

Изменение

Причина

Замена EDID 0x14[7] с 1 на 0 Показывает аналоговый вход VGA
Замена установленного тайминга, стандартного тайминга, предпочтительного тайминга и детализация Тайминг вне максимального предела, поддерживаемого VGA конвертером и HDMI Tx, должен быть изменён до максимального или ниже
Установка 0x7E в 00 Отсутствие блока расширения EDID
Замена 0x7F Контрольная сумма должна быть пересчитана в соответствии с вышеобозначенными изменениями

 
Приведём для примера схему включения дигитайзера видео (АЦП) AD9983A, а ниже – трансмиттера HDMI ADV7513. Это важнейшие составляющие разъема VGA-HDMI, производимые компанией ADI.
 
Схема включения дигитайзера видео (АЦП) AD9983A
 
В принципе VGA-HDMI несложно и самому спаять, если есть, к примеру, паяльная станция, комплектующие, навык и интерес… Теперь обвязка ADV7513:
 
обвязка ADV7513
 

Ограничение

 
Вывод по прочтении этой статьи должен быть тривиален – затраты на покупку или самостоятельное изготовление подобного адаптера (разъёма) VGA-HDMI будут сопоставимы с приобретением новой видеокарты с HDMI-выходом. Вне зависимости от того, о ноутбуке или стационарном компьютере идёт речь. Тем более что сам производитель микросхем для указанного конвертера не рекомендует их в качестве основы для новых разработок…