Обзор архитектуры адаптера VGA-to-HDMI

Наивно предполагать, что портативный корпус адаптера, преобразующего сигналы классического VGA-интерфейса в мод­ный HDMI, скрывает от нас таинственную коммутацию проводников, которые чудесным образом из аналогового сиг­на­ла порождают вездесущую «цифру». Реальность этого, казалось бы, простенького устройства, стала достижимой толь­ко благодаря современным разработкам кон­вер­то­ров-ди­ги­тай­зе­ров. Рассмотрим решение от Analog Device, ис­поль­зу­е­мое в большинстве переходников VGA-to-HDMI — AD9983A, референс-дизайн которого в открытый доступ вы­ло­жи­ла компания Arrow.

Блок-схема адаптера VGA-to-HDMI

 

Функциональность адаптеров VGA-to-HDMI основана на согласовании стандартов приема и передачи видео со­глас­но спе­ци­фи­ка­ции VESA на ба­зо­вый иден­ти­фи­ка­тор средств отображения — Extended Display Identification Data. EDID дисплея содержит информацию о его возможностях, включая данные о допустимых размерах изображения, цветовых характеристиках, заводских установках, частотном диапазона, а также название монитора, его про­из­во­ди­те­ля и се­рий­ный номер. Зная все это, можно сфор­ми­ро­вать пол­но­цен­ное видео из аналогового VGA-сигнала в цифровой HDMI-тракт.

От «аналога» к «цифре»

VGA-адаптер по по протоколу I2C, на базе которого реализован канал его вза­и­мо­дей­ст­вия с подключенным устройством — Display Data Channel (DDC) счи­ты­ва­ет со­дер­жи­мое EDID-иден­ти­фи­ка­то­ра из флеш-памяти дисплея. Анализируя по­лу­чен­ную ин­фор­ма­цию, адаптер из списка под­дер­жи­ва­е­мых режимов вы­би­ра­ет мак­си­маль­но приемлемый и готов к фор­ми­ро­ва­нию ви­де­о­вы­во­да на экран.

Назначение кабеля VGA — раздельная передача сигналов RGB, а также сигналов вертикальной и горизонтальной син­хро­ни­за­ции (VSYNC и HSYNC соответственно). Синхронизация ви­де­о­по­то­ка возлагается на кон­вер­тор, а VGA-де­ко­дер осуществляет выравнивание сигналов синхронизации и тактовой частоты.

VSYNC — сигнал вертикальной синхронизации VGA-интерфейса

 

Активные участки видео определяются по сигналам доступности данных (далее — Data Enable, DE), которые указывают на периоды достоверного видеосигнала. Их наличие является обязательным условием формирования HDMI-сиг­на­ла.

HSYNC — сигнал горизонтальной синхронизации VGA-интерфейса

 

Сигнал DE имеет ключевое значение для получения чистого потока данных HDMI, свободного от помех. При от­сут­ст­вии сигнала DE его функцию может выполнять HDMI-трансмиттер. Новейшие модели передатчиков используют для этого сигналы синхронизации HSYNC и VSYNC, основываясь на величине задержки сигналов, их активной ширины и высоты. Это позволяет поддерживать совместимость передачи сигнала HDMI. От величины задержки сигнала го­ри­зон­таль­ной син­хро­ни­за­ции (HSYNC) зависит количество переданных пикселей, от вертикальной (VSYNC) — ко­ли­че­ство по­слан­ных импульсов сигнала HSYNC.

Активная ширина равна числу активных пикселей в одной строке, активная высота — числу активных строк. Польза генерации DE заключается и в том, что она улучшает выравнивание активной части изображения по центру дисплея.

Открывающий и замыкающий пиксели в аналоговом входном сигнале, подвергнутом оцифровке, не должны на­кла­ды­вать­ся на импульсы горизонтальных и вертикальных сигналов. Промежутки между периодами активности сигнала DE могут заполняться передачей дополнительной информации, а потому должны неукоснительно соблюдаться. На прак­ти­ке они могут смещаться во времени из-за нежелательных подвижек дискретизации. В таких случаях область сдвига на дисплее будет представлена черной полосой, перекрывающей часть дисплея. Если используется композитный ви­де­о­сиг­нал (Composite Video Baseband Signal), этот дефект исправляется увеличением области развертки по горизонтали.

Референс-дизайн аналого-цифрового преобразователя на базе конвертора-дигитайзера AD9983A от Analog Device

Декодер VGA не заточен на изменение разрешения, поэтому для корректной трансформации VGA в HDMI су­ще­ст­вен­но важен точно отрегулированный дисплей. Помехи в виде черной полосы, налезающей на изображение, уст­ра­ня­ют­ся автоматически либо вручную (путем центрирования картинки и подгонкой ее к размерами ви­ди­мой об­лас­ти изо­бра­же­ния.

На экранах больших размеров растет количество сбойных пикселей. Сопоставив выводимое изображение с тестовой картинкой, можно выполнить масштабирование, выявить «би­тые» области дисплея и восстановить его нормальную ра­бо­ту. Впрочем, по результатам такой процедуры всегда существует ве­ро­ят­ность остаточных искажений.

Преимущество HDMI-стандарта в его разносторонности, способности одновременно нести информацию о аудио- и ви­де­о­трак­тах. Трансмиттер HDMI в фазе активного сигнала DE посылает аудио- и ви­де­о­ряд на средство отображения. В качестве трансмиттера, как вариант, компания Arrow рекомендует использовать чипы ADV7511 или ADV7513. В ито­ге с хорошей кор­пу­си­ров­кой должно получиться устройство, как две капли воды похожее на это:

Адаптер VGA-to-HDMI