Sul blog di Elettronica Open Source puoi leggere non solo tutti gli articoli Premium riservati agli abbonati Platinum 2.0 e inseriti nella rivista Firmware 2.0 (insieme ad articoli tecnici, progetti, approfondimenti sulle tecnologie emergenti, news, tutorial a puntate, e molto altro) ma anche gli articoli della Rubrica Firmware Reload. In questa Rubrica del blog abbiamo raccolto gli articoli tecnici della vecchia rivista cartacea Firmware, che contengono argomenti e temi evergreen per Professionisti, Makers, Hobbisti e Appassionati di elettronica. S-Video, Video-Composito, RGB, VGA, SCART, tutti standard che hanno a che fare con il segnale video analogico e che nell’era del digitale continuano ad equipaggiare molte apparecchiature di video editing e non solo. Districarsi tra tutti questi standard, senza fare confusione, per molti è spesso non facile. Proviamo a farlo con questo articolo inquadrando l’argomento in maniera semplice ed organica.
ALTRI CAVI ADATTATORI
In commercio esistono diversi cavi adattatori. Generalmente i cavi Scart/tripla RCA sono cavi fatti per gestire audio e video in una sola direzione mentre quelli Scart/6 RCA consentono di gestire audio stereo-IN (2 RCA), audio stereo OUT (2 RCA), Video-IN ed Video-OUT. In maniera analoga è possibile trovare in commercio adattatori Scart-S-Video o Scart-Video-Composito (Figura 1).
Figura 1: Adattatori Scart/S-Video e Scart/Video-Composito
Ne esistono di due tipi: quelli muniti di interruttore IN/OUT, con cui è possibile selezionare la direzione del segnale audio e video, e quelli sprovvisti di questo interruttore che consentono l’adattamento in un solo verso.
VGA (VIDEO GRAPHICS ARRAY)
La VGA (Video Graphics Array) è uno standard analogico relativo a display per computer, introdotto sul mercato nel 1987 da IBM per rimpiazzare standard quali l’MDA (Monochrome Display Adapter), CGA (Color Graphics Adapter) ed EGA (Enhanced Graphics Adapter) ed ha subito nel tempo numerose estensioni come la Super VGA. I dispositivi video che si possono collegare ad un computer, i monitor soprattutto, sia i vecchi CRT che i moderni LCD, ma anche altri dispositivi come i video proiettori, sono, generalmente, dotati di una interfaccia di comunicazione VGA. La prima cosa che appare evidente in dispositivi di questo tipo è la presenza di un connettore sub-D a 15 pin. Il piedino 9 non è presente sul connettore maschio ed il foro è chiuso sul connettore femmina in modo che non si possa inserire un connettore DB-15F generico che potrebbe avere dei segnali diversi e danneggiare la scheda video. I pin 1, 2 e 3 sono associati alle componenti di colore rosso (R), verde (G) e blu (B) del segnale mentre i pin 13 e 14 corrispondono ai due segnali di sincronismo, orizzontale e verticale. Il segnale è inviato definendo una scansione orizzontale da sinistra a destra e verticale dall’alto in basso del monitor, in maniera del tutto analoga a quello che accade negli apparecchi televisivi. I tre colori RGB assegnati ai rispettivi pin sono rappresentati da segnali analogici che possono variare ciascuno tra un valore minimo pari a 0 V ed un valore massimo pari a 0,7 V (massima luminosità). I segnali di sincronismo, diversamente da quelli di colore, sono dei livelli digitali. I collegamenti di questi segnali prevedono terminazioni con impedenza a 75 Ω. Pur non entrando nei dettagli specifici dell’elettronica di questa interfaccia è interessante comprendere quale sia la logica mediante la quale è possibile, digitalmente, generare il segnale VGA di un pixel in un monitor VGA. Per esempio, con una rete resistiva del tipo in Figura 2 si ha in uscita, sfruttando la terminazione a 75 Ω, per ciascun colore 0 V oppure 3,3 V*(75/75+270) = 0,7 V, in accordo con quanto detto precedentemente. Con un bit per ciascun colore è allora possibile ottenere otto colori.
Diversamente, se si usano due o tre bit per colore (Figura 2) è possibile ottenere 4*4*4=64 colori oppure 8*8*8=512 colori. Ovviamente, questo è solo un discorso semplificato fatto per far comprendere la logica di funzionamento. Nella realtà, quando si deve convertire un segnale digitale costituito da un elevato numero di bit in un segnale analogico è necessario impiegare elettroniche apposite come accade tipicamente nelle schede video. Qualche considerazione occorre fare in merito alla banda di un segnale di questo tipo. Se si vuole calcolare approssimativamente tale banda in funzione della risoluzione VGA, appare chiaro che questa risulterà tanto maggiore quanto maggiore è il numero di pixel complessivi spazzolati in un secondo, pari al numero di pixel orizzontali per il numero di pixel verticali per il numero di quadri spazzolati al secondo. La massima escursione di luminosità che si può avere, relativamente alla singola componente, è quella che si ottiene passando dalla minima luminosità di un pixel alla massima luminosità del pixel successivo. In realtà, vi è un certo effetto dovuto al tempo aggiuntivo di retrace, il che si traduce in un aumento della banda necessaria, pari ad un certo fattore moltiplicativo, circa pari ad 1,3. Se si considera, per esempio, una risoluzione VGA 640x480 a 60 Hz, si ottiene una banda pari a circa 640*480*60Hz*1,3=24MHz (pixel clock). Ne consegue che all’aumentare della risoluzione è necessario un hardware sempre più performante.
Figura 2: Reti resistive per un bit per colore, due bit per colore e tre bit per colore
TEMPORIZZAZIONI E RISOLUZIONI DEL SEGNALE VGA
Il funzionamento di una periferica VGA è strettamente legato alla corretta interpretazione dei sincronismi. Tra la fine di una temporizzazione orizzontale e l’inizio di un’altra vi è una zona attiva che riporta i valori di colore per ciascun pixel della linea. Alla fine della zona attiva vi è un intervallo chiamato Front Porch (piedistallo anteriore), quindi un impulso di sincronismo e quindi un Back Porch (piedistallo posteriore). La cosa si presenta analoga per la sincronizzazione verticale (Figura 3).
Figura 3: Temporizzazione orizzontale (in alto) e verticale (in basso)
Nel periodo di tempo che intercorre tra inizio del Front Porch e la fine del Back Porch i segnali di colore restano spenti. Anche se oggi sono molto diffusi i monitor LCD e quelli CRT vanno sostanzialmente scomparendo, all’origine dello standard VGA, quando i monitor LCD ancora non esistevano, era necessario, analogamente a quanto accade in un apparecchio televisivo, che il pennello elettronico rimanesse spento nel passaggio dalla fine di una riga all’inizio della successiva oppure dalla fine di una scansione verticale all’inizio della successiva. La Figura 4 riporta quanto evidenziato in Figura 3 ma visto in una scala spaziale. Ovviamente, maggiore è la risoluzione, maggiore è il pixel clock necessario.
Figura 4: Temporizzazioni orizzontale e verticale in scala spaziale
I monitor VGA, come altri dispositivi terminali, sono in grado di riconoscere il pixel clock automaticamente e di agganciarsi. Nella scheda grafica di un PC, aree di memoria dedicate sono utilizzate per aggiornare il valore di colore di ogni pixel sul monitor. Questa memoria è letta per produrre i segnali VGA che consentono al monitor la riproduzione a video (Figura 5).
Figura 5: Schema a blocchi dell’elettronica di una interfaccia VGA
DVI ED HDMI
Nell’era del digitale nuovi standard si sono ormai diffusi nelle apparecchiature video. Tra questi occorre ricordare soprattutto il DVI e l’HDMI. Il DVI (Digital Visual Interface) è una connessione digitale introdotta in campo informatico per una migliore gestione del segnale video digitale. Molte schede grafiche per PC la integrano e anche molti dispositivi come DVD player e TV. Il notevole vantaggio è che trasportando segnali digitali non sono necessarie conversioni A/D e D/A; inoltre, la DVI gestisce risoluzioni elevate per cui risulta adatta all’alta definizione. L’HDMI (High Definition Multimedia Interface) è anch’esso uno standard pensato per le trasmissioni di segnale video digitale ad alta definizione sebbene si stia diffondendo anche su apparati non HD. Riesce a gestire video in HD non compresso e prevede alcuni canali per la trasmissione delle componenti audio. Moltissime TV (soprattutto le HD Ready) prevedono oggi una o più porte HDMI. Allo stesso modo di quello che accade in analogico in un cavo Scart, su un unico connettore sono presenti segnali diversi. Questa connessione supporta infatti segnali digitali RGB e component (YCbCr) e anche tracce audio digitali fino ad otto canali. Il vantaggio dell’HDMI sul DVI è il connettore più piccolo e la possibilità di veicolare l’audio. La banda di 5 Gbps lo rende ottimo per il trasporto di video ad alta definizione, infatti, il 1080i ha un frame-rate di 2,2 Gbps. Altro vantaggio dell’HDMI è la possibilità di avere cavi più lunghi, in genere fino a 15 metri, il che risolve, per esempio, il problema di una connessione con un videoproiettore.
Figura 6: Connettore e cavo DVI
Figura 7: Presa e cavo HDMI
