Knutselen: HDMI-uitgang toevoegen aan Extron IN1502-schaler

[dmantione]

Goedendag,

Tussen alle consumentenartikelen van "welke televisie moet ik kopen" vind ik het wel weer eens tijd voor een echt Tweakerdraadje. En het onderwerp gaat over een videoschaler. Eén van mijn hobby's is retrocomputeren. En daar heb ik beeldbuismonitoren voor, zodat je ze kunt genieten hoe ze bedoeld zijn. Maar... dit is zijn typisch apparaten die je niet altijd in je eentje wilt beleven. En dan wil je ze ook wel eens in de huiskamer aansluiten. Maar ja, daar staat een moderne OLED-televisie en daar begint het probleem zich voor te doen: Met de 4 HDMI-poorten die daarop zitten kan Daniël echt niet uit de voeten.

Om in dit gebrek te voorzien bevind zich in de buurt van de televisie zich een overlevingskit, om te beginnen een leger converters:



Even voorstellen:

• Links: Extron IN1502 Composiet/S-Video naar VGA-converter
• Onder: HDMI switch 8:1, converteert composiet, component, VGA en HDMI naar HDMI
• Midden-boven: HDMI video converter, converteert compposiet en S-video naar HDMI
• Rechts-boven "Video converter", converteert SCART naar HDMI.
• Rechts-onder "HD video converter", converteert SCART of HDMI naar HDMI.

En om dat allemaal te kunnen verbinden zijn ook veel kabels nodig:



En ik heb nog een tweede lade:



... en als dat niet genoeg is dan heb ik op zolder nog twee dozen met allerhande kabels liggen.

Maar goed, terug naar de converters, op een retrocomputer werk je in alle gevallen met een analoge aansluiting, dat kan composiet zijn, S-Video, RGB, VGA en de ideale converter verschil eigenlijk per situatie: Voor een Commodore 64 geldt wat anders als voor een Amiga.

Alle converters functioneren in zekere zin best redelijk: Ze leveren allemaal een kijkbaar plaatje en zijn allen te gebruiken. Toch zitten er ook aan allen wat haken en ogen. Om het onderwerp niet te breed te maken concentreer ik nu even op de situatie met een Commodore 64. De C64 produceert composiet en S-Video.

Laten we de apparaten even aflopen, te beginnen met de "HDMI switch 8:1". Het grootste probleem van deze converter komt direct aan het ligt als de boel ingeschakelt wordt, namelijk, de kleuren:



Nu lijkt het contrast op de foto een beetje extra weg te vallen en is er in praktijk goed met deze converter te werken, maar dat de kleuren niet zo zijn als op een beeldbuis is toch wel de praktijk en je moet met de knoppen van de televisie gaan spelen om het te proberen corrigeren. Van dichtbij levert deze schaler een redelijk goed plaatje: pixels zijn goed te herkennen, niet overdreven uitgesmeerd en er zijn niet veel arctefacten te herkennen:



De "8:1 HDMI switch" veroorzaakt wat latentie, wat voor retro-computers een vrij serieuze kwestie is, maar het is geen drama en spellen blijven speelbaar. Een laaste probleem van deze converter is dat hij al het beeld als een interlacedsignaal, 576i dus, behandeld, wat bij het 288p-signaal van de C64 soms wat ongewenste effecten op het beeld oplevert.

Nu de "HDMI video converter". Deze converter kan zowel composiet als S-Video en in composiet ziet het plaatje er als volgt uit:



Ook hier weer, niet de kleuren die we op een beeldbuis gewend zijn! Maar anderszins is het een prima plaatje waar mee te werken valt. Van dichtbij:



Voor composiet-video is dit een prima plaatje. Als we evenwel S-Video gaan gebruiken gaat het compleet mis:




Wat er hier vermoedelijk aan de hand is, is dat de Commodore 64 S-Video "avant la lettre" heeft, toen de eerste apparaten met S-Video op de markt kwamen, was de Commodore 64 al 5 jaar op de markt. De C64 gebruikt een wat grotere amplitude op de kleurenleiding dan gewone S-Video-apparaten. Dat hoort geen effect te hebben, de kleuren worden immers bepaald door de fase van het signaal en niet de amplitude, maar sommige apparaten vinden de grotere amplitude toch niet helemaal leuk.

Ook deze converter behandelt al het beeld als 576i.

Tijd voor de volgende converter, de "HD video converter":

Kijk! Dit zijn de kleuren zoals we ze op een beeldbuis gewend zijn Er is wat verkleurig te zien in de letters, dan komt deels omdat het composiet is, deels omdat de Commodore 64 zelf niet perfect is, dus dat kunnen we de converter zelf moeilijk verwijten. Ook op een beeldbuis is dit te zien.

Deze converter is evenwel lang niet perfect, hij heeft soms de neiging dat teksten onscherp worden:



Tussen de letters zit ruimte, maar dat is niet goed te zien. Een ander probleem met deze converter is een imperfectie in het beeldsignaal van de Commodore 64, verticale tralies door het beeld. Deze zijn altijd aanwezig, ook op een beeldbuis, maar op deze converter worden ze soms wel héél dominant zichtbaar:



En we zijn nog niet klaar, bij deze converter zijn langs scherpe randjes in het beeld echo's zichbaar:



Kennelijk gaat deze converter niet helemaal goed om bij het respecteren van de 75 ohm-impedantie of zo. En ook deze converter behandelt het beeld altijd als 576i.

Nu de "HD Video Converter". Deze converter converteert SCART naar HDMI en levert het volgende plaatje op:



Wat kleuren betreft valt er op dit plaajte niets te mopperen, het is keurig zoals verwacht. Van dichtbij ben ik ook rredelijk te spreken over het plaatje:



... pixels goed herkenbaar, niet teveel uitgesmeerd, ik denk niet dat je een composietsignaal veel beter krijgt.

Om het nog maar even over tralies te hebben, dat is bij deze converter stukken beter dan bij de vorige:



Ook deze converter behandelt al het signaal als 576i, hij kan geen S-Video, maar anderszins is het voor een Commodore 64 een behoorlijk goede converter.

Op naar de volgende, de Extron IN1502, te beginnen bij de composietingang. Deze converter is zéér instelbaar. Met de standaardinstellingen ziet het plaatje er zo uit:



Dit is al niet heel slecht, hoewel op het oog sommige van de converters hierboven wat mooiere kleuren weergeven, echter, omdat de Extron zeer instelbaar is, is dat te corrigeren, dat heb ik voor deze test niet gedaan, maar ik kan zeggen dat de kleuren prima in orde te krijgen zijn. Wat echter vrij duidelijk is, dat het een heel consistent plaatje is, zonder kleurafwijkingen of ander imperfecties.

Van dichtbij:



... wederom zeer goed.

De Extron heeft ook S-video en dan ziet het plaatje er als volgt uit:





We zien in het S-Video-signaal wel weer kleurafwijkingen, maar die worden door de C64 veroorzaakt en niet door de schaler. De scherpte en perfectie anderzins van het S-video-signaal is verder indrukwekkend goed: Hartstikke mooie scherp, uniform, pixels goed herkenbaar en de tralies van de C64 zijn totaal niet dominant en eerder afwezig, wat ook blijkt uit het volgende plaatje:



De Extron zet een mooi plaatje neer in spellen:



Op het gebied van de-interlacen doet de Extron uitstekend zijn werk: 288p wordt keurig als 288p-behandeld en in de Extron zit zelfs functionaliteit die films die van 24Hz naar i50 of i60 zijn omgezet te herkennen en op een nette manier als progressive weer te geven.

Al bij al wordt dit draadje bijna een recensie van videoschalers, maar in ieder geval hoop ik over te kunnen brengen dat de Extron voor mijn doel een heel mooi apparaat is en dan komende we aan de behandeling toe van het grootste nadeel van de Extron:



Het apparaat heeft een VGA-uitgang! Dat betekent de composiet of S-Video eerst in VGA omzetten en daarna weer in HDMI omzetten. In dit geval heb ik de "HDMI switch 8:1" daarvoor gebruikt. Maar dat is eigenlijk héél ongewenst: De Extron zet het videosignaal om in VGA in bijvoorbeeld 1024x768, daarna gaat de "HDMI switch 8:1" het omzetten in 1920x1080 en daarna moet de televisie zelf het nog een keer schalen naar 4K. Elk stap voegt latentie toe en dat maakt de Extron niet zo denderend om spellen mee te spelen, ook heeft het apparaat zelf een prima latentie.

Kortom, ik zou graag een HDMI-uitgang op de Extron hebben. De Tweakerhandjes beginnen te jeuken: Kunnen we het apparaat niet modden met een HDMI-uitgang? Dat zou hem een heel stuk praktischer maken. Dat is precies waar ik mee aan de slag ben gegaan. Deze post is inmiddels lang genoeg en ik sluit nu even af, maar in een vervolgpost zal ik, ter leering ende vermaeck, verslag doen van de mod.

[dmantione]

Goed, het tweede deel van dit project. Een HDMI-uitgang toevoegen, hoe doe je dat?

Nou, in beginsel lijkt het simpel: Als we extern van VGA naar HDMI kunnen converteren, dan kan dat natuurlijk ook intern. Kunnen we een VGA naar HDMI-converter in het apparaat inbouwen? Daar zitten een aantal haken en ogen aan:

• Liefst willen we niet de nadelen zoals de 8:1 HDMI switch. De 8:1 HDMI switch digitaliseert het VGA-signaal niet alleen, hij decodeert het naar een interne framebuffer, gaat het naar 1920x1080 schalen en stuurt dat uiteindelijk over de HDMI-poort naar buien. Dat dubbele schalen veroorzaakt input-lag en is ongewenst.
• Het mooiste is om de HDMI-poort toe te voegen zonder de VGA-uitgang onbruikbaar te maken. We moeten dus de VGA-uitgang splitsen, zodat het signaal zowel naar de HDMI-converter gaat als naar de VGA-uitgang. Je kunt een VGA-signaal evenwel niet simpelweg splitsen door beiden op dezelfde draadjes aan te sluiten. VGA is namelijk coax met 75 ohm afsluitweerstanden. Elke ader in een VGA--kabel zit in het ontvangende apparaat met een weerstand van 75 ohm met de massa verbonden. Zou je een tweede apparaat met de lijntjes verbinden, dan krijg je tweemaal 75 ohm, ofwel gecombineerd 37,5 ohm waardoor het voltage halveert en het beeld half zo donker wordt. Bovendien zou je dan, omdat je de karakteristieke 75 ohm niet respecteert, echo's in je beeld gaan zien.

Idealiter willen we een domme converter van VGA naar HDMI, die het signaal niet veranderd, gewoon op de HDMI-poort uitstuurt wat er binnenkomt. Om een VGA-signaal te splitsen, moet je het eigenlijk eerst versterken met een videoversteker, waarna je vanuit het versterkte signaal twee nieuwe signalen kunt genereren met elk 75 ohm weerstand. Maar dat is erg complex. Is er en manier om die complexiteit te vermijden? Dat gaan we eens bestuderen!

Domme VGA-naar-HDMI-converters bestaan, ik heb op AliExpress deze converter gevonden:



Het binnenwerk daarvan is heel simpel:



Deze converter is opgebouwd rond een MS9288-chip van Macrosilicon en doet precies wat gewenst is: VGA in, en HDMI uit. De rest van het bordje is de stroomverzorging, een kristal en een I2C EPROM voor de VESA DDC automatische monitordetectie, meer zit er niet op:



De 75 ohm afsluitweerstanden zijn makkelijk gevonden, die zitten direct achter de VGA-aansluiting en kunnen zo gewenst eenvoudig verwijderd worden:



Dat is goed nieuws, wat dat betekent dat aan de zijde van de converter geen reden is om het signaal eerst te versterken alvoor het te splitten, als we de afsluitweerstanden verwijderen, dan zal de converter het voltage op de lijntjes niet meer verlagen, de chip zelf zal namelijk een hele hoge weerstand hebben. Deze converter is geschikt voor het beoogde doel. Ik ga de VGA-connector verwijderen en ook de USB-connector voor stroomvoorziening, op de plaats daarvan kunnen draadjes komen om met de Extron verbonden te worden.

Over naar de Extron. Ook die moet bestudeerd worden. Het binnenwerk ziet er als volfgt uit:



Even een klein voorbehoudje: Ik heb twee van deze Extron's gekocht, op Ebay worden ze namelijk voor zachte prijsjes van de hand gedaan. Het binnenwerk van beiden is niet hetzelfde. Ik heb er eentje gemod en gebruik de andere, nog originele, voor fotografie, je gaat dus foto's zien die niet helemaal consistent zijn.

Aan het binnenwerk van de Extron is duidelijk te zien "het mocht wat kosten", dit apparaat dateert uit een tijd dat er nog geld neergeteld werd voor een converter als deze. In de huidige tijd, met de huidige prijzen, zou dit apparaat nooit op deze manier gemaakt kunnen worden.

Tijd om de elektronica in de buurt van de VGA-uitgang te bestuderen. De VGA-signaallijntjes voor rood, groen en blauw lopen naar drie chips met typenummer EL4101CU. De lijnen Hsync en Vsync lopen naar een 74ACT244:



DIe EL4101CU is waarschijnlijk iets van een videoversterker. Ik wil meer weten over die chip en vind op internet een gevensblad. Het blijkt niet zozeer een videoversterker, maar een multiplexer met versterkers erbij. Het blokdiagram is heel interessant:



We zien links dat deze multiplexer 4 ingangen heeft, waar de chip tussen kan schakelen. Aan de rechterkant zien we niet één, maar twee uitgangen! Er is een VOUT en een MOUT. Beiden hebben elk hun eigen versterker in het schema. Het bestuderen van de printplaat leert dat de VGA-uitgang is aangesloten op de VOUT. De Extron IN1502 doet niets met de MOUT, die is niet verbonden. De printbaantjes lopen naar plekken op de printplaat waar componenten op gesoldeerd kunnen worden, maar deze componenten zijn afwezig, de MOUT is geheel niet aangesloten.

Het gegevensblad van de EL4101C noemt de VOUT de "video-out" en de MOUT de "monitor out". Over wat nu precies het verschil tussen beiden is, zwijgt het gegevensblad. Het is duidelijk dat er verschillen zijn, zo blijkt uit het schema en de gegevens, maar hoe en wat?

Er rijst nu een vraag: Is de MOUT, die zijn eigen versterker heeft en dus elektrisch gescheiden is van de VOUT en wat er op de VGA-uitgang gebeurt, geschikt om de VGA-naar-HDMI-converter op aan te sluiten? De documentatie laat het afweten, het is nodig zelf op onderzoek uit te gaan.

Over dat onderzoek meer in de volgende post in dit draadje.