Széchenyi István Egyetem Győr BARANYAI ZOLTÁN A monitorok vezérlése a digitális televízió rendszerekben Az RGB és a HDMI átvitel összehasonlítása Digitális képátvitel a számítástechnikában Digitális TV-jelek átvitele HDMI csatornákon I2C-busz vezérlés IP hálózatról EDID információk kiolvasása Győr, 2008 Tartalom ● ELSŐ FEJEZET: Bevezetés . 4 ● MÁSODIK FEJEZET: A kép minősége . 5 2.1 A digitális vezérléshez vezető út . 5 2.2 A képcsövek és kijelzők fejlődése . 6 2.3 Az RGB átvitel temetése . 7 2.4 Az RGB és a HDMI átvitel összehasonlítása . 7 2.5 A set-top boxok kimenetei . 10 2.5.1 Miért kell kidobni a mai set-top boxokat? . 10 ● HARMADIK FEJEZET: Digitális képátvitel a számítástechnikában . 11 3.1 A DVI átvitel . 12 3.1.1 A TMDS kapcsolat logikai felépítése . 12 3.1.2 A TMDS kódolás . 13 3.1.3 A TMDS karakterek dekódolása . 14 3.1.4 DVI csatlakozók, és formátumok . 16 ● NEGYEDIK FEJEZET: Digitális TV-jelek átvitele HDMI csatornákon . 17 4.1 A „HD-ready” és a „HDTV” címke követelményei . 18 4.2 A HDMI átvitel . 19 4.2.1 A HDMI verziói . 19 4.2.2 Csatlakozók és kábelek . 20 4.2.3 A HDMI átvitel architektúrája . 21 4.2.4 Az időszakos TMDS kódolás . 23 4.2.4.1 A Data Island időszak . 25 4.2.4.2 A vezérlő időszak . 27 4.2.5 A Display Data Channel . 27 4.2.6 Az EDID adatok struktúrája . 27 ● ÖTÖDIK FEJEZET: I2C-busz vezérlés IP hálózatról . 28 5.1 Az I2C-busz . 28 5.1.1 Az I2C-busz használata . 29 5.1.1.1 START és STOP feltételek . 30 5.1.1.2 Nyugtázás . 30 5.1.2 Az arbitrációs eljárás . 31 5.1.3 Eszközök címzése az I2C-buszon . 32 5.2 A Gigabit Ethernet Controller . 33 5.2.1 A DDToIP protokoll . 34 5.2.2 Az I2C interfész . 35 5.2.2.1 Az I2C utasítások . 35 ● HATODIK FEJEZET: EDID információk kiolvasása . 36 6.1 EDID információk kiolvasása Windowsból . 36 6.1.1 Az EDID Viewer 1.0 szoftver . 37 6.1.2 A WinI2C/DDC_v231 szoftver . 38 6.2 EDID információk kiolvasása a CW-4901 Gigabit Ethernet Controller segítségével . 39 6.2.1 A mérési összeállítás . 39 6.2.2 Utasítások az I2C-buszon . 40 6.2.2.1 Az I2C-busz vizsgálata digitális oszcilloszkóppal . 41 6.2.3 Az EDID adatok kiértékelése . 42 6.2.3.1 Gyártó és termék azonosítók . 44 6.2.3.2 A video bemenetre vonatkozó adatok . 45 6.2.3.3 Képernyőméret és átviteli karakterisztika . 46 ● HETEDIK FEJEZET: Összefoglalás és értékelés . 48 7.1 MPEG-2 dekóder HDMI kimenettel . 48 Irodalomjegyzék Mellékletek: Az EDID_DDC program forráskódja A monitorok vezérlése a digitális televízió rendszerekben cikk I. rész A monitorok vezérlése a digitális televízió rendszerekben cikk II. rész Széchenyi István Egyetem A monitorok vezérlése a digitális Villamosmérnöki szak televízió rendszerekben Első fejezet Bevezetés A digitális átállás folyamatában a televízió technika egy olyan jelentéktelennek tűnő problémájára szeretném felhívni a figyelmet, amelyről szinte senki nem beszél. A kiváló képminőséget ugyanis nem mindig érzékeljük a televízió előtt. A digitális átállás szükségessége a hétköznapi ember szemszögéből nem annyira egyértel- mű. Az átlagembert nem érdeklik a különleges műszaki megoldások, csak a kép minőségé- re kényes. Az sem mellékes persze, hogy ez mennyibe kerül. Sokan a mai napig nem értik, miért kell lecserélni a megszokott szubjektíve jól működő analóg rendszert digitálisra. Mert a digitális gazdaságosabb, új szolgáltatásokat biztosít stb., és nem utolsó alapjai- ban változtatja meg a képminőségről alkotott korábbi értékrendünket. Valóban olyan jó az a kép? Sajnos nem feltétlenül. De mit is várhatnánk, ha analóg bemenetű digitális megjelenítő (LCD, TFT, Plasma) előtt ülve szeretnénk megtapasztalni a csodát? Sokat nem. A kép mi- nősége című fejezetből kiderül, miért. A HDMI elterjedésével ugyan lassan-lassan javul a helyzet, mert egyre többen felisme- rik az új interfészben rejlő lehetőségeket, és inkább ezt használják az elavult SCART csatlakozó helyett. A legtöbb embernek fogalma nincs róla, hogy működik, de biztos jó! A DVI és a HDMI átvitelről minden lényeges információ megtalálható ebben a dokumentum- ban. Ezen kívül szó lesz az I2C-busz IP hálózatról történő vezérléséről, amelynek keretében bemutatom az olvasónak az IP TV rendszerek alapáramkörét, a Gigabit Ethernet Controller modult. Végül egy kis csemege: a monitorok kijelzőazonosítási adatainak (EDID) lekérdezésére, és értelmezésére szeretnék több alternatívát felsorolni. A szakdolgozatomat a budapesti CableWorld Kft.-nél készítettem, ahol kábeltelevíziós termékek fejlesztésével, gyártásával, és értékesítésével foglalkoznak. Ezúton is szeretnék köszönetet mondani a cég munkatársainak, akik végig egyenrangú partnerként kezeltek, és mindenben támogattak. A szakdolgozat soha nem készült volna el, ha nincs Honfy József. Nyugodjék békében! 4 Széchenyi István Egyetem A monitorok vezérlése a digitális Villamosmérnöki szak televízió rendszerekben Második fejezet A kép minősége A digitális televíziótechnika bevezetésének folyamatában gyakran kérik az új rendszer előnyeinek felsorolását. A jobb képminőséget mindenki az elsők között említi, azonban ennek bizonyítása mostanáig meglehetősen nehéz feladat volt. Ebben a fejezetben arról lesz szó, hogy mitől és mikor lesz a kép minősége egyértelműen sokkal jobb, mint az analóg rendszerben volt. 2.1 A digitális vezérléshez vezető út Az elmúlt évtizedekben számos olyan készüléket (képmagnó, DVD-lejátszó, set-top box stb.) hoztak létre, amely képcsővel nem rendelkezett, és a kép megjelenítéséhez a televízió vevőkészülék képernyőjét használta fel. E feladatok ellátásához a TV-vevőkészülékekre összetett PAL kódolt videojelet és/vagy RGB jelet fogadó bemeneteket alakítottak ki. A kép minősége szempontjából a leggyengébbet a nagyfrekvenciás modulációval (VHF- UHF sávú csonka oldalsávos AM) átvitt PAL jel esetén kapjuk. Ennél jobb a kép minősége, ha nem kell a nagyfrekvenciás átvitelt igénybe venni, és a PAL jel közvetlenül vezethető a TV-vevőkészülék bemenetére. Az analóg technikában jártas olvasó még emlékszik rá, hogy az alapsávi átvitelből adódó minőségjavulást akkor igen nagynak ítéltük, holott a PAL kódolás-dekódolás is komoly torzításokat okozott a képen. A PAL átvitel előnye, hogy egyetlen koaxiális kábellel megoldható, és a kábelezés még a szakképzetlen felhasználó számára is elvégezhető feladat. A PAL kódolás-dekódolás torzításainak kiküszöbölése érdekében vezették be a SCART (Syndicat des Constructeurs d'Appareils Radiorécepteurs et Téléviseurs) csatlakozót, és az átvitel kialakításánál – a korábban csak a stúdiótechnikában használt – RGB átvitelt alkalmazták. Ennek lényege, hogy a vörös (R), zöld (G), és kék (B) kép jelét három koax kábelen külön-külön viszik be a TV-vevőkészülékbe. Az RGB átvitel lényegesen jobb kép- minőséget eredményez, azonban az összekötő kábel vastagabb, és a hossza sem lehet túl nagy. A műholdas-, földi-, és kábeles digitális vevők (set-top boxok) általában mind a PAL, 5 Széchenyi István Egyetem A monitorok vezérlése a digitális Villamosmérnöki szak televízió rendszerekben mind az RGB kimenettel el vannak látva. A PAL kimenetet használva a digitális vétel kép- minősége elméletileg sem lehet jobb, mint amire a PAL átvitel képes, így lehetetlen a kép minőségének javulását szemléltetni. Az RGB kimenetet használva már némi javulás kimu- tatható, de megmarad a digitális átviteli lánc ezen utolsó szakaszán alkalmazott analóg át- vitel összes hibája. [1] 2.2 A képcsövek és kijelzők fejlődése Az analóg technikában a kép megjelenítésére katódsugárcsövet használtunk, a képet sorok- ra bontva ábrázoltuk. A sorokra történő bontás volt a digitalizálás első lépése, amelynek keretében itt Európában 625, az USA-ban 525 sorra bontották fel a képet. Pontosabban a 625 sorból 576 sorban, illetve az 525 sorból 480 sorban történt a kép átvitele, mert a többit technikai okokból nem lehetett igénybe venni. Számos esetben beszéltek vízszintes fel- bontásról is, pedig ez az analóg világban nem létezett. A 4:3 képarányból számítható 576×4/3=768 vízszintes felbontás elméleti szám volt, a tényleges felbontást az analóg átvi- tel frekvenciamenete határozta meg. Napjainkban a katódsugárcsövet (Cathode Ray Tube – CRT) új, digitális megjelenítők (Liquid Crystal Display – LCD, Plasma Display Panel – PDP stb.) váltják fel, ezek felépítése teljesen eltérő, analóg részt nem tartalmaznak. A kép vízszintesen és függőlegesen egyaránt apró képpontokra van bontva, ezen kell megjeleníteni a képet. Amikor az akció keretében is több százezer forintért vásárolt plazma kijelzőre az van írva, hogy felbontása 640×480, akkor a mi rendszerünk 576 sorát 480 sorra kell átkonvertálni és megjeleníteni. A konvertálás első lépéseként örömmel nyugtázhatjuk, hogy 576:480=1,2 azaz öt sort felrajzolva, majd a 6. sort eldobva egyszerű konverziós eljáráshoz jutunk. Felvetődik viszont a kérdés: javul-e az analóg kép minősége, ha minden hatodik sorát elhagyjuk? Sajnos nem, és akkor sem kapunk jobb megoldást, ha az egyik sor 40%-át és a következő sor 80%-át felhasználva akarunk új sort készíteni pixelenként 100ns alatt. Jó megoldás nincs, ezeket a tévéket nem nekünk gyártották. A tőlünk nyugatabbra lévő orszá- gokban az ilyen készülék nem más, mint ipari hulladék, ezért igyekeznek szabadulni tőle. Nem véletlenül vannak ezekkel tele a magyar bevásárlóközpontok polcai. A korábbi analóg képeink megjelenítéséhez 576 soros plazmára lenne szükség, illetve olyan LCD-re, ami 576 soros, vagy ennek egész számú többszöröse. Sajnos ilyen eszközök nem léteznek. [1] 6 Széchenyi István Egyetem A monitorok vezérlése a digitális Villamosmérnöki szak televízió rendszerekben 2.3 Az RGB átvitel temetése Az analóg rendszerekben a legjobb képminőséget