Dieses Projekt hat als Ziel einen DVD Player an einen VGA Computermonitor (Röhre oder TFT) anzuschließen. Die Anschaffungs- und Unterhaltskosten für einen Beamer sind beträchtlich und schließlich soll es ja auch noch (oder wieder?) Haushalte ohne einen Fernsehempfänger geben. Oft steht ein alter 17" VGA Monitor herum der zwar aufgrund der geringen Auflösung und kleinen Bildschirmdiagonale als Computermonitor ausgedient hat aber sonst noch prima in Schuß ist und gute Dienste verrichten könnte. Selbstverständlich kann mit Hilfe dieses Gerätes anstelle des Computermonitors auch ein Beamer angeschlossen werden.

Die heute gängigen DVD Player sind aber in erster Linie konzipiert um an einem Fernseher oder Beamer angeschlossen zu werden, so dass der Anschluß an einen handelsüblichen VGA Monitor einige Probleme bereitet die nachfolgend zusammen mit einigen zum Teil realisierten Lösungen beschrieben und diskutiert werden.

Hier die Themenliste zum schnelleren Überblick und Zugriff :

Übliche Steckverbinder bei DVD Player und Computer
FBAS, S-Video, YUV und Co. beim DVD Player...
... hingegen VGA beim Computer
Eingänge von Monitor und Fernseher
Gewinnung der Sychronisationssignale
Probleme bei 'Interlaced' Darstellung
Abhilfe durch 'Progressive Scan'
Gewinnung der RGB Signale aus YUV
Diskussion der Testschaltung
Probleme durch DVD Kopierschutz
Weitere Links zu diesem Thema

Übliche Steckverbinder bei DVD Player und Computer

Meist findet sich am DVD Player keine 'VGA' Buchse wie sie an einem PC üblich ist, auch die gelegentlich anzutreffende RGB Variante über BNC Buchsen ist meist nicht verfügbar so dass der Anschluß eines VGA Monitors schon an einer geeigneten Steckmöglichkeit scheitert. Stattdessen sind Steckverbinder wie Koaxial, SCART, Cinch oder mehrpolige DIN-Rundstecker am DVD Player ausgeführt. Die Schnittstellen von PC und DVD Player unterscheiden sich aber (wie nachfolgend beschrieben) nicht nur durch unterschiedliche Steckverbinder. Mittels eines einfachen Adapterkabels kommt man also nicht zum Ziel.

FBAS, S-Video, YUV und Co. beim DVD Player...

Die Schnittstellen an einem DVD Player sind in der Regel FBAS, S-Video, RGB und neuerdings YUV oder auch 'Component Video' genannt. Wem diese Namen so nichts sagen oder mehr wissen will: eine detaillierte Beschreibung dieser Videonormen und Schnittstellen findet sich z.B. hier.

Bei FBAS, S-Video und YUV sind die Farb- und Synchronisationsinformationen überlagert, sie sind also vermischt. Bei FBAS wird alles auf einer Signalleitung transportiert, bei S-Video wurden immerhin zwei Leitungen für Helligkeit und Farbe spendiert. YUV verwendet hingegen drei Leitungen: Helligkeit+Sync auf einer, die Blau- und Rot-Farbdifferenzsignale auf zwei weiteren Leitungen. Dasselbe Verfahren wird übrigens beim Farbfernsehen (PAL) angewandt. Vorteil dieses Verfahrens: ein SW-Fernseher kann einfach die Farbinformationen ignorieren.

... hingegen VGA beim Computer

Während FBAS, S-Video und YUV also mit 1-3 Signalleitungen auskommen (müssen) beansprucht VGA hingegen gleich 4-5 'Strippen'. Da die Verbindung zwischen Computer und Monitor über ein kurzes Kabel geht musste nicht mit Bandbreite und Signalleitungen geknausert werden und so konnte man sich ein Verfahren zugunsten besserer Signalqualität ausdenken welches zugleich einfach ist um damit die Kosten für die Videoelektronik möglichst gering zu halten.

Im Gegensatz zum Fernseher erwarten die meisten VGA Computermonitore von der Bildinformation getrennte Synchronisationssignale in Form von H-SYNC (Horizontal-) und V-SYNC (Vertikal-Synchnronisationsimpuls). Diese beiden Informationen sind oft zu einem C-SYNC (Composite-Sync) Signal zusammengefasst, was in der Regel von Computermonitoren auch akzeptiert wird.
Zwar 'verstehen' manche Monitore auch noch die Variante 'Sync on Green', bei dem die Sychronisationsinformationen dem Grün-Signal beigemischt sind, aber diese Möglichkeit ist wohl eher bei teureren Monitoren verfügbar und wird daher hier nicht weiter diskutiert.

Die Bildinformation (Helligkeit und Farbe) wird bei VGA ebenfalls in 'leicht verdaulicher' Form erwartet. Für jede der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (daher der Name: RGB) wird eine eigene Leitung verwendet, die Information kann somit ohne große Bearbeitung direkt 'auf die Röhre' gegeben werden.

Eingänge von Monitor und Fernseher

Im Vergleich zum Computermonitor ist der Empfangsteil eines Fernsehers aufwändiger aufgebaut denn er muß schließlich die Bild- und Synchronisationsinformationen trennen und gleichzeitig unempfindlich sein gegen Empfangsstörungen wie sie bei der atmosphärischen Übertragung nun mal entstehen können.
Aus den unterschiedlichen Anforderungen heraus ergeben sich somit Unterschiede zwischen Fernseher und Computermonitor die sich z.B. die Firma 'Makrovision' für ihren 'Kopierschutz' zunutze gemacht hat. Dieses Thema wird uns später noch beschäftigen.

Gewinnung der Sychronisationssignale

Eine einfache und gebräuchliche Schaltung um die Synchronisationsinformation aus dem Videosignal zu extrahieren ist hier beschrieben.
Diese Schaltung nutzt das FBAS Signal zur Gewinnung der Sync-Informationen sowie die direkt verfügbaren RGB Signale für die Farbinformationen. Beide Signale sind in der Regel am SCART Anschluß eines DVD Players herausgeführt. Theoretisch kann aus dem FBAS Signal auch die notwendige RGB Information mittels einer Farbtrennschaltung gewonnen werden. Da RGB aber am DVD Player sowieso meist 'umsonst' vorhanden ist wird hier nicht weiter darauf eingegangen. Es könnte aber sein dass die Videoausgänge umschaltbar sind und somit nur alternativ betrieben werden können. Tipp: austesten (z.B. mit dem Oszilloskop oder einen Fernseher anschließen) bevor man kostspielige Adapter kauft oder zum Lötkolben greift.

Probleme bei 'Interlaced' Darstellung

Die oben beschriebene Schaltung funktioniert aber leider mit den getesteten VGA Computermonitoren nicht denn offenbar können zumindest 'modernere' VGA Computermonitore mit dem Videosignal im 'Fernsehformat' nichts mehr anfangen.
Ein Grund ist das bei PAL und NTSC verwendete 'Zeilensprungverfahren' bei dem sich die Bilder aus zwei ineinander verschachtelten Halbbilder zusammensetzen. Das Verfahren verringert das Flimmern aufgrund der geringen Bildwiederholrate und spart aber Bandbreite gegenüber einer Übertragung der gleichen Anzahl von Vollbilder. Manche ältere Monitore verstehen noch diesen 'Interlaced' Modus, am besten in der Dokumenation nachsehen. Meist scheitern aber auch diese an der für sie zu niedrigen Zeilenfrequenz der Fernsehnorm von ca. 15kHz denn moderne Computermonitore arbeiten erst ab einer Zeilenfrequenz von ca. 30kHz (z.B. 31,469kHz bei VGA 640x400).
Mit viel Glück kann man einen älteren 'Multisync' Monitor finden der auch PAL/NTSC darstellen kann und somit mit dieser niedrigen Zeilenfrequenz zurecht kommt. Ansonsten bleibt zur Darstellung von 'Interlaced' nur die Verwendung aufwändiger (und teurer) 'De-interlacer' der die Halb- in Vollbilder konvertiert.

Abhilfe durch 'Progressive Scan'

Eine Lösung dieses Problems bieten DVD Player die im 'Progressive Scan' Modus betrieben werden können. In diesem Modus werden anstelle der 50 (PAL) bzw. 60 (NTSC) Halbbilder gleich 50 bzw. 60 Vollbilder ausgegeben. Dies erschlägt zwei Fliegen mit einer Klappe: es entfällt das problematische Interlaced-Verfahren und es verdoppelt sich auch die durch 'Progressive Scan' notwendige Zeilenfrequenz von ca. 15kHz auf ca. 30kHz so dass diese in den Bereich kommt den heutige VGA Monitore wieder darstellen können. Hierdurch verbessert sich auch die Bildqualität gegenüber dem 'Standard-PAL', das Bild ist auch bei großformatiger Wiedergabe praktisch flimmerfrei. Obwohl anfänglich nur in DVD Player der Oberklasse vorhanden, finden sich 'Progressive Scan' fähige Player mit YUV Ausgang neuerdings auch bei Geräten der Mittelklasse.
Mehr Infos zum Thema 'Progressive Scan' gibt's z.B. hier.

Gewinnung der RGB Signale aus YUV

Für den Test der hier vorgestellten Schaltungen diente ein Onkyo DV-SP402E DVD Player. Dieser kann ein Videosignal im 'Progressive Scan' Betrieb nur auf dem YUV (Component video) Anschluß über die drei Cinch Buchsen ausgeben. Die FBAS und RGB Signale am SCART Anschluß werden in dieser Betriebsart abgeschaltet so daß für die Gewinnung der RGB Signale ein YUV zu RGB Konverter notwendig wird. Die Sync Information kann wie gehabt mit Hilfe des oben genannten 'Sync-Separators' aus dem 'Y' Signal abgeleitet werden.
Im Internet werden verschiedene Schaltungen vorgestellt wovon diese relativ einfache Schaltung probeweise (mit kleinen Modifikationen) aufgebaut wurde.

Diskussion der Testschaltung

Zunächst wurde der Video-OP durch eine 100MHz Variante ersetzt. Dies allein führte nicht zum gewünschten Erfolg denn das Bild war unscharf aufgrund der verwendeten hohen Widerstandswerte in der ursprünglichen Schaltung. Erst die Verkleinerung der Widerstände um den Faktor 10 ergibt eine Erhöhung der Bandbreite und bringt eine befriedigende Bildschärfe.

Hier ist ein Screenshot der Schaltung mit den ursprünglichen Widerstandswerten

und hier die Schaltung mit den verkleinerten Werten (oben 'Y' Eingang, unten 'G' Ausgang):

Aufgrund der fehlenden 75Ohm Anpassung im Ein- und Ausgang der Schaltung ist darauf zu achten daß die Videokabel sehr kurz ausgeführt sind. Obwohl im Test für die Verbindung zwischen DVD Player ein nur ca. 50cm langes Cinch Kabel sowie ein ca. 100cm langes Monitorkabel verwendet wurde sind Schatten aufgrund von Leitungsreflektionen sichtbar. Beim 19" Monitor sind die Schatten bei der Darstellung von Text störend während sie beim 14" kaum auffallen. Bei der Darstellung bewegter Bilder fallen die Schatten bei beiden Monitoren kaum auf. Ohne eine korrekte Leitungsanpassung können längere Kabel vermutlich nicht verwendet werden.

Für die Leitungsanpassung auf der Ausgangsseite der Schaltung müssen 75 Ohm in Reihe geschaltet werden. Hierdurch verkleinert sich das Signal um ca. 6 dB. Um dies zu kompensieren muß die Verstärkung der OP's verändert werden was relativ einfach wiederum durch eine Änderung der Widerstandswerte erreicht werden kann.

Problematischer stellt sich die eingangsseitige Leitungsanpassung für diese Schaltung dar. Die aufgrund der unipolaren Versorgung der OP's notwendige Arbeitspunktverschiebung auf ca. 2 V durch Pull-Up und -Down Widerstände müssen als Parallelschaltung 75 Ohm ergeben. Abgesehen von dem nicht unbeträchtlichen Querstrom ergibt sich durch die relativ kleinen Widerstände ein Übersprechen der Y-, U- und V-Eingangssignale was zu Lasten der Farbreinheit geht. Für weitere Verbesserungen ist also diese einfache Schaltung weniger geeignet. Eine auf den ersten Blick vielversprechende aber etwas aufwändigere Schaltung ist hier
veröffentlicht.

Probleme durch DVD Kopierschutz

Ein weiteres Problem beim Anschluß eines DVD Players an einen VGA Computermonitor bereitet die Wiedergabe von DVD's mit Kopierschutz. Dieser von der Firma 'Macrovision' erfundene oder vertriebene 'Kopierschutz' überlagert das Videosignal mit künstlichen Störsignalen. Zwar sollen diese vermutlich nur Videorecorder an der Aufnahme hindern, leider zeigen sich aber auch Computermonitore empfindlich gegen diese Art von Störungen. Hier ist ein Screenshot eines vom 'Macrovision Kopierschutz' verunreinigten Videosignals (oben: 'Y' Eingang, unten: 'C-SYNC') :

Die auf der rechten Hälfte des Screenshots sichtbaren Signalspitzen bewirken zusätzliche unerwünschte Sychronisationssignale. Bei älteren Computermonitoren mit niedriger Bandbreite werden dadurch etliche störende Linien im Bild erzeugt. In der Regel aber 'verliert' der Monitor die Synchronisation völlig so daß überhaupt kein Bild mehr dargestellt wird. Ein Fernseher wird bedingt durch seinen anderen Aufbau durch die zusätzlichen Synchronisationssignale wenig oder überhaupt nicht gestört. DVD's die mit diesem Kopierschutz ausgestattet sind und auf einem DVD Player abgespielt werden können also auf einem Fernseher betrachtet werden, jedoch meist nicht auf einem VGA Computermonitor. Dieselbe kopiergeschützte DVD allerdings auf einem PC abgespielt macht keine Problem. Die Störsignale sind also nicht in den Bilddaten enthalten, vielmehr erzeugen DVD Player die Störsignale'auf Anweisung' der DVD.
Leider ist inzwischen der Großteil der populären DVD's mit dem Macrovision Kopierschutz ausgestattet, insbesondere diejenigen die auf ein jugendliches Publikum zielen. Eine Anschaltung eines Computermonitors an einen DVD Player macht somit ohne die Verwendung eines 'Störsignalentferners' keinen Sinn.

Entfernung der Störsignale

Es gibt mehrere Möglichkeiten die 'Macrovision' Störsignale aus den Sychronisationssignalen zu entfernen. Im Internet gibt es einige mehr oder weniger vielversprechende Ansätze, am besten unter den Stichworten 'Sync cleaner', 'Sync smoother', 'Macrovision remover' usw. googeln.

Da die Störimpulse an einer genau definierten Stelle 'eingeschleust' werden bietet es sich an mittels entsprechender Logik auf diese Stelle zu triggern und zusätzliche Stör-Synchronisationsimpulse für eine genau definierte Zeit zu sperren.
Im folgenden Bild wird die Wirkungsweise eines Macrovision Störsignalentferners deutlich.
Im oberen Signal sind die zusätzlichen Störsignale erkennbar die nach dem Vertikal-Sync auftreten. Im unteren Signal werden diese mittels einer Schaltung entfernt.

In der hier verwendeten Schaltung ist in einem CPLD ein Zähler und eine Statemachine implementiert. Das CPLD hat als Eingänge das 'verunreinigte' C-Sync Signal und einen Takt sowie als Ausgang das 'saubere' C-Sync Signal welches auf den Monitor geht. Als Taktgeber für den Zähler dient ein 4 MHz Oszillator. Ein High-Low-High Übergang des C-Sync Signals startet einen Zähler der nach ca. 30µs abläuft. Während der Zähler läuft werden keine weiteren C-Sync Signale durchgelassen.
(Fortsetzung folgt)

Hier noch eine Sammlung von Links zu diesem Thema

Videotechnik allgemein

DVD Player Videostandards

Sync Separatoren (Beschreibung, Schaltplan)

Adapterkabel und Steckerbelegung

Zeilenverdoppler, Scan Doubler, Deinterlacer

YUV zu RGB Videokonverter (Beschreibung, Schaltplan)

YUV zu RGB Videokonverter (Fertiggeräte)

Macrovision Störsignal Entferner, Macrovision Decoder (Beschreibung, Schaltplan)

Testausstattung