Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

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Manuelink64
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Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Manuelink64 »

Este tema se complementa con

Salida RGB Consolas Varias (SNESJr, PSX, Saturn, Dreamcast)

Queridos amantes de lo retro:
Los invito a leer mi pequeña aventura

Advertencia, este documento contiene chistes fomes y algo de información técnica, así que si no entendieron algo, aplique Google ;-)

Prologo
Durante los meses que pase en un sanatorio mental, broma, pero durante un tiempo en el que me encontraba sin trabajo, estuve jugando un poco con mis viejas y queridas consolas, realizándole algunas modificaciones y otras cosas locas (que me entretienen más que el hecho de jugar con ellas), sin embargo algo me molestaba siempre, Y era la pésima calidad de vídeo que entregaba mi querida SEGA bíblica (Genesis), durante mi infancia nunca lo note ni me molesto, y eso que jugaba mediante el Switch RF (Antena) de la consola, luego pasaron los años y me reencontré con esta consola, pero ahora tenía las habilidades suficientes para realizar una pequeña modificación, la cual consistía en jugar a través de la salida de vídeo compuesto (CVBS), la realice con éxito y quede bastante conforme con su calidad.

La decepción:
Con la llegada de los LCDs y Plasmas, grande fue mi decepción al ver que las consolas retro presentan una calidad de imagen horrible, claro que es culpa de los pésimos procesos de “upscaling” de imagen de los LCDs, que no son capaces de adecuar las imágenes en baja resolución de los antiguos “cacharros videojuegiles”.

La frustración:
Navegando por los precarios tiempos de Internet a finales de los 90’s, me entere que gran parte de Europa, Japón y otros lados más pudientes, utilizaban un extraño conector de 21 pines llamado SCART, el cual permitía entre otras bondades, disfrutar de los juegos con las máxima calidad de imagen posible para señales analógicas, estoy hablando del “Glorioso RGB” (claro que a 50Hz, que fallaran en algo al menos) nada de “dot crawl” (efecto tablero de ajedrez) o “rainbow banding” ambos beneficios de ese maldito vídeo compuesto (de ahora en adelante “CVBS”) y que se nota aun mas en las consolas SEGA

Dot Crawl en un DVD

Imagen

Rainbow Banding en acción, con el clásico Sonic 1 y sus cascadas de arco-iris.

Imagen

La motivación y los primeros pasos:
Decidido a dotar de una nueva característica a mi consola favorita, me dedique a investigar un poco más sobre las señales de vídeo, formatos, conversión de colores, etc, etc
Como primer intento, se me ocurrió tratar de conectar la consola a un monitor VGA, utilizando sus líneas de RGB, pero me encontraba con el dilema de la frecuencia horizontal (Hsync), puesto que las consolas la entregan a 15.7 KHz en niveles TTL, y el monitor VGA (actuales) solo acepta 31.4Khz, o sea el doble exacto, revisando hasta en foros alemanes, di con un circuito que prometía doblar la frecuencia de cualquier onda periódica que se presentara en sus entradas, lo que no decía es que esta debía tener un “duty cycle” del 50% y como en esos tiempos no poseía un osciloscopio, desconocía que la Hsync no respetaba este precepto, y mi pobre monitor nunca "enganchaba" con el video, por lo que así que deseche la idea, y para rematar, en el hipotético caso que lograra duplicarla, solo se dibujaría la mitad izquierda o derecha de la pantalla.

La luz al final del camino:
En mi búsqueda incansable, fui a parar a un sitio de un japonés llamado “ELM-chan”, tipo muy hábil en lo que respecta a aparatos que usen señales de vídeo, el hizo exactamente lo que yo quería, y allí me di cuenta que me faltaba mucho por comprender sobre la generación de señales para VGA, sin embargo, dentro de un link muy oculto de su sitio, encontré un diseño esquemático que al menos me abrió otra senda y genero nuevos bríos para satisfacer mis requerimientos visuales en cuanto a las viejas glorias de 16bits
► Mostrar Spoiler
El circuito:
Revisando el diseño, no parecía muy complicado, pero como todo en la vida, lo simple es lo más complejo a su vez, me desilusione (bueno ni tanto, me lo esperaba) cuando no encontré en ninguna tienda de electrónica chilena los mencionados “Chips” que aparecían en aquel prometedor diagrama, premuniéndome del MSN contacte a mi retro-colega Strider_Hiryu de Retrogames, y gracias sus gestiones financieras, encargamos (5) LM6172 y (2) LM1881, los cuales llegarían aproximadamente a mis manos dos meses después (era navidad y el caos mundial reinaba en cuanto a encomiendas) al menos llegaron sanos y salvos.

Ya con estos bichos en mis manos me propuse construir aquello que valdría oro si era verdad.

Imagen
me costaron una maldita fortuna, pero se ven tan geniales

La Teoría:
Aquí se presenta algo de información técnica, si deseas puedes saltarte este capitulo (pero te recomiendo que lo leas de igual manera, aunque sea para confundirte aun mas jaja)

¿Que es lo que hace el circuito realmente?, Se estarán preguntando (y si es que leyeron todo lo anterior, jaja) en términos simples, el circuito es capaz de convertir las señales de RGB provenientes de cualquier consola y adaptarlas a un tipo de señal que la mayoría de los TV modernos poseen, y me refiero al vídeo por componentes, si, ese “cablerio” de tres colores llamados(Y-Pb-Pr) o (YUV)

a su vez, ¿que tienen de extraordinarios esos "Chips"? se deben estar preguntando, pues la verdad es que los LM6172 son amplificadores operacionales de alta velocidad, con una ancho de banda de 100MHz, cuando el común de estos llega con suerte a 4MHz, insuficiente para los 40MHz que requieren las señales de vídeo

el LM1881 es un extractor de señales de vídeo, se le ingresa CVBS y extrae las señales de sincronismo vertical (VSync) y el compuesto (Csync)
ademas de las señalizaciones como "Back-porch" vitales para sincronizar el circuito y lograr el "black level clamp"

Un poco de Historia

El vídeo por componentes nació gracias a la floreciente tecnología digital, y de mano de los DVD se masifico en su uso hogareño, la gracia de este sistema, es que casi no tiene perdidas de calidad como lo hace el CVBS, lo podríamos llamar un “Cuasi-RGB” y su base de funcionamiento es la “reducción de información” que lleva a cabo para lograr el mismo efecto que el RGB es su estado puro.

El vídeo por componentes análogo (VCA) o (Y-Pb-Pr) está formado por las mismas señales de RGB, pero se utilizan de manera diferente, mediante la técnica de “sustracción de color” es capaz de presentar en pantalla, el mismo efecto que si fuesen usadas las tres señales, sin embargo solo utiliza una fracción de cada una de la siguiente manera:

Código: Seleccionar todo

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B
Pb = 0,564(B-Y) = - 0,169R - 0,331G + 0,5B
Pr = 0,713(R-Y) = 0,5R - 0,419G - 0,081B
¿Qué rayos quiere decir esto?, que la señal “Y” llamada “Luma” o “Luminancia” contiene una porción del 29,9% de Rojo, un 58,7% de Verde y un 11,4% de Azul (además de la señal de sincronía compuesta “CSync”) con esto, se logra formar una imagen en escala de grises, equivalente a cuando uno ve televisión en “blanco y negro” (bueno, solo los más viejos se acordaran de esto, jeje)

Las señales Pb y Pr, representaran la información de color o “Crominancia”, cabe destacar que no se necesita una tercera señal para representar al verde, puesto que con las dos anteriores es suficiente, mediante un mecanismo de “conversión matemática inversa” dentro del TV, este es capaz de reconstruir todo y dejarlo como si fuese RGB

Una imagen ayudara a comprender este fenómeno (que se obtuvo del estudio de la visión humana y su percepción de la realidad)

de arriba a abajo, imagen original, imagen (Y), imagen (U), imagen (V)

Imagen

de izquierda a derecha, imagen original, imagen (Y), imagen (U), imagen (V)

Imagen

mas info aquí
http://www.equasys.de/colorformat.html

Amplificadores operacionales y ecuaciones
de lo anterior de desprende que se deben sumar las señales, y la forma correcta de hacerlo, es mediante el uso de amplificadores operacionales, en este caso unos específicos que trabajan a altas velocidades, pero que conservan el mismo principio de funcionamiento

de un complejo estudio matemático que no expondré, obtuve las siguientes ecuaciones, las cuales me servirán para mejorar, si es que se puede, el circuito original de ELM-chan

Imagen
imagen hecha completamente en Word2003 y Electronic Workbench 5 (añejisimo)

gracias a estas ecuaciones, pude mejorar los valores que compondrán la señal, cambiando los valores propuestos por el autor original

para la señal Y se tenia que usar las resistencias de 833, 424 y 2270 Ohms, los cuales reemplazados en la primera ecuación daba por resultado

Y = 0,3R + 0,5896G + 0,110B

un poco alejado de la ecuación fundamental de conversión de color

utilizando la pequeña ayuda de EXCEL, cree una plantilla para calcular valores en tiempo real o sea "al tanteo"
llegando a los siguientes valores de resistencias : 1060, 540 y 2780 Ohms

los cuales daban por resultado para la señal Y

Y = 0,2990R + 0,5869G + 0,1140G

muy cercano, por no decir exacto a la ecuación de conversión!!!

lo mismo se aplico para las señales de Pb y Pr, por lo que el circuito original fue modificado en varios valores
al final de este escrito se puede ver mi diseño completo "corregido"


Fuente de Alimentación:

una cosa que me molesta de los amplificadores operacionales, es el requerimiento de una "fuente simétrica" de voltaje para polarizarlo,
que quiere decir esto, que requiero por ejemplo +5 y -5 Volts continuos, armarlo seria fácil si me comprase un Transformador con derivación central o TAP, pero con mi escaso tiempo y mal horario de trabajo, tenia que encontrar una solución, lo primero que se ocurrió fue hacer una "tierra virtual"
y aplicar 10Vdc y obtener +/-5 con un "divisor de tensión", pero recordé que esos circuitos son ineficientes y pueden llegar a crear un gran "offset" en el amplificador

un circuito interesante que puse a prueba, fue el siguiente(me demore meses en pillar este circuito) :
"Discrete Virtual Ground & Rail Spliter" del maestro Croata "Sijosae"

Imagen

le coloque un transformador común y silvestre de un SEGA Channel de 12Vdc y el circuito entrega aprox +/-5.5V, demostró ser muy estable,
claro que cambie esos transistores por unos de mayor capacidad de corriente, un 2N2222A(NPN) y 2N2907(PNP), también agregue unos reguladores
7905 y 7805 para fijar el nivel en -/+5Vdc, quedo de lujo!!

Imagen

otro pequeño problema fue ubicar el famoso transistor RN2202 (PNP), por suerte,
en el datasheet salia un equivalente, el cual hice con un 2SA684 (PNP) y dos resistencias de 10kOhms

Imagen

La práctica:
Bueno, si se saltaron todo el capitulo anterior mal hecho, no broma pueden seguir, pero
Si no entendieron lo anterior no importa, Google y “Wikipiedra” son sus amigos, aunque la mejor info esta en ingles.


Volviendo con lo nuestro, ya con los materiales listos, comencé a armar el esquemático, cables por allí y cables por allá y llegue al siguiente “nido de pájaros” lindo ¿no?

Imagen

trato de conectarlo a mi querida negrita de SEGA, aquí unas fotitos de mi "área de trabajo"

Imagen
la Biblia, mi gran apoyo XD

Imagen
cables perro-perro o caiman-caiman FTW!!!!

Imagen
Nótese el clásico radio-reloj, 4:52 AM XD

La Hora de la Verdad

checkeo de controles, empieza el conteo, 3....2...1....0.....ignición...¿y?
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empece a correr en círculos hasta que me di cuenta que no había conectado las tierras de las consola, con mi circuito
y el del televisor, una nimiedad le pasa a cualquiera 8-S

así que nuevamente 3......2......1......
► Mostrar Spoiler
la verdad, es que fue muchísimo mas complejo el proceso, pero como no tenia cámara, tuve que recrear parte de este, ]-)
pero basta con decirles que soñaba con este bicho


Anomalías
una "anomalía" que no puedo identificar, es que debo quitar el condensador de 100nf de acople en la linea de (G) para obtener vídeo,
si se lo coloco, todo el circuito entra en corte y el tester registra 100mA!!


FIXED!!! tenia un pin al aire en el integrado 4053, lo que provocaba una mala configuración de este, así que al fin pude colocar el dichoso condensador de 100nf en la linea de (G)

la segunda anomalía, es que si la consola se apaga antes que el conversor, este entra en corte, generando la misma situación anterior,
así que el engendro salio medio "mañoso", el protocolo a seguir es el siguiente:

se debe encender siempre la consola antes que el conversor, y apagar el conversor antes que la consola y retirar,
creo que podre lidiar con ello ;-)



El Resultado!
ahora una seguidilla de imágenes de comparación entre esa basura llamada CVBS y el Glorious YPbPr!
con algunos de mis juegos favoritos de la Genesis/Megadrive
► Mostrar Spoiler
Pasos Finales....por ahora

luego pensé, ¿pero como conectare esta belleza a esa otra belleza?
y como en este país es imposible encontrar los famosos cables SCART para las diversas consolas y Ebay no es la opción, puesto que cada cable vale al menos 20USD, y no estoy dispuesto a gastar 100 lucas en cables 8(

opte por fabricarme un cable con los nobles conectores DSub alias DB15 y el DE-9

materiales
-3 metros de cable de 5 hilos, pero use 1.5mts
- un conector DE-9 Macho
- 10 o mas Dsub Macho (uno para consola que tengo) XD elegí el Dsub, porque mi Dreamcast tiene Salida VGA y no quería hacer 2 cables
- 30 condensadores de 220uf, 6.3V o mas (3 por cada consola)
- 30 Resistencias de 75 Ohms (3 por cada consola)

Imagen
Imagen

el "Pinout" lo decidí por mi cuenta, así que no corresponde a ningún protocolo, bueno el del Dsub si es VGA standard

Imagen
Soldaditas por aquí...

Imagen
y allá....

Imagen
y voila!

la SEGA Genesis y el Proceso de RGB output

esta consola (y casi todas) requería un paso previo y era lograr los niveles correctos de las señales de vídeo, esto se logra añadiendo un condensador de 220uf en serie con una resistencia de 75 Ohms por cada linea de señal de la siguiente forma:

Imagen
gracias a Emiliano por la info

Imagen
yo soldare directo al PCB en vez de usar el AVport (Din8U) de la Genesis Model 1

Imagen

Imagen
pines a soldar, Señales Rojo (R), Verde (G), Azul (B), Amarillo (CVBS), Negro (GND)

Imagen
que sirvan de algo los cables IDE

Imagen

Imagen
sierra para cortar palitos de maqueta

Imagen
hermoso

Imagen
ya falta poco

Imagen
like a boss!!

Para Cerrar

parte circuito original del maestro ELM-chan, tuve que modificarlo,
como el uso de potenciómetros de precisión de 25 vueltas, en vez de los arreglos de resistencias en paralelo,
y otros detalles que no recuerdo, pero que se traduce en el siguiente esquemático final:
► Mostrar Spoiler
y para su deleite, algunas fotitos de mi amada Dreamcast, que haré capitulo aparte con su modificación a VGA-RGB-CVBS,
lastima que no se aprecie mucho en las fotos (NSFW)!!!
► Mostrar Spoiler
Saludos y espero que hayan disfrutado, omití muchas cosas pa' no volverlos locos

nos vemos en la junta, prometo llevar este engendro

Próximos Episodios
- llevar a PCB este "engendrito electrónico"
- Mod VGA/RGB/CVBS Dreamcast
- Mod de Region Genesis Model 1

STAY TUNED!!!!

UPDATE:

¡PCB listo!

Luego de batallar si usar una o dos caras, me decidí por usar dos, pues me fue imposible realizar el routing en una sola cara, sin tener que ampliar la superficie, mi meta era realizar el circuito en una placa de 10x10cm, para guardarla en una contenedor plástico de esas dimensiones.

Sin mas preámbulo, aquí el proceso (resumido) de llevar desde el diseño a la realidad, este proyecto.

Imagen

Materiales necesarios, la caja plástica es de una cinta DLT de respaldo (cortesía de Bansander xD) perfecta para lo que quería (blanda y translucida).

Imagen

Transfer listo a ambos lados, usando la técnica del tóner y la plancha, se ocupo tres agujeros como guía para hacer coincidir los demás.

Imagen

Imagen

Placa atacada por ácido férrico.

Imagen

Hermoso, ¿no?

Imagen

Placa pulida y lista para ser agujereada.

Imagen

¡Agujeros listos!

Imagen

Soldando algunos componentes y...

Imagen

¡LISTO!, se puede ver desde izquierda a derecha, un switch para on/off, entrada para energía y entrada de señales RGB.

Imagen

Conector de salida (RCA) con los colores que quería, donado de una placa de TV que justo recogí estos días.

Imagen

Se preguntaran porque están inclinados los potenciómetros de precisión, pues fue para poder soldarlos, ya que algunas pistas eran superficiales.

Imagen

Imagen

Conectada al televisor, disfrutando Gunstar Heroes de Genesis a full calidad. (placement de CasaRoyal, paso piola xD)

Imagen

Imagen

Vista superior, a la izquierda, placa para alimentación dual, a la derecha, el Encoder RGB2YUV.

Imagen

Vista inferior, para que me crean que fue a dos caras xD.

Con esto, doy por terminado y listo el proyecto.

¡¡No me queda mas que...jugar a la máxima calidad posible!!

¡Saludos!
Última edición por Manuelink64 el Vie May 25, 2018 11:20 pm, editado 30 veces en total.
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Walky »

Ya po, termina de editar la cuestión que me quiero ir a dormir XD

Buenísimo el proyecto, ¡postea el esquemático! ;)
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por 133MHz »

Hasta que lo lograste!! Cuánto peleaste pa que funcionara la cuestión, ahora estai mas contento que perro multicola. ]-)
Tal como le dije a un amigo que tb recien se viene a incorporar al mundo de las consolas en RGB, bienvenido a la Europa de los 90s! :-X
Muchas felicitaciones de mi parte, uta que es rico sacar adelante un proyecto complicado y luego disfrutar de los frutos de tu esfuerzo ::il
Te felicito tb por haber tomado hartas fotos, algo que yo debería hacer más seguido si mi cámara no diera tantos atados con las pilas. 8(

Si lo llevai a la atariada te vai a lucir como nunca, yo te presto fuentes RGB pa que hagai un demo :P
Aunque si te da cuco llevar el protoboard así como está, comprendo esa situación perfectamente :-X
(yo los metía en cajas de placa madre rellenos con esponja suave, y sobrevivían viajes en mochila!)


Metiendo la cuchara en el tema, yo tengo como proyecto pendiente hacer exactamente lo opuesto: convertir de YPbPr a RGB
para mi tele que sólo acepta RGB, ya que las cajas para TV digital y otros aparatos aquí vienen con puro componente. ;,(
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por jackass »

MIS FELICITACIONES MAMUELLINK ;)

ahora seras mas respetado dentro de la comunidad jajajajaja broma
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por NES_milio »

Felicitaciones!
Lindo proyecto y se ve que te estaba volviendo loco.

133MHz escribió: yo tengo como proyecto pendiente hacer exactamente lo opuesto: convertir de YPbPr a RGB
para mi tele que sólo acepta RGB, ya que las cajas para TV digital y otros aparatos aquí vienen con puro componente. ;,(
Por motivos de sobra conocidos, quedo pendiente a lo que hagas.
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por smartfinder »

Simplemente Maestlo.. Maestlo...

Imagen

RGB -> YUV Genial!!!
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por ZZT »

Manso proyecto manuelink, si fueramos taringa te doy 10 puntos. :-D

pronto la pasaré a la sección proyectos. ;)
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Walky »

¿Habría que hacer alguna modificación al circuito (¿agregar resistencias?) si quisiera usarlo para consolizar mis placas arcade, o sirve tal cual?

Saludos

P.D. 133Mhz, esto me recordó lo de tu cable SCART, ahora te mando los datos del depósito para que me digas a dónde enviarlo.
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Manuelink64 »

ULTIMA MODIFICACIÓN
AGREGO MAS INFO TEÓRICA y PRACTICA
y MAS FOTITOS!! ;)

sírvanse a leerlo de nuevo!! ::pe

Saludos!
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por bighead »

WEON te lo dije MAESTROO!
malo que webié al principio, pero la wea al final no era viable pa mi ;-(. manuelink era el unico que podía (-o . me acuerdo cuando hablamos la wea de los transistores, la wea de la sincro, despues entre a la U y no me pude seguir metiendo, ahora veo la wea y es sencillamente notable.
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Chalo_mhz »

Antes de ir a la junta no habia visto el post, la calidad de imagen es de otro nivel y puuuta que esta lindo el tutorial!! bien entretenido, si tuviera mas tiempo libre me meteria mas en estas cosas, ahora solamente me tengo que conformar con leer, babear y dar mis felicitaciones!
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por lex_luthors »

no seria mas facil comprar una tele pal???jaj es broma
y no se puede sacar directamente los 5 voltios de la consola??
si esta en YPbPr se podra conectar a un monitor de pc que soporte señal Sync on Green o SoG ??
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Manuelink64 »

lex_luthors escribió:no seria mas facil comprar una tele pal???jaj es broma
pero la tele PAL corre a 50Hz y eso molesta a la vista, ademas de ralentizar el juego, la musica y todo a un 16.67%
y no se puede sacar directamente los 5 voltios de la consola??
claro que se puede sacar 5V de la consola, y dependiendo de esta 3.3v y 12V, pero los op-amps funcionan con +5V y -5V
si esta en YPbPr se podra conectar a un monitor de pc que soporte señal Sync on Green o SoG ??
pero para eso, no es necesario hacer la conversión de RGB a YPbPr, solo basta con
sacar las señales RGB y en la linea del verde (G) se le agrega el Csync o sincronía compuesta o sumar el Hsync y el Vsync,
pero existe un pequeño problema, las consolas generan un Csync/Hsync de 15.7Khz y los monitores SoG generalmente aceptan 31.4Khz

Código: Seleccionar todo

             100 uF
          ! !
Green ----! !---------------------------------
         -! !+                                !
                                              !
                                     680E     !
                     BC548                    !
HSync -------------      __---------/\/\------o---------  CSync on Green
                    \     /!
                     \   /
                   ---------
                       !
               1k      !
VSync ----/\/\----------

Saludos!
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por bighead »

ha he visto algo que podría ayudar a evitar la maña.no es muy viable intentar obtener los -5v de la genesis, asi que hay algo un poco mas decente. desde el mismo conector DIN del sega, se pueden sacar 5v Y GND, pero estos 5v no hay por que ocuparlos en el circuito. puedes con estos 5v controlar un relé que abra o cierre el circuito de alimentación del transcoder, usando un pequeño arreglo lógico de esos que con un pulsador controlas un relé y blabla.
ahh se me olvidaba, el video rgb que sacas viene directo del procesador, no pasa por el video clamp del encoder, de repente sería bueno interferir el circuito en ese aspecto y hacer que la salida venga lista con clamp y ajustada.
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Re: Conversor RGB a YPbPr - Una Odisea Personal!

Mensaje por Manuelink64 »

no es mala idea, de hecho es excelente,
tendria que revisar las demás consolas y ver si se pueden sacar 5V de manera cómoda
e implementar esa lógica, vale por el dato ;) podria ocupar un buffer...

con respecto a las lineas RGB, yo las saque del DIN, asi que vienen del Sony y no hay nada mas que hacer ;,(

Imagen
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