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Não deixe de ler também: O extensor HDMI sobre cabo CAT5 mais vagabundo que existe.

Neste texto onde eu me referir a cabo “CAT5” estou simplificando a menção aos três tipos de cabo: CAT5, CAT5e e CAT6. “Sink” é o dispositivo que recebe o sinal HDMI (TV, projetor, DVR, etc) e “source” é o dispositivo que gera o sinal (o media player ou receptor de TV).

Existem no mercado três tecnologias para usar cabo CAT5 no lugar de um cabo HDMI:

• 2 cabos, sem suporte a rede – O sinal HDMI é realmente transmitido pelo cabo CAT5, praticamente sem alterações. O mais barato de todos com alcance previsto de 30 metros a 1080p;
• 1 cabo apenas, sem suporte a rede – Usa um protocolo proprietário para reduzir o número de condutores necessários. Provavelmente existe degradação do sinal nas resoluções mais altas mas pode não fazer diferença para qualidade DVD. Custa pelo menos cinco vezes mais caro que a solução com dois cabos;
• 1 cabo apenas, com suporte a rede – Uma espécie de “HDMI sobre IP” onde o sinal de vídeo e imagem é transformado e retransmitido realmente “via rede” através de switches. É o mais prático de todos e embora tenha receptor próprio já fizeram engenharia reversa em um modelo para conseguir receber o sinal via VLC. Custa 10 vezes mais caro e é certamente limitado em qualidade porque uma rede de 100mbps definitivamente não tem banda para fazer isso sem acrescentar compressão. Já existe até um padrão para isso chamado HDBaseT que no papel parece tão fantástico quanto as meias Vivarina e as facas Ginsu, mas tão difícil de encontrar quanto o ET de Varginha. Na prática espere pagar os olhos da cara por um produto que não consegue conversar com o similar de outro fabricante.

Neste texto eu vou tratar apenas do método mais simples e barato.

Essa adaptação é possível primeiramente porque HDMI (e DVI) usam uma tecnologia similar à usada nas redes ethernet modernas, com transmissão diferencial que tem por meio o cabo de par trançado. Tentar usar outro tipo de cabo, mesmo que “mais grosso”, pode não ter o efeito desejado.

A primeira coisa a se ter em mente para entender o que se passa nesse tipo de adaptação é o fato de que um cabo CAT5 tem oito condutores e um cabo HDMI tem dezenove. HDMI tem mais condutores que dois cabos CAT5, então como é que essa mágica é feita?

Antes de prosseguir, vamos estudar atentamente a figura a seguir:

Note que:

• Mais da metade do cabo é usada pelos quatro canais TMDS, que é por onde a informação de vídeo e áudio é transportada;
• As bolinhas pretas indicam os pinos que de uma forma ou de outra estão ligados ao mesmo negativo. A bolinha vermelha representa o único pino de +5V;
• Dois condutores são destinados a DDC/EDID/HDCP e não podem ser usados separadamente. Ou você usa os dois ou nenhum dos dois (mais sobre isso adiante);
• Um condutor é destinado a CEC (basicamente, operar todos os aparelhos com um só controle remoto). Útil, mas dispensável;
• Dois condutores são de alimentação, que tem o propósito primário de fazer com que a identificação DDC/EDID funcione mesmo com o display desligado;
• O pino 19 é responsável pela função hotplug detection (detectar que um dispositivo foi conectado);
• O pino 14 é o que permite o funcionamento do ARC (Audio Return Channel). Útil, mas ainda mais dispensável que o CEC, por falta de suporte em muitas TVs e porque um número reduzido de pessoas tem receiver HDMI ligado à TV;
• Juntos, 19 e 14 oferecem a função HDMI Ethernet, que é ainda menos usada.

O primeiro e até óbvio sacrifício ocorre na blindagem. Cada um dos quatro pares de comunicação TMDS em um cabo HDMI bem feito é separadamente blindado e tem seu próprio “negativo”, além do negativo “geral” do cabo. São quatro condutores só na blindagem. Ora, essa blindagem individual não existe no cabo CAT5 que corriqueiramente usamos, então esses quatro condutores somem na adaptação. Assim reduzindo a necessidade para 15 condutores, o que fisicamente já é possível substituir por dois cabos CAT5. Em todos os extensores que vi um dos cabos é dedicado aos quatro canais TMDS e o outro cabo fica com os sinais de controle.

É importante notar que apenas o dispositivo source fornece alimentação. A função do pino +5V no sink é receber a alimentação vinda do source para ativar o circuito de hotplug detection e a memória EDID mesmo que o sink esteja desligado.

Existe um produto no mercado que eu desconfio fortemente de que se limita a ligar cada pino do plug HDMI ao pino correspondente no conector 8P8C (RJ45), por causa do baixo preço e do fato de que não tem indicação de “polaridade”. [18/05/2019] Eu tenho o review de um desses agora. Mas todos os extensores que já abri são “ativos” (tem eletrônica) e são compostos de duas peças com papéis bem definidos, como este:

Alguns cuidados precisam ser observados ao instalar e usar esse modelo de extensor:

• É sempre bom lembrar: Os cabos conectados a esse extensor não devem ser conectados à sua rede. O extensor deve ser usado de forma completamente autônoma;
• Emissor precisa ser ligado do lado do dispositivo source (player) e receptor do lado do dispositivo sink (TV, projetor, etc);
• O cabo ligado a um determinado canal no emissor precisa ser conectado ao mesmo canal no receptor. Recomendo fortemente que você ponha etiquetas nos cabos ou terá muito aborrecimento com ligações invertidas;
• Observe que em um deles o canal TMDS fica no conector esquerdo e no outro fica no conector direito. Quando um está de frente para o outro isso faz muito sentido, mas quando você está instalando tem a tendência a pegar o dispositivo sempre com a mesma mão e inserir os cabos na mesma ordem com a outra. O que vai resultar em inversão;
• Os cabos precisam ter todos os oito condutores funcionais. Como uma rede de 100mbps somente usa quatro dos oito condutores do cabo CAT5 um cabo que funciona na sua rede pode não funcionar no extensor. É preciso testar pelo menos com um testador de cabos comum;
• Os dois cabos precisam ser diretos. Cabo cruzado não vai funcionar em nenhum dos dois canais;
• O cabo ligado ao canal TMDS precisa ser crimpado conforme o padrão (568A ou 568B) porque este canal precisa que seja respeitado o trançado dos condutores. O cabo ligado ao DDC pode ignorar o padrão e simplesmente fazer uma correspondência de um para um entre os conectores, mas não faça isso. Crimpar respeitando o padrão dá o mesmo trabalho.

[18/05/2019] Em resumo, o mesmo cabo com quatro pares que funciona quando ligando o seu computador ao switch deve funcionar nesse extensor, desde que não seja um cabo cruzado.

Esse extensor a meu ver tem dois erros/limitações de design que poderiam ser facilmente corrigidos:

• O emissor deveria ser claramente diferente do receptor. Talvez de uma cor diferente. Perdi a conta das vezes que me enrolei todo por inadvertidamente misturar os dois;
• Pelo menos o receptor deveria vir com um conector HDMI fêmea em vez de um macho o que facilitaria a conexão a um conversor HDMI-VGA e tornaria o conjunto menos frágil. Entretanto eu admito que isso cria um problema ao adicionar um ponto de possível mau contato.

Funcionamento

O objetivo deste post é analisar a teoria de funcionamento dos extensores e não fazer um review deste, mas é claro que eu preciso pelo menos testar se funciona ou não. Eu não uso muito o extensor e muito menos no seu limite, mas nos meus poucos testes com cabos de meros 10m ele funcionou bem a 1080p, incluindo o CEC.  No futuro eu poderei incluir aqui mais detalhes e testes com cabos maiores.

RECEPTOR (RECEIVER)

O design do receptor é o mais simples de entender, com apenas dois componentes ativos visíveis:

• Um chip “equalizador” HDMI MAX3815, cuja função é restaurar o sinal dos quatro canais TMDS. É interessante notar que alguns displays HDMI, principalmente projetores, podem já ter um chip desses na entrada e que a documentação do fabricante do chip não faz nenhuma referência a cabo CAT5 e espera que o chip seja usado no final de cabos HDMI ou DVI apropriadamente blindados. Ou seja: não espere que vá alcançar as distâncias indicadas (50 metros com cabo 24AWG) a 1080p com cabo de rede, pois o cabo de rede que mais se aproxima do DVI/HDMI é o caro CAT7, mas você nem sabia que isso existia, certo?
• Um regulador linear de 3,3V para alimentar o MAX3815 com os 5V vindos do dispositivo source.

EMISSOR (SENDER)

Já o design do emissor ainda é parcialmente um mistério para mim. Eu levantei o diagrama para facilitar a compreensão (clique para uma versão legível):

Os quatro canais TMDS são conectados diretamente e corretamente aos pares do respectivo conector 8P8C (RJ45), então todos os componentes da placa estão ali para tratar dos sinais de controle. Eu determinei que dois pinos são usados para +5V e dois pinos para GND, restando quatro pinos para dividir com os cinco sinais de controle. Isso é possível porque foi sacrificado o sinal ARC, que não me parece uma grande perda.

Os componentes principais do emissor são:

• Um microcontrolador de uso geral STC11F02 (5.5V, 2KB de flash e 256 bytes de RAM);
• Uma memória EEPROM 24C02 (2kbit, 256 bytes) ligada simultaneamente ao microcontrolador e ao bus DDC HDMI.

O meu melhor palpite no momento é que o microcontrolador se envolve com troca de informações EDID, incluindo o handshake HDCP. Ele tem memória flash mais que suficiente para armazenar as chaves DHCP (40x56bit = 280bytes). Por que ele faria isso eu ainda não tenho certeza.

Cabo de controle (rotulado de “DDC” pelo fabricante)

• 1 – HPD
• 2 – +5V
• 3 – +5V
• 4 – GND
• 5 – GND
• 6 – DDC_DATA
• 7 – DDC_CLOCK
• 8 – CEC

Hotplug detection

O sinal HPD vindo do dispositivo sink em vez de ir direto ao source entra no microcontrolador, provavelmente para ativar o processo de handshake. O dispositivo source não “vê” isso porque recebe o HPD imediatamente ao ser plugado o emissor nele, porque no emissor o pino 19 é permanentemente conectado a +5V por meio de um resistor de 1k.

É preciso ficar atento à mudança no comportamento. Basta plugar o emissor no dispositivo source para que este ache que um dispositivo sink está conectado e inicie o processo de leitura do EDID e handshake HDCP, mesmo que não exista sink. Ao realmente conectar o sink, o source já vai ter desistido de fazer o handshake há muito tempo. Para resolver eu suponho que ou você reinicia o source ou despluga e repluga o emissor.

Conector ISP

É ligado diretamente à porta serial do microcontrolador. Ainda não verifiquei se é possível ler algo nessa porta ou se serve apenas para programá-lo.