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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Übertragen
von Videosignalen gemäß den einleitenden
Teilen der unabhängigen
Ansprüche.
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Bildgebende
Verfahren, also Verfahren zur Bewegtbildaufnahme, zur Übertragung
und zur ortsversetzten Darstellung, werden überall dort eingesetzt, wo
eine direkte Sicht nicht möglich
oder aber nicht erwünscht
ist. Typisch für
diese Bildübertragung ist,
dass der Ort und/oder Zeitpunkt der Aufnahme von jenem der Wiedergabe
verschieden ist bzw. sind. Anwendung finden diese Techniken vor
allem im Bereich von Überwachungs-,
Kontroll- und Zugangssytemen, aber zunehmend auch auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeug-Ausrüstung,
im Besonderen bei Lastkraftwagen mit Anhängern oder in Form von Sattelschleppern,
wo für
den Fahrer, etwa beim Reversieren oder Einparken, der Bereich hinter
dem Fahrzeug bzw. Anhänger
nicht direkt einsehbar ist.
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Im
Einzelnen erfolgt bei der Technik der bildgebenden Verfahren eine
Bildaufnahme oder -aufzeichnung mit Hilfe einer Kamera, wobei hier
unter dem Begriff Kamera ganz allgemein ein Aufnahmesystem, welcher
Art auch immer, verstanden wird; die aufgezeichneten Bilder (Videosignale)
werden, gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung, über eine Hochfrequenz-Leitung, über ein
Datennetzwerk mit einem Server, gegebenenfalls aber auch über Datenträger, wie
DVD, übertragen
und mit Hilfe einer Wiedergabeeinrichtung, wie einem Monitor oder
Projektor, hier allgemein als Anzeigeeinheit bezeichnet, wiedergegeben.
Bei der Bildwiedergabe treten naturgemäß im Vergleich zum Original
Qualitätsverluste auf,
wobei für
die Qualität
beispielsweise folgende Merkmale charakteristisch sind:
- – Größe des Bildausschnittes
im Vergleich zum Ereignisraum (Öffnungswinkel
der Kamera);
- – Bildgröße der Wiedergabe
(Projektionsfläche);
- – Detailtreue
(Anzahl der Bildpunkte bei Aufnahme und Wiedergabe, Tiefenschärfe des
Aufnahmesystems, Lichtstärke
der Optik, Dynamikbereich der Belichtung);
- – Farbtreue
(Farbtiefe von Kamera und Wiedergabesystem);
- – Änderungsgeschwindigkeit
der Bildinhalte (wird begrenzt durch die von der Kamera aufgenommene
Anzahl der Ein zelbilder pro Zeiteinheit).
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Der
minimal notwendige Zeitversatz zwischen der Aufnahme und der Wiedergabe,
der durch die Signalumwandlung und Übertragung beeinflusst wird,
ist neben der Bildqualität
ein weiteres Bewertungskriterium.
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Die
für eine
Qualitätsbewertung
relevante Güte
dieser Merkmale hängt
naturgemäß mit den
jeweils verwendeten Einrichtungen für die Bild-Aufnahme, -Übertragung
und -Wiedergabe zusammen.
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Die
heute gebräuchlichen
Techniken sind jeweils auf ihren Einsatzzweck hin optimiert. Beispielsweise
wird in der Unterhaltungsindustrie trotz einer extrem hohen Aufnahmequalität auf einen
geringen Platzverbrauch hin optimiert (Datenkompression für die Zwischenspeicherung
auf Speichermedien), um die Bildinformation kostengünstig zum
Verbraucher transportieren zu können.
In Überwachungssystemen
hingegen wird besonderer Wert auf eine schnelle Darstellung gelegt
(Echtzeitfähigkeit
bei geringer Bildqualität,
mit hohen Anforderungen an die Übertragungskapazität).
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Wenn
eine Datenkompression angewandt wird, so geht die Datenkompression
mit einem Qualitätsverlust
einher, der verfahrensabhängig äquivalent zur
Kompressionsrate ist. Insbesondere sind hierbei folgende Punkte
zu berücksichtigen:
- – die
erzielbare Kompressionsrate ist abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit
der Bildinhalte, d.h. je schneller sich Bildinhalte ändern, um
so geringer ist die Kompressionsrate, oder umgekehrt: je höher die
Kompressionsrate ist, desto schlechter ist die Darstellung der Änderung
von Bildinhalten;
- – die
erzielbare Kompressionsrate verhält
sich direkt proportional zur für
die Kompression (und Dekompression) benötigten Zeit, d.h. je besser
komprimiert wird, um so länger
dauert dieser Vorgang;
- – heute
verbreitete Kompressionsverfahren setzen digitale Datenformate voraus;
handelsübliche Aufnahmesysteme
liefern aber nur analoge Signale, was eine Signalumwandlung erforderlich macht.
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Bei
vielen Anwendungen wäre
eine Bildwiedergabe in „Echtzeit" erforderlich. Der
Begriff der Echtzeit definiert sich aus den Anforderungen des Umfeldes,
in dem Systeme mit diesem Anspruch eingesetzt werden. Im Fall der
Anwendung bei Kraftfahrzeugen gilt, dass ein Ereignis von seinem
Eintritt bis zu seiner Wiedergabe dem Betrachter, der darauf reagieren
muss, noch ausreichend Zeit für
eine angemessene (und erwartete) Reaktion lassen muss. Diese Zeit
kann als Wiedergabezeit (tw) bezeichnet
werden, und sie muss – je
nach Anwendungsfall – entsprechend
kurz bemessen sein, um die Wiedergabe als „in Echtzeit" (oder „praktisch
in Echtzeit") ansehen
zu können.
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Um
Echtzeitfähigkeit
in bildgebenden Verfahren zu erreichen, wird neben der unvermeidbaren Aufnahme
und Wiedergabe auf alles verzichtet, was die Wiedergabezeit vergrößern könnte. Das
hat in der Regel zur Folge, dass die bei der Aufnahme entstehende
Datenmenge unbearbeitet und in voller Bandbreite zum Wiedergabegerät übertragen
werden muss. Hierzu wird üblicherweise
ein analoges Signal (CVBS) von ca. 150 MHz Bandbreite verwendet, das
mit tw < 10
ms auskommt. Allerdings ist dann für die Übertragung ein geschirmtes
Kabel erforderlich.
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Eine
solche Übertragung über geschirmte Kabel
ist jedoch im Besonderen bei Kraftfahrzeugen, speziell bei LKWs
mit Anhängern
oder bei Sattelschleppern, problematisch, da dann eine verhältnismäßig aufwändige Kabelausstattung
installiert werden muss. Andererseits gehen gesetzliche Vorschriften
immer mehr in die Richtung einer technischen Einrichtung zur Verbesserung
der Sicht nach hinten im Fall von Nutzfahrzeugen. Die hiefür zu verwendenden
Systeme müssen
jedoch entsprechend den Anforderungen hinsichtlich Bildqualität und insbesondere
hinsichtlich Echtzeitfähigkeit
genügen.
Wie erwähnt,
wird hierfür üblicherweise
eine kabelgebundene Hochfrequenz-Übertragung vorgesehen. Wenn nun
aber diese Bildübertragung
von einem Anhänger zur
zugehörigen
Zugmaschine erfolgen soll, so ergibt sich, abgesehen vom Aufwand,
auch das besondere Problem, dass der Anhänger jederzeit von der Zugmaschine
getrennt werden können
muss, was aber dazu führt,
dass für
die Bildübertragungsausrüstung ein
einfaches Verbindungssystem notwendig wäre, das bislang jedoch nicht
gefunden wurde. Weiters sind hier Probleme dadurch gegeben, dass
bei einer Ausrüstung
von neuen Fahrzeugen mit derartigen Einrichtungen eine Kombination
dieser neuen Fahrzeuge (Schlepper, Anhänger) mit dem umfangreichen
Altfahrzeugbestand nicht mehr kombiniert werden kann. Es wurde daher
bislang bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Einparkhilfe, ein
alternativer Weg, nämlich
mit Abstandssensoren und entsprechenden Anzeigeelementen, gesucht,
wobei aber diese Technik mit Sensoren kein ausreichendes Maß an Sicherheit
bieten kann und überdies
in der Regel nur bei PKWs der höheren
Preisklasse eingesetzt wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und eine
Technik vorzuschlagen, mit der auf einfache Weise eine Bildübertragung
bei Kraftfahrzeugen, insbesondere vom Heckbereich eines LKW-Anhängers, zum
Führerstand
bzw. Fahrerbereich des Kraftfahrzeuges ermöglicht wird, ohne dass hiefür spezielle,
aufwändige Übertragungsmittel,
wie geschirmte Kabel und dergl. installiert werden müssen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Einrichtung bzw. ein Verfahren
wie in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Technik
erfolgt somit eine Bilderfassung (Standbilder in kurzen Zeit-Abständen aufeinander,
Videobilder bzw. bewegte Bilder) mit Hilfe eines Aufnahmemittels,
kurz Kamera. Die an die Kamera angeschlossene Verarbeitungseinheit
ermöglicht
sodann durch entsprechende Signalverarbeitung die Übertragung
der jeweiligen Bilder über
die Versorgungsspannungs-Einrichtung. Derartige Übertragungen von digitalen
Daten über
Versorgungsspannungs-Einrichtungen sind an sich im Bereich der Vernetzung
bekannt (Übertragung
mittels „Powerline"), wobei die Daten
bzw. Signale beispielsweise über
eine übliche
Haus-interne Spannungsversorgung von 230 V Wechselstrom übertragen
werden. Entsprechenderweise werden bei der vorliegenden Technik
die Videosignale bzw. Videodaten in der aufbereiteten Form über die
Leitung der Kfz-Spannungsversorgung (Gleichstrom l2 V oder 24 V),
insbesondere zwischen LKW bzw. Schlepperfahrzeug und Anhänger, übertragen,
und sie können
in dieser Versorgungsspannungs-Einrichtung im Kraftfahrzeug in geeigneter
Stelle, etwa im Bereich des Zigarettenanzünders, wieder abgenommen und
mittels der zweiten Videosignal-Wiedergewinnungseinheit zu Videobilder-Daten
zurückgewandelt
werden. Die so erhaltenen Videobild-Signale können dann an eine Anzeigeeinheit
(ein Display, einen Bildschirm) zwecks Wiedergabe angelegt werden.
Für die
Codierung und Datenkomprimierung kann ebenso wie für die entsprechende
Decodierung bzw. Dekomprimierung ein handelsüblicher, echtzeitfähiger Codierer
bzw. Kompressor sowie Decodierer bzw. Dekompressor eingesetzt werden,
wobei unter „echtzeitfähig" entsprechend den
vorstehenden Darlegungen eine Signalverarbeitung mit geringer Verzögerung,
etwa im Bereich von 100 bis 150 ms oder kürzer, in der Größenordnung
von einigen 10 ms, verstanden wird. Derart kurze Verzögerungszeiten
bzw. Wiedergabezeiten ermöglichen
es einem Kraftfahrzeuglenker, auf Situationen beim Rückwärtsfahren praktisch
unmittelbar zu reagieren, um Kollisionen mit anderen Kraftfahrzeugen
oder aber mit Personen zu vermeiden.
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Ein
Beispiel für
derartige „echtzeitfähige" Codier- bzw. Decodiereinheiten
sind handelsübliche,
für geringe
Verzögerungen
optimierte MPEG- oder JPGE-Einheiten, insbesondere MPEG-4-Encoder
bzw. Decoder, wobei ein derartiger Codierer die digitalen Videosignale
in einen Datenstrom umwandeln kann, bei dem eine Auflösung von
beispielsweise 640×480 Pixel,
mit einer Datenrate, erhalten wird. Für die Einspeisung des Datenstroms
in die Versorgungsspannungs-Einrichtung kann ein im Prinzip herkömmliches „Powerline"-Modem verwendet
werden, welches beispielsweise in einem Frequenzbereich von 4 bis
20 MHz auf der Versorgungsspannung (hier üblicherweise eine Gleichspannung
von 12 V oder 24 V) arbeitet. Dieses Powerline-Modem kann über eine ebenfalls übliche Netzwerkschnittstelle
in das System eingebunden werden, wobei für die Übertragung beispielsweise ein
TCP/IP-Protokoll (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
Einsatz finden kann. In entsprechender Weise wird auf der Empfangsseite
ein vergleichbares Powerline-Modem sowie eine Netzwerkschnittstelle
eingesetzt, um MPEG-Daten zurückzugewinnen,
welche wiederum in einem „echtzeitfähigen", d.h. in „quasi-Echtzeit" arbeitenden Decoder
decodiert und dekomprimiert, d.h. in eine für die Anzeige oder aber für eine Speicherung
in einem Speicher geeignete Form umgewandelt werden. Für die Übertragung über die
Versorgungsspannungs-Einrichtung kann insbesondere der IEEE 802.3-Standard
verwendet werden.
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Sofern
die Kamera nicht bereits einen eingebauten Wandler zur Umwandlung
des analogen Videosignals in ein digitales Signal enthält, kann
die Verarbeitungseinheit zweckmäßig einen
Analog/Digital-Umsetzer zwecks Digitalisierung der analogen Kamera-Videosignale
vor der Codierung aufweisen. Andererseits erübrigt sich in der Regel eine
Zurück-Umwandlung
des digitalen Signals in ein analoges Videosignal auf der Empfängerseite,
da heute übliche
Anzeigeeinheiten bzw. Displays digitale Eingangssignale für die Wiedergabe
verarbeiten.
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Je
nach Anwendung ist es auch denkbar, mehrere Kameras, wie etwa zwei
Kameras, mit nachgeschalteten Verarbeitungseinheiten einzusetzen, um
den zu überwachenden
Bereich im Heck eines Fahrzeuges bzw. Anhängers besser aufnehmen zu können; in
entsprechender Weise können
im Prinzip auch mehrere Anzeigeeinheiten bzw. Displays, gegebenenfalls
mit gesonderten, vorgeschalteten Videosignal-Wiedergewinnungseinheiten,
vorhanden sein, gegebenenfalls auch, um von verschiedenen Kameras
aufgenommene Bilder auch getrennt voneinander wiederzugeben, und/oder
um eine Wiedergabe an verschiedenen Stellen (z.B. für den Fahrer
und für einen
Beifahrer) zu ermöglichen.
Weiters ist eine vorteilhafte Möglichkeit
darin zu sehen, eine Speichereinheit in die Einrichtung zu integrieren,
um die aufgenommenen Videosignale auch aufzuzeichnen, um so eine
spätere Überprüfungsmöglichkeit,
etwa im Falle eines Unfalls, zu haben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen,
auf die sie jedoch nicht beschränkt
sein soll, und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen noch
weiter erläutert.
Im Einzelnen zeigen in den Zeichnungen:
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1 zu
Vergleichszwecken eine nicht erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Kamera,
einer Anzeigeeinheit und einem geschirmten Übertragungskabel;
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2 schematisch
in der Art eines Blockschaltbildes eine Einrichtung zur Übertragung
von Videosignalen gemäß der Erfindung;
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3 in
einem vergleichbaren Blockschaltbild wie in 2, jedoch
mit mehr Details, eine Einrichtung zur Videosignalübertragung
gemäß der Erfindung;
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4A schematisch
einen Codierer für
die Videosignal-Übertragungseinrichtung;
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4B einen
in Verbindung mit dem Codierer von 4A zu
verwendenden Schaltungsteil zur Herleitung von Stellgrößen für den Codierer
abhängig
von der Übertragungsqualität; und
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5 in
einer Darstellung ähnlich 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung,
hier jedoch mit mehreren Kameras, mit mehreren Anzeigeeinheiten
und mit einer Speichereinheit.
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In 1 ist
eine nicht erfindungsgemäße Einrichtung 1 zur Übertragung
von Videobildern, die mit Hilfe einer Kamera 2 von Objekten 3 aufgenommen
werden, zu einer Anzeige- oder Wiedergabeeinheit 4 mit
Hilfe eines die Komponenten 2, 4 direkt verbindenden
geschirmten Kabels 5 gezeigt. Bei einer derartigen Bildübertragung
mit einem geschirmten Kabel 5 wird das Videosignal in analoger
Form, beispielsweise mit einer Bandbreite von 150 MHz, übertragen.
Eine solche Kabel-gebundene Übertragung hat
jedoch den Nachteil, dass für
die Anbringung des geschirmten Kabels 5 im Kraftfahrzeug
und vor allem im Bereich der Kupplung zwischen einem Anhänger und
einem Schleppfahrzeug oder einem Sattelschlepper-Hänger aufwändige Maßnahmen
erforderlich sind, wobei sich auch das Problem ergibt, dass dann
eine rasche Trennung des Hängers
von der Zugmaschine nicht mehr möglich
ist.
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Als
Alternative böte
sich eventuell eine Übertragung
per Funk an, jedoch ist hiefür
ein relativ großer
Aufwand erforderlich, um die notwendigen Sende- und Empfangseinrichtungen
für die
drahtlose Signalübertragung
in das System einzubinden.
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Mit
der vorliegenden Technik wird ein alternativer Weg beschritten,
der eine Übertragung
der Bildsignale über
bestehende Versorgungsspannungs-Einrichtungen, insbesondere im Bereich
der Anhängerkupplung,
vorsieht. Dadurch können
die Bildsignale über
die an sich vorhandene Gleichstrom-Verbindung zwischen Zugmaschine
und Anhänger
problemlos mitübertragen
werden, wobei nur an einer geeigneten Stelle am Anhänger ein
Anschluss für
die Einspeisung der Bildsignale vorzusehen ist. Empfängerseitig
können
die Bildsignale beispielsweise im Bereich des Zigarettenanzünders abgenommen
und mit Hilfe der Videosignal-Wiedergewinnungseinheit zurückgewonnen
und für
die Wiedergabe an der Anzeigeeinheit aufbereitet werden.
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2 zeigt
nun schematisch in einem Blockschaltbild eine entsprechende Einrichtung 11 zur Übertragung
von Videobildern, wobei wiederum eine Kamera 12 vorgesehen
ist, um ein Objekt 13 aufzunehmen und zwecks Wiedergabe
an einer Anzeigeeinheit 14 über Übertragungsmittel zu übertragen; diese Übertragungsmittel
sind nun durch eine in 2 nur ganz allgemein eingezeichnete
Kfz-Versorgungsspannungs-Einrichtung bzw. -leitung 15 gebildet.
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Mehr
im Einzelnen ist an die Kamera 12 eine Verarbeitungseinheit 16 angeschlossen,
die einen in 2 nicht näher gezeigten Codierer zur
Codierung und Komprimierung der digitalen Videosignal-Daten sowie
eine Schnittstelleneinheit bzw. ein Modem zur Einspeisung der digitalen
Daten in einer entsprechenden Form in die Versorgungsspannungs-Einrichtung 15 enthält. Empfängerseitig
ist an die Versorgungsspannungs-Einrichtung 15 bzw. -leitung eine
Videosignal-Wiedergewinnungseinheit 17 angeschlossen, die
einen korrespondierenden Decodierer (nicht gezeigt) enthält und ein – digitales – Videosignal
an die Anzeigeeinheit 14 anlegt.
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In 3 ist
ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Einrichtung mehr
im Detail veranschaulicht. Dabei wird ein analoges Videosignal,
das am Ausgang einer Kamera, beispielsweise einer PAL- oder NTSC-Farbbildkamera, anliegt,
mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 18, beispielsweise
in Form eines so genannten Grabbers, digitalisiert. Als „Grabber" bzw. „Frame-Grabber" werden üblicherweise
Steckkarten- oder Software-Module bezeichnet, mit der bewegte Bilder
wie auch Standbilder, z.B. am Ausgang einer Videokamera, digitalisiert
und in ein von einem Betriebssystem oder Anwendungsprogramm un terstütztes Format
gebracht werden. Die digitalen Videosignale werden dann an einen
schnelleren Codierer 19, beispielsweise einen für eine geringe
Verzögerungszeit optimierten, „echtzeitfähigen" Software-Codierer, etwa
einen MPEG- oder JPEG-Codierer, insbesondere einen handelsüblichen
MPEG-4-Software-Encoder, angelegt und so in einem MPEG-Datenstrom umgewandelt
(MPEG – Moving
Picture Expert Group; JPEG – Joint
Photographic Expert Group). Für
die Codierung bei gleichzeitiger Komprimierung der Daten steht eine
Auflösung
von beispielsweise 640×480
Pixel mit einer Datenrate von 2,0 Mbit zur Verfügung.
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Zur Übertragung über die
Versorgungsspannungs-Einrichtung 15, die in 3 (und
auch in 4) nur schematisch angedeutet
ist, wird ein Modulator 21, in Form eines „Powerline"-Modems, eingesetzt,
der bzw. das über
eine Netzwerkschnittstelle 20, die beispielsweise nach
dem TCP/IP-Standard arbeitet, an den Codierer 19 angeschlossen
ist. Das Modem bzw. der Modulator 21 arbeitet beispielsweise
in einem Frequenzbereich von 4 bis 20 MHz auf der Versorgungsspannung
von 12 V oder 24 V.
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Empfängerseitig,
also im Rahmen der Videosignal-Wiedergewinnungseinheit 17,
greift zunächst ein
Demodulator 22, beispielsweise ebenfalls ein korrespondierendes
Powerline-Modem, die auf den Leitungen der Spannungsversorgung (Versorgungsspannungs-Einrichtung 15)
vorhandenen Bildsignale auf und leitet diese digitalen Videosignale über die Netzwerksschnittstelle 23,
insbesondere wiederum nach dem TCP/IP-Standard, an einen echtzeitfähigen Decodierer 24 weiter,
der die Bilddaten decodiert und dekomprimiert, um so aus dem MPEG-Datenstrom
für die
Anzeige oder aber für
eine Speicherung (vgl. Speichereinheit 25 in 4) geeignete Bilddaten zu erhalten. Diese
Bilddaten werden dann an die Anzeigeeinheit 14 angelegt.
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Bei
einer Ausbildung der Einrichtung 11 wie vorstehend erläutert wird
eine Übertragung
von Videobildern innerhalb einer Verzögerungszeit in der Größenordnung
von ca. 100 ms, zumindest im Bereich von 100 bis 150 ms, ermöglicht.
Bei praktischen Versuchen wurde eine Wiedergabezeit (Verzögerungszeit
bei der Übertragung
der Videobilder) von 90 ms erreicht. Dies entspricht der gewünschten „echtzeitfähigen" Bildübertragung.
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Was
die Technik der Bildübertragung
im Einzelnen anlangt, so wurde bisher in der Regel auf eine vollständige Übertragung
der Bilddaten und eine unterbrechungsfreie Wiedergabe hin optimiert.
Hierfür wurden
in erster Linie fehlerkorrigierende Übertragungsprotokolle sowie
auch ein Zeitversatz (Zeitpuffer) zwischen Datenaufnahme und Bildwiedergabe und
weiters eine ausreichende Übertragungsbandbreite
angewendet. Tritt bei einem solchen Übertragungssystem ein Übertragungsfehler
auf, so wird dieser durch Wiederholung des fehlerhaften „Abschnitts" unter Nutzung von
Speicherinhalten des Zeitpuffers korrigiert. Der Zeitpuffer selbst
wird dadurch wieder aufgefüllt,
dass grundsätzlich
mehr Bandbreite für
die Übertragung
zur Verfügung
steht als benötigt
wird. Dadurch lässt
sich die Fehlerkorrektur parallel zur weiter fortschreitenden Übertragung
vornehmen.
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Eine
solche Form von Fehlerkorrektur widerspricht jedoch dem Wunsch nach
einer echtzeitfähigen Übertragung.
Im Fall von „Echtzeit"-Übertragung ist keine ausreichende
Zeit dafür
gegeben, auf einen fehlenden Ausschnitt zu warten und die verlorene Zeit
wieder einzuholen. Für
eine echtzeitfähige Übertragung
im vorliegenden Sinn ist daher von einer herkömmlichen Fehlerkorrektur-Methode
Abstand zu nehmen. Nichtsdestoweniger wären in einem Fehlerfall große Übertragungslücken zu
vermeiden (die viel länger
wahrzunehmen sind als die Übertragungsstörung anhält, was
auf die üblichen
Codierungstechniken wie nachstehend erläutert zurückzuführen ist).
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Um
eine effektive Datenkompression und Datenreduktion zu erreichen,
werden üblicherweise Verfahren
verwendet, die in einer Gruppe von Bildern (GOP – Group Of Pictures) ein vollständiges Bild
(sogenanntes i-Frame) übertragen
und für
weitere n Einzelbilder (die sogenannten p-Frames) nur noch die Änderungen
zum vollständigen
Einzelbild (i-Frame) übertragen.
Die Kompressionsrate erhöht
sich, je mehr p-Frames zusammen mit einem i-Frame übertragen
werden. Allerdings wird für
die Wiederherstellung eines Bildes aus einem p-Frame die Information aus
den vorangegangenen p-Frames und i-Frames benötigt, also eine vollständige Übertragung.
Ist letztere nicht gewährleistet,
so wird im Fall von nicht korrigierten Übertragungsfehlern der Ausfall
einer ganzen Gruppe von Bildern (GOP) riskiert. Bei einer Wiedergabe
von 15 Bildern (Frames) pro Sekunde und einer GOP-Länge von
30 Bildern würde
bei einem Totalausfall zwei Sekunden lang kein Bild wiedergegeben
werden.
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Bei
der echtzeitfähigen
Codierung (und entsprechend die Codierung) können folgende Techniken mit
verschiedener Gewichtung in Einsatz kommen:
- – Datenkompression:
Die übertragenen
Daten lassen sich nach erfolgreicher Dekompression wieder vollständig herstellen;
ohne weitere Techniken werden hier allerdings nur relativ geringe Kompressionsraten
erzielt;
- – Datenreduktion:
Hier lassen sich die Daten nach erfolgreicher Decodierung nur unter
Hinnahme von Qualitätseinbußen wieder
herstellen; die erzielbaren Reduktionsraten hängen von der erwarteten bzw.
gewünschten
Wiedergabequalität
ab;
- – GOP-Frame-Codierung:
Bei dieser Codierung der Daten müssen
bei der Decodierung die vollständigen
Informationen aus der GOP vorliegen (Kenntnis der Vorgeschichte,
wie vorstehend dargelegt), wobei aber hohe Kompressionsraten erzielbar
sind;
- – i-Frame-Codierung:
Hier sind alle Daten für
die Decodierung in Einzelbildern gespeichert, d.h. es ist keine
Kenntnis der Vorgeschichte notwendig; allerdings kann nur eine niedrige
Kompressionsrate erzielt werden.
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Für jede der
vorstehend angeführten
Techniken ist eine Reihe von Algorithmen bekannt und verfügbar. Im
Hinblick auf die notwendige Kenntnis der Vorgeschichte beim GOP-Frame-Coding
wird bei der vorliegenden Technik diese Art der Codierung auf ein Minimum
reduziert; andererseits ist für
die vorliegenden Zwecke eine Standbild-Wiedergabe unnötig, so dass
hieraus wiederum eine mögliche
Datenreduktion ohne wahrnehmbaren Qualitätsverlust herleiten lässt.
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In 4A ist
nun ein Beispiel für
einen Codierer 16 mit zwei Stellgrößen-Eingängen gezeigt, wobei die eine
Stellgröße S1 die
Einstellung der Anzahl von p-Frames ermöglicht, wogegen die andere Stellgröße S2 eine
Einstellung des Grades der Reduktion (damit die Reduktion der Bildqualität bei der Wiedergabe) ermöglicht.
Diese Stellgrößen S1 und S2
werden durch eine Analyse der Übertragungsqualität der Bilddaten
gewonnen, wobei hierzu auf 4B zu
verweisen ist.
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In
dieser 4B ist ein Schaltungsteil für die Übertragung
der Bilddaten gezeigt, wobei anschließend an die Codierung des Videostreams
dieser Datenstrom über
einen Multiplexer 26 gemultiplext, nämlich ver-n-facht wird, um
danach mit eben dieser eingestellten n-fach-Redundanz über das Übertragungsmedium
(also die Versorgungsspannungs-Einrichtung 15) übertragen
zu werden. Die Größe n richtet
sich dabei nach der zur Verfügung
stehenden Bandbreite. Danach wird in einer Analyseeinheit 27 die Übertragungsqualität des n-fachen
Datenstroms ermittelt; wird eine fehlerfreie Übertragung der Einzel-Datenströme Nr. 1
bis Nr. n registriert, so kann die Stellgröße S1 auf eine hohe Anzahl
von p-Frames justiert werden. Demzufolge ergibt sich eine hohe Kompressionsrate
bzw. ein hoher Anteil an der vorerwähnten GOP-Frame-Codierung. Die dabei frei werdende
Bandbreite kann für
eine Minimierung der Reduktion (Stellgröße S2) genützt werden, d.h. für eine Übertragung
von qualitativ höherwertigen
Bildern. Treten hingegen während
der Übertragung
Fehler auf, so wird die Anzahl der p-Frames – und damit auch die Bildqualität – wieder
reduziert. Mit anderen Worten, es wird die Stellgröße S1 reduziert,
unter Umständen,
bei nachhaltigen Störungen,
bis auf p = 0, um dann im Fall der Störung aller n Einzel-Datenströme nur genau
ein Bild (i-Frame) zu verlieren.
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In
einem der Analyseeinheit 27 nachgeschalteten Demultiplexer 28 wird
aus dem n-fach übertragenen
und gegebenenfalls partiell gestörten
Videostream wieder ein einfacher, aber vollständiger Datenstrom zusammengestellt
und der endgültigen
Decodierung zugeführt.
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Wie
beschrieben gewährleistet
die beschriebene Einrichtung 11 eine gute Bildaufnahmequalität; durch
die beschriebene Codierung/Kompression mit Hilfe eines MPEG-4-Codierers
wird eine geringe Übertragungsbandbreite
ermöglicht,
wobei nichtsdestoweniger die Echtzeitfähigkeit im Sinne der Anforderungen
erzielt wird, und wobei eine gute Bildqualität nicht nur im Bereich der
Bildaufnahme, sondern auch im Bereich der Bildwiedergabe gegeben ist.
Ein ganz wesentlicher Vorteil der vorliegenden Einrichtung ist,
dass keine neuen oder zusätzlichen Verbindungsmittel
zwischen Anhänger
und Zugmaschine benötigt
werden, wobei derartige zusätzliche Verbindungsmittel
wie eingangs erläutert
die Manipulationen beim An- und Abkuppeln eines Hängers wesentlich
erschweren würden,
abgesehen von dem Problem der Nachrüstung von bereits vorhandenen Kraftfahrzeugen.
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Falls
bestimmte, wichtige Bildinformationen für die Übertragung besonders geschützt werden
sollen, ist es auch in Weiterbildung der Einrichtung gemäß 3 möglich, in
vorteilhafter Weise eine Bild-Vorverarbeitungseinheit 29 zwischen
dem A/D-Wandler 18 und dem Codierer 19 anzuordnen, um
wichtige Bildinformationen auf dem Übertragungsweg zu schützen. In
entsprechender Weise ist dann auf der Empfängerseite nach dem Decodierer 24 eine
Bild-Nachbearbeitungseinheit 30 vorzusehen,
um die geschützten
Bildinformationen nachträglich
in eine für
die Wiedergabe geeignete Form zu bringen und der Anzeigeeinheit 14 zuzuführen.
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Die
Versorgungsspannungs-Einrichtung 15 umfasst alle Leitungen
und Anschlüsse,
die die Kfz-Versorgungsspannung von 12 V oder 24 V führen, wie
insbesondere auch den üblichen
Zigarettenanzünder
in Fahrzeugkabinen, und demgemäß kann auf
der Empfängerseite,
auf Seiten der Videosignal-Wiedergewinnungseinheit 17,
zum Anschluss an die Versorgungsspannungs-Einrichtung 15 ein
zum Zigarettenanzünder
passender Stecker 31 vorgesehen sein, wie dies schematisch
in 3 angedeutet ist. Andererseits kann auf der „Senderseite" die Verarbeitungseinheit 16 an
einer geeigneten Stelle am Anhänger
oder am Heck des Kfz mit einer die Versorgungsspannung führenden
Leitung, beispielsweise über
eine Stecker-Kupplung-Einrichtung (nicht dargestellt), verbunden
sein.
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In 5 ist
schließlich
in einer Darstellung ähnlich
wie in 2 veranschaulicht, dass einerseits mehrere Kameras 12.1, 12.2,
mit entsprechenden nachgeschalteten Verarbeitungseinheiten 16.1, 16.2, und
andererseits auch mehrere Anzeigeeinheiten 14.1, 14.2, 14.3,
mit vorgeschaltenen Verarbeitungseinheiten 17.1, 17.2, 17.3,
vorgesehen werden können.
Dabei können
die von den einzelnen Kameras 12.1, 12.2 aufgenommenen
Bilder beispielsweise gemeinsam (siehe Anzeigeeinheit 14.1)
und/oder jeweils für
sich (siehe Anzeigeeinheit 14.2 bzw. 14.3) wiedergegeben
werden.
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Zusätzlich ist
in 5 auch gezeigt, dass parallel zu der oder den
Anzeigeeinheiten 14 eine Speichereinheit 25, wie
bereits vorstehend kurz erwähnt, vorgesehen
sein kann, die über
eine eigene Videosignal-Wiedergewinnungseinheit 17.i an
die Versorgungsspannungs-Einrichtung 15 angeschlossen ist, um
die übertragenen
Videosignal-Daten in einem für ein
Abspeichern geeigneten Format zu erhalten und diese Videodaten zu
protokollieren. Dadurch kann beispielsweise nach einem Unfall eine
Kontrolle der Geschehnisse durch Wiedergabe der gespeicherten Videobilder
ermöglicht
werden.