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Dokumentenidentifikation DE102006020511A1 08.11.2007
Titel Einrichtung und Verfahren zum Übertragen von Videosignalen bei Kraftfahrzeugen
Anmelder EFKON mobility GmbH, 13355 Berlin, DE
Erfinder Lydike, Matthias, 12526 Berlin, DE
Vertreter Konle, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 81247 München
DE-Anmeldedatum 03.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020511
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse H04N 7/18(2006.01)A, F, I, 20060503, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04N 5/247(2006.01)A, L, I, 20060503, B, H, DE   B60R 1/10(2006.01)A, L, I, 20060503, B, H, DE   
Zusammenfassung Zum Übertragen von Videosignalen von mindestens einer Kamera (12) am Heck eines Kraftfahrzeuges bzw. Kfz-Anhängers zu zumindest einer Anzeigeeinheit (14) im Kraftfahrzeug, insbesondere LKW, werden die von der Kamera (12) angegebenen Videosignale digitalisiert, unter Durchführung einer Daten-Kompression in Echtzeit codiert sowie auf eine Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) aufgeprägt und über diese übertragen; die über die Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) übertragenen codierten Videosignale werden von der Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) abgenommen, in Echtzeit decodiert bzw. dekomprimiert sowie der Anzeigeeinheit (14) zur Bildwiedergabe zugeführt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Übertragen von Videosignalen gemäß den einleitenden Teilen der unabhängigen Ansprüche.

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.

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 Einzelbilder pro Zeiteinheit).

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.

Die für eine Qualitätsbewertung relevante Güte dieser Merkmale hängt naturgemäß mit den jeweils verwendeten Einrichtungen für die Bild-Aufnahme, -Übertragung und -Wiedergabe zusammen.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

1 zu Vergleichszwecken eine nicht erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Kamera, einer Anzeigeeinheit und einem geschirmten Übertragungskabel;

2 schematisch in der Art eines Blockschaltbildes eine Einrichtung zur Übertragung von Videosignalen gemäß der Erfindung;

3 in einem vergleichbaren Blockschaltbild wie in 2, jedoch mit mehr Details, eine Einrichtung zur Videosignalübertragung gemäß der Erfindung;

4A schematisch einen Codierer für die Videosignal-Übertragungseinrichtung;

4B einen in Verbindung mit dem Codierer von 4A zu verwendenden Schaltungsteil zur Herleitung von Stellgrößen für den Codierer abhängig von der Übertragungsqualität; und

5 in einer Darstellung ähnlich 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung, hier jedoch mit mehreren Kameras, mit mehreren Anzeigeeinheiten und mit einer Speichereinheit.

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.

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.

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.

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.

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.

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 unterstütztes 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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.


Anspruch[de]
Einrichtung (11) zum Übertragen von Videosignalen von mindestens einer Kamera (12) an der Rückseite eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Anhängers, zu zumindest einer Anzeigeeinheit (14) im Kraftfahrzeug, insbesondere LKW, gekennzeichnet durch eine zum Anschluss an die Kamera vorgesehene Verarbeitungseinheit (16), die einen echtzeitfähigen Codierer (19) zur Codierung und Komprimierung der Kamera-Videosignale enthält sowie zur Einspeisung der codierten Videosignale in eine Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) des Kraftfahrzeuges eingerichtet ist, und durch eine, einerseits mit der Anzeigeeinheit (14) und andererseits mit der Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) verbindbare bzw. verbundene Videosignal-Wiedergewinnungseinheit (17), die zur Abnahme der Videosignale von der Versorgungsspannungs-Einrichtung eingerichtet ist und einen echtzeitfähigen Decoder (24) zur Decodierung und Dekompression der Videosignale aufweist, und die zur Zuführung der decodierten Videosignale zur Anzeigeeinheit (14) eingerichtet ist. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (16) einen Analog/Digital-Umsetzer (18) zur Digitalisierung von analogen Kamera-Videosignalen vor deren Codierung enthält. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung der codierten Videosignale ein Modem bzw. Modulator (21) mit einer Netzwerkschnittstelle, vorzugsweise gemäß dem IEEE 802.3-Protokoll, vorgesehen ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kameras (12.1, 12.2) vorgesehen sind. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anzeigeeinheiten (14.1, 14.2, 14.3) vorgesehen sind. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeigeeinheit (14) eine Speichereinheit (25) zur Protokollierung der Videosignale parallel geschaltet ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Videosignal-Wiedergewinnungseinheit (17) einen mit einer Kfz-Zigarettenanzünder-Buchse zusammenarbeitenden Anschluss-Stecker (31) aufweist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Videosignal-Wiedergewinnungseinheit (17) zum Anschluss an die Spannungsversorgungs-Einrichtung (15) ein Modem bzw. einen Demodulator (22) mit einer Netzwerkschnittstelle, vorzugsweise gemäß dem IEEE 802.3-Protokoll, aufweist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (16) eine Bildbearbeitungseinheit (29) zum Schützen von Bildinformationen und die Videosignal-Wiedergewinnungseinheit (17) eine Bildnachbearbeitungseinheit (30) zum Wiedereinfügen von geschützten Bildinformationen aufweist. Verfahren zum Übertragen von Videosignalen von mindestens einer Kamera (12) am Heck eines Kraftfahrzeuges bzw. Kfz-Anhängers zu zumindest einer Anzeigeeinheit (14) im Kraftfahrzeug, insbesondere LKW, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kamera (12) abgegebenen Videosignale digitalisiert, unter Durchführung einer Daten-Kompression in Echtzeit codiert sowie auf eine Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) aufgeprägt und über diese übertragen werden, und dass die über die Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) übertragenen codierten Videosignale von der Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) abgenommen, in Echtzeit decodiert bzw. dekomprimiert sowie der Anzeigeeinheit (14) zur Bildwiedergabe zugeführt werden. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Codierung eine Auflösung von maximal 640×480 Pixeln mit einer Datenrate von 500 kb/s bis 900 kb/s vorgesehen wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Videosignal-Daten über die Versorgungsspannungs-Einrichtung (15) in einen Frequenzbereich von 4 bis 20 MHz übertragen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Videosignal-Daten zur Protokollierung in einem Speicher abgelegt werden.






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