DE102005061141A1

DE102005061141A1 - Verfahren, Multimedia-Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Multimedia-Daten über ein Datenübertragungssystem und Gateway zum Anschluss einer Multimedia-Einrichtung an ein Datenübertragungssystem

Info

Publication number: DE102005061141A1
Application number: DE102005061141A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fuehrer; Martin Piastowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-06-28
Also published as: EP1966943A1; WO2007071596A1; US20090094344A1; CN101346945A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Multimedia-Einrichtung (3-12) zum Senden und/oder eine Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12 ,13, 14) und ein Gateway (15) zum Anschluss einer Multimedia-Einrichtung (3-14) an ein Datenübertragungssystem (1). Die Multimedia-Daten umfassen insbesondere Bild- und/oder Tondaten. Um die Anzahl der in einem Kraftfahrzeug verwendeten Bussysteme zu verringern, bestehende Bussysteme in einem Kraftfahrzeug effizienter auszunutzen und insgesamt somit zu einer Vereinfachung und Vergünstigung der Datenübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugts beizutragen, wird vorgeschlagen, dass die Multimedia-Daten über ein Datenübertragungssystem (1) gemäß dem FlexRay-Standard übertragen werden. Vorteilhafterweise werden vorgebbare Parameter des FlexRay-Datenübertragungssystems (1) in Abhängigkeit von dem Format der Multimedia-Daten und/oder von einer Wiederholrate einer die Multimedia-Daten zur Verfügung stellenden Multimedia-Quelle (3-12) variiert. Dadurch ist eine besonders effiziente und effektive, insbesondere ressourcenschonende und damit kostengünstige Übertragung der Multimedia-Daten möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von in einem bestimmten Format vorliegenden Multimedia-Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Multimedia-Einrichtung zum Übertragen von Multimedia-Daten über ein Datenübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 bzw. zum Empfangen von über ein Datenübertragungssystem übertragenen Multimedia-Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Gateway zum Anschluss einer Multimedia-Einrichtung an ein Datenübertragungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 bzw. des Anspruchs 13.

Stand der Technik

Die Multimedia-Ausrüstung von Kraftfahrzeugen hat sich in den letzten Jahren von einem einfachen Radio u.U. mit einem Kassetten- oder CD-Laufwerk zu einer Vielzahl von anspruchsvollen und hochentwickelten Informationssystemen entwickelt. Diese müssen untereinander und natürlich mit den Benutzern der Informationssysteme kommunizieren und interagieren. Heutige Kraftfahrzeuge verfügen über GPS-Navigationssysteme, die in Verbindung mit einem Sicherheitssystem arbeiten können, um den Standort eines gestohlenen Fahrzeugs zu ermitteln. Ein Fahrzeug-Telefon muss mit der Audio-Einrichtung interagieren, um die Lautstärke zu reduzieren, wenn ein Anruf getätigt wird. Sprachsteuerung und eine Freisprecheinrichtung erfordern ein Mikrofon, das die Sprache aufnimmt und digitalisiert. Anzeigesysteme sind erforderlich für die Ausgabe von Navigationsinformationen, die DVD-Wiedergabe und die Wiedergabe von Fernsehbildern. Die Sicherheit der Insassen macht es erforderlich, dass sich der Fahrer auf die Steuerung des Fahrzeugs konzentriert anstatt auf die Feinheiten der einzelnen Komponenten.

Zur Bedienung müssen all diese Multimedia-Komponenten eine Schnittstelle zu dem Fahrer aufweisen. Ton- und Bild-Informationen müssen in einer großen Auswahl von Formaten ausgegeben werden, um den Fahrer zu informieren und/oder die Mitfahrer zu unterhalten. Da die Informationen von unterschiedlichen Quellen kommen, müssen die Komponenten in der Lage sein, Informationen zu verwalten und zu verarbeiten, um sie sicher an den Benutzer ausgeben zu können.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Multimedia-Daten über ein nach dem MOST (Media Oriented Systems Transport)-Standard arbeitendes Datenübertragungssystem zu übertragen. MOST ist ein Multimedia-Lichtwellenleiter-Netzwerk, das für Anwendungen in Kraftfahrzeugen optimiert ist. Durch den MOST-Bus wird eine Möglichkeit geschaffen, die Komponenten unabhängig voneinander zu entwickeln und dann mittels Standard-Hardware- und/oder Software-Schnittstellen miteinander zu vernetzen, wobei digitale Interoperabilität gewährleistet ist.

Zusätzliche Komponenten und Funktionen können einfach hinzugefügt werden, da das MOST-Netzwerk die Infrastruktur zur Informationsübertragung von einer Komponente zu einer anderen zur Verfügung stellt. Kraftfahrzeuge werden gleich beim Händler an die Wünsche der Käufer individuell angepasst und sind nicht einer vorgebbaren Liste entnehmbar. Die Sicherheit wird erhöht, da die Multimedia-Komponenten definierte Schnittstellen aufweisen, um untereinander zu interagieren, und über Benutzer-Schnittstellen einfach bedient werden können.

Der MOST-Bus unterstützt Datenraten von 5,76 Mbit/sec bis zu 24 Mbit/sec. Etabliert hat sich eine Parametrisierung, die 21,17 Mbit/sec ermöglicht. Die MOST-Standardisierung geht auf eine Initiative aus dem Jahr 1997 zurück. Damals war die einzige gebräuchliche digitale Datenquelle die Audio-CD. Daher war es naheliegend, die MOST-Datenstruktur so aufzubauen, dass CD-Audiokanäle optimal mit dem MOST-Netzwerk übertragen werden konnten. Somit umfasst ein Block jeweils 16 MOST-Datenrahmen. Jeder Rahmen muss synchrone Daten enthalten, er kann aber zusätzlich auch noch asynchrone Daten enthalten. An synchrone Daten, zu denen auch Audio- und Videoströme gehören, können maximal 60 Byte je Rahmen übertragen werden. Bei einer Rahmenwiederholrate von 44,1 kHz, die der CD-Abtastrate entspricht, ergibt sich eine Datenrate, die kompatibel für die Audio-CD ist (bei Nutzung von 3 der max. 16 logischen Kanäle, die nach dem Zeitmultiplexverfahren übertragen werden). Dieses Rahmenformat ist für Audio-CDs zwar optimal, für moderne Video-Datenströme, beispielsweise im MPEG (Moving Picture Experts Group)-Format, jedoch schlecht geeignet.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fahrzeugvernetzungen bzw. Netzarchitekturen bekannt. Üblicherweise wird nach Anwendungsdomänen unterschieden. Dies ist mit unterschiedlichen Anforderungen an die Datenraten, Paketgrößen, Latenzzeiten und Übertragungs-Jitter (Schwankungen in der Übertragungszeit) in den Kommunikationssystemen begründet.

Die Anwendungsbereiche der Multimedia-Komponenten werden unterteilt in System-Elektronik ("System-Electronics"), Chassis-Elektronik ("Body-Electronics") und Konsumenten-Elektronik ("Consumer-Electronics"). Die System-Elektronik ist unterteilt in sog. "fail operational" (nach Ausfall der Komponente bleibt ursprüngliche Funktionalität der Komponente noch voll erhalten) und "fail safe" (nach Ausfall der Komponente eingeschränkte Funktionalität durch Betrieb im Notlauf ohne Beeinträchtigung der anderen Komponenten). Die Chassis-Elektronik umfasst nur sog. "fail safe" Komponenten.

Zwischen den "fail operational" Komponenten und den "fail safe" Komponenten der System-Elektronik kann ein Gateway (Netzübergang, Schnittstelle) angeordnet sein, ebenso zwischen den "fail safe" Komponenten der System-Elektronik und den "fail safe" Komponenten der Chassis-Elektronik. Zwischen den Komponenten der Chassis-Elektronik und denen der Konsumenten-Elektronik kann eine Firewall (Zugangsschutzsystem) angeordnet sein.

Die Komponenten der System-Elektronik und der Chassis-Elektronik sind hauptsächlich durch CAN (Controller Area Network)-Vernetzung abgedeckt. Im Bereich der Chassis-Elektronik haben sich aber auch Bussysteme wie LIN (Local Interconnected Network) als Subbus etabliert. Im Bereich der System-Elektronik ist zukünftig auch FlexRay zu erwarten. FlexRay könnte sich auch als Backbone-Netzwerk etablieren, an das dann die einzelnen Komponenten der verschiedenen Elektronik-Bereiche mit ihren Subnetzen angeschlossen werden.

Die Vernetzung von Steuergeräten, Sensorik und Aktuatorik mit Hilfe eines Kommunikationssystems oder Datenübertragungssystems und einer Kommunikationsverbindung, bspw. in Form eines Bussystems, hat in den letzten Jahren in modernen Kraftfahrzeugen aber auch in anderen Bereichen, bspw. im Maschinenbau, insbesondere im Werkzeugmaschinenbereich, und in der Automatisierung drastisch zugenommen. Synergieeffekte durch Verteilung von Funktionen auf mehrere Teilnehmer, bspw. Steuergeräte, des Kommunikationssystems können dabei erzielt werden. Man spricht hierbei von verteilten Systemen.

Die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern eines solchen Datenübertragungssystems findet mehr und mehr über ein Bussystem statt. Der Kommunikationsverkehr auf dem Bussystem, Zugriffs- und Empfangsmechanismen, sowie Fehlerbehandlung werden über ein Protokoll geregelt. Ein bekanntes Protokoll ist beispielsweise das FlexRay-Protokoll, wobei derzeit die FlexRay-Protokollspezifikation v2.1 zu Grunde liegt. Bei FlexRay handelt es sich um ein schnelles, deterministisches und fehlertolerantes Bussystem, insbesondere für den Einsatz bei sicherheitsrelevanten Anwendungen in Kraftfahrzeugen. Das FlexRay-Protokoll arbeitet nach dem Prinzip des Time Divisional Multiple Access (TDMA), wobei den Teilnehmern bzw. den zu übertragenden Botschaften feste Zeitschlitze zugewiesen werden, in denen sie einen exklusiven Zugriff auf die Kommunikationsverbindung haben. Die Zeitschlitze wiederholen sich dabei in einem festgelegten Zyklus, so dass der Zeitpunkt, zu dem eine Botschaft über den Bus übertragen wird, exakt vorausgesagt werden kann und der Buszugriff deterministisch erfolgt.

Um die Bandbreite für die Übertragung von Botschaften auf dem Bussystem optimal zu nutzen, unterteilt FlexRay den Zyklus in einen statischen und einen dynamischen Teil bzw. in ein statisches und eine dynamisches Segment. Die festen Zeitschlitze befinden sich dabei im statischen Teil am Anfang eines Buszyklusses. Im dynamischen Teil werden die Zeitschlitze dynamisch vorgegeben. Darin wird nun der exklusive Buszugriff jeweils nur für eine kurze Zeit, für die Dauer mindestens eines sogenannten Minislots, ermöglicht. Nur wenn innerhalb eines Minislots ein Buszugriff erfolgt, wird der Zeitschlitz um die für den Zugriff benötigte Zeit verlängert. Damit wird Bandbreite also nur verbraucht, wenn sie auch tatsächlich benötigt wird. FlexRay kommuniziert über eine oder zwei physikalisch getrennte Leitungen (sogenannte Kanäle) mit einer Datenrate von jeweils maximal 10 Mbit/sec. Selbstverständlich kann FlexRay aber auch mit niedrigeren Datenraten betrieben werden.

Die beiden Kanäle entsprechen dabei der physikalischen Schicht, insbesondere des sogenannten OSI (Open System Architecture) Schichtenmodells. Die Kanäle dienen hauptsächlich der redundanten und damit fehlertoleranten Übertragung von Botschaften, können jedoch auch unterschiedliche Botschaften übertragen, wodurch sich dann die Datenrate verdoppeln könnte. Es ist auch denkbar, dass sich das über die Verbindungsleitungen übertragene Signal aus der Differenz von über die beiden Leitungen übertragenen Signalen ergibt. Die physikalische Schicht ist derart ausgestaltet, dass sie eine elektrische aber auch optische Übertragung des oder der Signale über die Leitung(en) oder eine Übertragung auf anderem Wege, beispielsweise über Funk oder optisch, ermöglicht.

Um synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in dem Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen.

Die codierte Datenrate für Fernsehbilder liefert bei Bildschirmgrößen bis 40 Zoll (101,6 cm) Bildschirmdiagonale eine akzeptable Bildqualität. Im Automobil werden jedoch deutlich kleinere Displays eingesetzt. Typische Größen betragen hier bis 10,4 Zoll (26,42 cm). Auf kleineren Bildschirmgrößen stören Codierartefakte das menschliche Auge weniger als auf großen Bildschirmen. Daher kann für den automobilen Einsatz die Datenrate weiter reduziert werden, ohne dass es zu für das menschliche Auge wahrnehmbaren Bildstörungen kommt. Für Videoanwendungen ist eine Datenrate von 2 Mbit/sec realistisch. Videoquellen im Auto liegen jedoch mit höheren Datenraten an als die eigentlich benötigten 2 Mbit/sec. Eine DVD-Datenquelle hat Spitzendatenraten von bis zu 9 Mbit/sec, digitales terrestrisches Fernsehen wird mit 4 Mbit/sec übertragen. Die Halbleiterindustrie liefert leistungsfähige Chipsätze, die digitale Videodaten neu codieren können, um sie mit niedrigerer Datenrate im Fahrzeug übertragen zu können. Dadurch verringern sich die Anforderungen an die Bussysteme im Fahrzeug. Tabelle 1 zeigt typische Datenraten für Multimedia-Anwendungen.

Tabelle 1: Typische Datenraten für Multimedia-Anwendungen

Für die verschiedenen Multimedia-Komponenten in einem Kraftfahrzeug werden häufig unterschiedliche Bussysteme und manchmal sogar auch eine direkte Verkabelung eingesetzt. Durch den in Tabelle 1 gezeigten Ansatz entsteht somit ein erheblicher Verkabelungsaufwand für die unterschiedlichen Bussysteme. Stückzahleffekte (günstige Kosten und zuverlässige Fertigung) sind begrenzt, da für jeden der o.g. Elektronik-Bereiche unterschiedliche Bauteile, z.B. CAN-Protokollbausteine mit zugehörigen Treiberbausteinen gegenüber MOST-Bausteinen mit spezifischen Treiberbausteinen, verwendet werden müssen.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der unterschiedlichen Bussysteme in einem Kraftfahrzeug zu verringern, um auf diese Weise Gewicht und Kosten einsparen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren zum Übertragen von in einem bestimmten Format vorliegenden Multimedia-Daten der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Multimedia-Daten über ein Datenübertragungssystem gemäß dem FlexRay-Standard übertragen werden.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, ein in einem Fahrzeug häufig bereits sowieso vorhandenes FlexRay-Kommunikationssystem und damit die FlexRay-Protokollbausteine mit den spezifischen FlexRay-Treiberbausteinen für den Anwendungsbereich der Konsumenten-Elektronik einzusetzen. Zu den über das FleyRay-Kommunikationssystem zu übertragenden Multimedia-Daten gehören:

– Daten von einer DVD-Quelle an Bildschirme und Lautsprecher im Fahrzeuginneren,
– von einem digitalen Empfänger empfangene digitale terrestrische Fernsehsignale an Bildschirme und zugehörige Lautsprecher im Fahrzeuginneren,
– über Satellitenempfänger empfangene digitale Satellitendienste an Bildschirme mit zugehörigen Lautsprechern im Fahrzeuginneren,
– Audio-Daten von einem CD-Wiedergabegerät beziehungsweise einem CD-Wechsler an Lautsprecher im Fahrzeuginneren,
– Audio-Daten von einem MP3-Wiedergabegerät an Lautsprecher im Fahrzeuginneren,
– Daten terrestrischer Datendienste (DVB-T, DVB-H, DAB, UMTS, GPRS, GSM, etc.) von den entsprechenden Datenquellen an die Empfänger,
– Navigationsinformationen von einem Navigationsrechner an einen Bildschirm mit zugehörigem Lautsprecher im Fahrzeuginneren,
– Karteninformationen und Audio-Befehle von einer Navigations-CD an einen Navigationsrechner, und
– Internet-Daten aus dem WWW (World Wide web) an Bildschirme mit zugehörigen Lautsprechern im Fahrzeuginneren.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.

Für die Übertragung der Multimedia-Daten über das FlexRay-Kommunikationssystem wird das existierende FlexRay-Protokoll derart konfiguriert, dass die Bandbreiten- und Durchsatzanforderung aus dem Bereich der Konsumenten-Elektronik erfüllt werden. FlexRay bietet 10 Mbit/sec Bruttodatenrate mit Rahmengrößen von bis zu 254 Byte. Der Zyklus des zeitgesteuerten Protokolls kann dabei zwischen 16 μs (kleinstmöglicher Zyklus unter bestimmten Randbedingungen) und 16 ms gewählt werden. Die Sendemöglichkeiten eines Teilnehmerknotens, zum Beispiel einer DVD-Quelle, kann bis zu 16 Mal im statischen Segment eines FlexRay-Datenübertragungszyklus erfolgen und sogar öfter im dynamischen Segment eines Zyklus. Die Datenpakete müssen dabei den Informationsgehalt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendemöglichkeiten enthalten. Dies kann durch Daten-Komprimierung einerseits, durch erhöhte Sendefrequenz andererseits, sowie durch Datenpufferung beim Sender und/oder Empfänger erzielt werden. Eine Kombination der verschiedenen Möglichkeiten ergibt dabei den höchsten Datendurchsatz.

Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung ist eine Anpassung der Multimedia-Quellen und Multimedia-Empfänger erforderlich, damit sie nach dem FlexRay-Protokoll über ein FlexRay-Kommunikationssystem Daten übermitteln und empfangen können. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass ein FlexRay-Protokollbaustein mit dem spezifischen FlexRay-Treiberbaustein in eine herkömmliche Multimedia-Quelle integiert wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass herkömmliche Multimedia-Quellen über ein Gateway an das FlexRay-Kommunikationssystem beziehungsweise an die Kommunikationsverbindung angeschlossen sind, wobei das Gateway einen FlexRay-Protokollbaustein und einen spezifischen FlexRay-Treiberbaustein enthält. Somit werden also die von der Multimedia-Quelle in einem bestimmten Datenformat erzeugten Multimedia-Daten zunächst in ein für die Datenübertragung nach dem FlexRay-Protokoll kompatibles Datenformat umgewandelt, in ein Nutzdaten-Segment eines FlexRay-Datenrahmens eingefügt und dann über das FlexRay-Datenübertragungssystem übertragen. Beim Empfänger werden die FlexRay-Datenrahmen empfangen, die Multimedia-Daten aus dem Nutzdaten-Segment des empfangenen FlexRay-Datenrahmens entnommen und an die empfangende Multimedia-Komponente zur Weiterverarbeitung übermittelt. Die Weiterverarbeitung der Multimedia-Daten umfasst insbesondere eine Dekodierung der Daten und eine optische und/oder akustische Ausgabe der Daten an einen Benutzer.

Zeichnungen
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Den Figuren und der dazugehörigen Figurenbeschreibung können weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung entnommen werden. Es zeigen:
1 einen Datenübertragungszyklus nach dem FlexRay-Protokoll sowie einen Datenrahmen aus dem Zyklus; und
2 ein FlexRay-Kommunikationssystem zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 2 ist ein FlexRay-Datenübertragungssystem zur Realisierung der vorliegenden Erfindung beispielsweise in einem Fahrzeug in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Kommunikationssystem 1 umfasst eine Vielzahl von FlexRay-Teilnehmern, die über mindestens eine Verbindungsleitung 2 miteinander in Verbindung stehen. Die Verbindungsleitungen 2 bilden die physikalische Schicht des Kommunikationssystems 1 und können alternativ auch als Funkverbindungen oder optische Verbindungen ausgebildet sein. Die Verbindungsleitungen 2 können zur Übertragung optischer Signale (Wellenleiter) oder elektrischer Signale (Kabel) ausgebildet sein. An die Verbindungsleitungen 2 sind mehrere Teilnehmer 3, ..., 14 angeschlossen. Die Teilnehmer können als Multimedia-Quelle und/oder als Multimedia-Empfänger ausgebildet sein. Beispiele für eine Multimedia-Quelle sind ein CD-Wiedergabegerät oder ein CD-Wechsler 3, ein in dem Fahrzeug fest installiertes oder mobiles Funkzellen-Telefon 4, ein digitales Radio 5, ein Laptop oder ein anderer Rechner 6 mit Multimedia-Funktionalität, ein CD-ROM- oder DVD-Abspielgerät 7, ein Verstärker 8, ein Mikrofon 9, beispielsweise zur Spracherkennung oder zur Sprachsteuerung, ein Navigationsgerät 10, insbesondere ein GPS-Navigationsgerät, eine im Fahrzeug fest eingebaute oder portable Videokamera 11, oder ein interaktives Fahrzeug-Sicherheitssystem 12. Reine Multimedia-Empfänger sind beispielsweise Lautsprecher 13 (aktiv und/oder passiv) sowie ein Video-Bildschirm 14. Von den dargestellten Multimedia-Quellen können beispielsweise die Folgenden auch Multimedia-Daten empfangen: Das Funkzellen-Telefon 4, der Laptop 6, das GPS- Navigationsgerät 10, und das interaktive Sicherheitssystem 12. Die Teilnehmer 3 bis 14 sind als FlexRay-Teilnehmer ausgebildet, das heißt sie ermöglichen die Übertragung und/oder den Empfang von Multimedia-Daten über die Kommunikationsverbindung 2 nach dem FlexRay-Protokoll.
Zum Anschluss der FlexRay-Teilnehmer 3 bis 14 an die Kommunikationsverbindung 2 sind den Teilnehmern 3 bis 14 zugeordnete FlexRay-Protokollbausteine mit spezifischen FlexRay-Treiberbausteinen erforderlich. Diese können direkt in die Teilnehmer 3 bis 14 integriert sein, so dass aus einem herkömmlichen Multimedia-Teilnehmer ein F1exRay-Teilnehmer 3 bis 14 wird, der an die FlexRay-Kommunikations-Verbindung 2 angeschlossen werden und über die Verbindung 2 Multimedia-Daten nach dem FlexRay-Protokoll übertragen kann. Alternativ sind die FlexRay-Protokollbausteine mit den spezifischen FlexRay-Treiberbausteinen in Gateways 15 angeordnet, über die herkömmliche Multimedia-Teilnehmer 6, 8, 14 an die Kommunikationsverbindung 2 angeschlossen sind.
Multimedia-Daten werden innerhalb des Kommunikationssystems 1 zwischen den verschiedenen Teilnehmern 3 bis 14 nach dem FlexRay-Standard übertragen. In 1 ist einer von mehreren aufeinander folgenden FlexRay-Datenübertragungszyklen mit dem Bezugzeichen 20 bezeichnet. Der Datenübertragungszyklus 20 umfasst ein statisches Segment 21 und ein dynamisches Segment 22, gefolgt von einem Symbolfenster (Symbol Window) SW und eine Leerlaufzeit des Netzwerks (Network Idletime) NT. SW und NT sind zusammengefasst mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet. Das statische Segment 21 umfasst Zeitschlitze 24 mit einer fest vorgegebenen Länge. Im dynamischen Segment 22 werden die Zeitschlitze dynamisch vorgegeben. Darin wird der exklusive Zugriff auf den FlexRay-Datenbus 2 jeweils nur für eine kurze Zeit, für die Dauer mindestens eines sogenannten Minislots 25, ermöglicht. Nur wenn innerhalb eines Minislots 25 ein Buszugriff erfolgt, wird der Zeitschlitz 26 auf die für den Zugriff benötigte Zeit verlängert. Damit wird Bandbreite also nur verbraucht, wenn sie auch tatsächlich benötigt wird. Die festen Zeitschlitze 24 und die dynamischen Zeitschlitze 26 sind vom Prinzip her gleich aufgebaut. Die Zeitschlitze 24, 26 umfassen zu Beginn und am Ende des Zeitschlitzes eine Wartezeit 27 (Idletime) und dazwischen einen statischen beziehungsweise dynamischen Datenrahmen 28. Der Datenrahmen 28 ist vergrößert in 1 unten dargestellt.
Zu Beginn des Datenrahmens 28 ist ein Kopfsegment 29 (Header Segment) vorgesehen, das eine Größe von insgesamt 40 Bit aufweist. Das Header Segment 29 umfasst ein Bit (reserved bit), das für zukünftige Erweiterungen reserviert ist. Danach ist ein weiteres Bit (Payload Preamble Indicator) vorgesehen, das die Existenz von Vektorinformationen in dem Nutzdatensegment (Payload Segment) des Datenrahmens 28 anzeigt. Danach folgt ein weiteres Bit (Null Frame Indicator) das anzeigt, ob der Datenrahmen in dem Nutzdatensegment gleich Null ist. Ein weiteres Bit (Sync Frame Indicator) zeigt die Existenz eines Synchronisations-Datenrahmens an. Ein letztes Bit (Start-up Frame Indicator) zeigt an, ob der einen Datenrahmen sendende Teilnehmer der Anfangsteilnehmer (Start-up Node) ist oder nicht. Daran schließt sich eine Identifikation des Datenrahmens (Frame-ID) von 11 Bit Länge an, die jedem der Teilnehmer 1 bis 14 des Datenübertragungssystems 1 zugeordnet ist (gültiger Bereich: 1 bis 2047). Daran schließen sich 7 Bit (Length) an, welche die Datenlänge des Nutzdatensegments angeben. Anschließend folgen 11 Bit (Header-CRC (cyclic redundancy check)), welche die ermittelten CRC-Werte der Bits "sync frame indicator", "start-up frame indicator", "frame ID" und "length" angibt, die von dem Host-Rechner des sendenden Teilnehmers berechnet wurden. Am Ende des Header Segments 29 sind 6 Bit (Cycle Count) vorgesehen, welche den Zyklus des Teilnehmers, der den Datenrahmen während der Datenübertragungszeit übermittelt, zählen.
Nach dem Header Segment 29 folgt ein Nutzdatensegment 30 (Payload Segment), das eine Größe von 0 bis 254 Bytes umfasst. In Abhängigkeit von der zu übertragenden Datenmenge und der Datenübertragungsrate kann die Größe des Payload Segments 30 im Vorfeld der eigentlichen Datenübertragung frei gewählt werden. Am Ende des Datenrahmens 28 ist ein 24 Bit langes Abschlusssegment 31 (Trailer Segment) vorgesehen, welches berechnete CRC-Werte umfasst. Insgesamt hat ein Datenrahmen 28 also eine Größe von 5 Byte + 0 bis 254 Bytes + 3 Bytes = 8 bis 262 Bytes.
In einem Beispiel kann von einer Zykluszeit von 5 ms ausgegangen werden, die sich aus 3 ms für das statische Segment 21 und 2 ms für das dynamische Segment 22 zusammensetzen. Es kann also von statischen Datenrahmen 28 von 128 Byte und dynamischen Datenrahmen 26 von maximal 254 Byte ausgegangen werden. Somit stehen bei dem Beispiel cirka 14 statische Zeitschlitze 24 und cirka 3 dynamische Zeitschlitze 26 zur Verfügung; Frame-Overhead und Präzisionsbetrachtungen prinzipiell berücksichtigt.
Um die codierten Datenraten aus Tabelle 1 zu transportieren, muss das Datenvolumen auf den FlexRay-Zyklus 20 von 5 ms umgerechnet werden und die Anzahl der Datenrahmen 28 bestimmt werden. In der Standard-Konfiguration wird ein FlexRay-Datenrahmen 28 einem Zeitschlitz 24; 26 zugeordnet und versendet.
Tabelle 2: Aggeleitete Datenrate pro 5 ms Zyklus und Bestimmung der entsprechenden Datenrahmen-Größe.
Zur Übertragung der Multimedia-Daten über das FlexRay-Kommunikationssystem 1 wird also die Größe der Datenrahmen 28 je Zyklus 20, sowie die Anzahl der Datenrahmen 28 je Zyklus 20 an das jeweilige Format der Multimedia-Daten beziehungsweise an die Wiederholrate der Multimedia-Daten angepasst, um die Übertragung der Multimedia-Daten über das FlexRay-Kommunikationssystem 1 zur Erlangung einer möglichst hohen Datenrate und eines möglichst kleinen Overheads zu optimieren. Selbstverständlich können auch andere Parameter des FlexRay-Datenübertragungssystems 1 in Abhängigkeit von dem Format der Multimedia-Daten zur Optimierung der Übertragung variiert werden. Denkbar wäre beispielsweise eine Variation der Wiederholrate der Buszyklen 20 in Abhängigkeit von der Wiederholrate der Multimedia-Quelle 3 bis 12. Ebenso wäre es denkbar, in den Multimedia-Teilnehmern 3 bis 14 Zwischenspeicher vorzusehen, um zu übertragende beziehungsweise empfangene Multimedia-Daten zwischenzuspeichern, wobei die Größe des Zwischenspeichers an das Datenformat und/oder die Wiederholrate der Multimedia-Quelle beziehungsweise des Multimedia-Empfängers angepasst werden kann.
Das FlexRay-Protokoll bietet aus Sicherheitsüberlegungen die Übertragung von Nachrichten auf zwei separaten Kanälen. Diese können redundant, aber auch parallel genutzt werden, das heißt das FlexRay-Protokoll erlaubt prinzipiell auch die Übermittlung von zwei unterschiedlichen Nachrichten auf den beiden Kanälen. Die beiden Kanäle können auch unabhängig voneinander empfangen werden. Diese Möglichkeit kann zur Verdopplung der Bandbreite genutzt werden. Damit können die oben in Tabelle 2 angegebenen Datenraten verdoppelt beziehungsweise die Anzahl der benötigten Zeitschlitze 24, 26 halbiert werden. Die beiden Kanäle können beide in dem statischen Segment 21 angeordnet sein, wobei dann beide Kanäle gleiche Parameter (zum Beispiel Größe der Datenrahmen 28) aufweisen. Denkbar ist aber auch, dass zumindest einer der beiden Kanäle über das dynamische Segment 22 übertragen wird, wobei die beiden Kanäle dann durchaus auch unterschiedliche Parameter aufweisen können.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass das FlexRay-Protokoll in Kombination mit einem praxistauglichen Kommunikations-Schedule für die Datenübertragung im Bereich von Multimedia, zum Beispiel beim Abspielen einer Multimedia-Quelle 3 bis 12 und Übertragung der Multimedia-Daten an Bildschirme 14 und Lautsprecher 13 im Innenraum eines Fahrzeugs, angewendet werden. Als wesentliche Vorteile der Erfindung ergeben sich:

– Die Datenrahmen 28 (Nachrichten) aus dem Multimedia-Bereich werden in den Bereich der System-Elektronik integriert. Daraus ergibt sich eine Vereinfachung der Netzwerktopologie innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
– Die Datenrahmen 28 (Nachrichten) aus dem Multimedia-Bereich werden in den FlexRay-Backbone integriert. Daraus ergeben sich eine Vereinfachung in der Netzwerktopologie.
– Der FlexRay-Nachrichtenkatalog wird den Bedürfnissen des Multimedia-Bereichs vollständig angepasst (konfiguriert) und damit die höchstmögliche Performance für eine Multimedia-Vernetzung erzielt.
– Durch die Umstellung der Teilnehmer 3 bis 14 aus der Multimedia auf die FlexRay-Kommunikation werden zusätzliche FlexRay-Protokollbausteine beziehungsweise FlexRay-Treiberbausteine in den Teilnehmern 3 bis 14 beziehungsweise den Gateways 15 benötigt, was zu höheren Stückzahlen und daraus resultierend zu geringeren Kosten und einer zuverlässigereren Fertigung führt.
– Durch den zusätzlichen Stückzahleneffekt ist mit reduzierten Teilekosten zu rechnen. Der Umstellungsaufwand wird durch die langfristigen Stückzahleneffekte kompensiert beziehungsweise ist vernachlässigbar gering.

Claims

Verfahren zum Übertragen von in einem bestimmten Format vorliegenden Multimedia-Daten, insbesondere von Bild- und/oder Tondaten, über ein Datenübertragungssystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Daten über ein Datenübertragungssystem (1) gemäß dem FlexRay-Standard übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgebbare Parameter des FlexRay-Datenübertragungssystems (1) in Abhängigkeit von dem Format der Multimedia-Daten zur Optimierung der Übertragung der Multimedia-Daten über das FlexRay-Datenübertragungssystem (1) variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Daten von einer Multimedia-Quelle (3–12) in einem bestimmten Datenformat zur Verfügung gestellt und in Datenrahmen (28) über das FlexRay-Datenübertragungssystem (1) übertragen werden, wobei die Rahmengröße, insbesondere die Größe eines Nutzdaten-Segments (30) des Datenrahmens (28), an das Datenformat der Multimedia-Quelle (3–12) zur Optimierung der Übertragung der Multimedia-Daten angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Daten von einer Multimedia-Quelle (2–12) mit einer bestimmten Wiederholrate zur Verfügung gestellt und in sich wiederholenden Buszyklen (20) über das FlexRay-Datenübertragungssystem (1) übertragen werden, wobei die Wiederholrate der Buszyklen (20) an die Wiederholrate der Multimedia-Quelle (2–12) zur Optimierung der Übertragung der Multimedia-Daten angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Daten über das FlexRay-Datenübertragungssystem (1) an einen Multimedia-Empfänger (4, 6, 10, 12, 13, 14) übertragen und dort zur Weiterverarbeitung in einem Zwischenspeicher zwischengespeichert werden, wobei die Größe des Zwischenspeichers an das Datenformat und/oder die Wiederholrate der Multimedia-Quelle (3–12) zur Optimierung der Übertragung der Multimedia-Daten angepasst wird.
Multimedia-Einrichtung (3–12), die Multimedia-Daten in einem bestimmten Datenformat mit einer bestimmten Wiederholrate zur Übertragung über ein Datenübertragungssystem (1) zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (3–12) einen FlexRay-Kommunikations-Controller, der die Multimedia-Daten in ein Nutzdaten-Segment (30) von mindestens einem FlexRay-Datenrahmen (28) anordnet, und einen FlexRay-Bustreiber aufweist, der den mindestens einen FlexRay-Datenrahmen (28) nach dem FlexRay-Standard über das Datenübertragungssystem (1) überträgt.
Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12, 13, 14), die über ein Datenübertragungssystem (1) übertragene Multimedia-Daten empfängt und zur Weiterverarbeitung in ein bestimmtes Datenformat mit einer bestimmten Wiederholrate umwandelt, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12, 13, 14) einen FlexRay-Bustreiber, der mindestens einen über das Datenübertragungssystem (1) nach dem FlexRay-Standard übertragenen FlexRay-Datenrahmen (28) empfängt, und einen FlexRay-Kommunikations-Controller aufweist, der die Multimedia-Daten aus einem Nutzdaten-Segment (30) des mindestens einen empfangenen FlexRay-Datenrahmens (28) zur Weiterverarbeitung entnimmt.
Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12, 13, 14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (13, 14) zur Weiterverarbeitung Mittel zur akustischen und/oder optischen Ausgabe der Multimedia-Daten an einen Benutzer aufweist.
Multimedia-Einrichtung (3–12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (3–12) als eine Multimedia-Quelle ausgebildet ist.
Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12, 13, 14) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (3–12) als ein Multimedia-Empfänger ausgebildet ist.
Multimedia-Einrichtung (3–14) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Multimedia-Einrichtung (3–14) als eines der nachfolgenden Geräte ausgebildet ist: ein analoges oder digitales Radio (5), eine Audio-CD-Quelle (7), eine Video-DVD-Quelle (7), ein Verstärker (8), ein Mikrofon (9), insbesondere für eine Spracherkennungseinrichtung oder eine Sprachsteuerungseinrichtung, ein (GPS-) Navigationssystem (10), eine Video-Kamera (11), ein Video-Bildschirm (14), eine interaktive Diebstahlwarnanlage (12), insbesondere mit Fahrzeugortung, ein CD- oder DVD-Wechsler (3), ein Lautsprecher (13), oder ein Funk-Telefon (4).
Gateway (15) zum Anschluss einer Multimedia-Einrichtung (3–14) an ein Datenübertragungssystem (1), wobei die Multimedia-Einrichtung (3–14) Multimedia-Daten in einem bestimmten Datenformat zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (15) Mittel zum Empfangen der Multimedia-Daten von der Multimedia-Einrichtung (3–14), einen FlexRay-Kommunikations-Controller, der die Multimedia-Daten in ein Nutzdaten-Segment (30) von mindestens einem FlexRay-Datenrahmen (28) anordnet, und einen FlexRay-Bustreiber aufweist, der den mindestens einen FlexRay-Datenrahmen (28) nach dem FlexRay-Standard über das Datenübertragungssystem (1) überträgt.
Gateway (15) zum Anschluss einer Multimedia-Einrichtung (4, 6, 10, 12, 13, 14) an ein Datenübertragungssystem (1), wobei das Gateway (15) Multimedia-Daten von dem Datenübertragungssystem (1) empfängt, in ein bestimmtes Datenformat wandelt und an die Multimedia-Einrichtung (3–14) übermittelt, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (15) einen FlexRay-Bustreiber, der mindestens einen über das Datenübertragungssystem (1) nach dem FlexRay-Standard übertragenen FlexRay-Datenrahmen (28) empfängt, einen FlexRay-Kommunikations-Controller, der die Multimedia-Daten aus einem Nutzdaten-Segment (30) des mindestens einen empfangenen FlexRay-Datenrahmens (28) entnimmt, und Mittel zum Übermitteln der Multimedia-Daten an die Multimedia-Einrichtung (3–14) aufweist.