EP1949033A2 - Verfahren zum überwachen der ansteuerung von bilddarstellungen. - Google Patents

Verfahren zum überwachen der ansteuerung von bilddarstellungen.

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EP1949033A2
EP1949033A2 EP06806707A EP06806707A EP1949033A2 EP 1949033 A2 EP1949033 A2 EP 1949033A2 EP 06806707 A EP06806707 A EP 06806707A EP 06806707 A EP06806707 A EP 06806707A EP 1949033 A2 EP1949033 A2 EP 1949033A2
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EP
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data
test vectors
video data
graphics
raw data
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EP06806707A
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Rolf Schröder
Olaf Kammer
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Diehl Aerospace GmbH
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Publication date
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    • G01C23/005—Flight directors
    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/14—Digital output to display device ; Cooperation and interconnection of the display device with other functional units
    • G06F3/147—Digital output to display device ; Cooperation and interconnection of the display device with other functional units using display panels
    • G—PHYSICS
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    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/12—Avionics applications

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the main claim.
  • Such a method is known from WO 02/103292 A1 in a flight guidance display, which serves the screen display in particular of safety-related or otherwise function-critical sensor data, which drive according to their signal processing technical preprocessing to graphic instructions a graphics generation.
  • Such a graphic generation of the video data from the graphic instruction for the current image representation extends, for example, to geometric transformations such as the transition between different coordinate systems and to image filtering such as interpolation processing of the video signal sequence for smoothing the visual elements finally to be presented visually and their changes in the successive images.
  • the graphics generation is therefore very complex and correspondingly error-critical.
  • certain graphics instructions are compared with the result of the graphics generation as to whether the video signal still contains the original graphics instruction.
  • the graphics generation must be undone mathematically. This requires an extremely high cost of expensive since particularly fast-working computer architectures, because yes to control individually picked out video data parallel to the screen to control. Inevitably, this complexity of the control mechanisms results in a certain susceptibility to error, which then can simulate actually nonexistent malfunctions in the acquisition of the video data.
  • the present invention is based on the technical problem underlying a less complex and therefore more resistant to interference. Realize the generation of video data, with less computational power required for this simple control function.
  • Graphic instructions preprocessed raw data such.
  • the video data generated from the test vectors expediently control no pixels in the image representation, but areas of the screen that are not the current image representation. For example, they are located in a currently informal square of the display or better still on the edge under the built-in frame in order not to burden the current image display with mere test impressions. It is even preferable to filter out these test-relevant video data from the result of the graphics generation and thus to completely separate it from the video data for the screen control. This is possible because of the well-known law when generating the Testvektor- ren by means of a dedicated logic before the screen control without much additional effort.
  • test vectors can be fed in instead of the graphics instructions prior to the graphics generation or additionally with the raw data prior to the data preprocessing.
  • This upstream data processing to translate the raw data into graphics instructions is also very complex. It includes, for example, a limitation of the useful spectrum in the raw data and its scanning for the digitization taking into account a band limitation to ensure perform the sampling theorem, further integral or differential filtering to influence the signal dynamics, or non-linear gain and scaling to avoid data loss in noise as well as due to overdrive.
  • test vectors pseudo-stochastic signal sequences of defined lengths are expediently selected here, as can be generated simply and clearly reproducibly by apparatus, for example, by feedback shift registers or corresponding small processor programs. These test vectors are then subjected to the same complex signal preprocessing prior to the geometric transformation and image filtering in the graphics generation as the sensor data.
  • the stochastics of the test vectors are not influenced by the signal processing, so that the test vectors can be compared directly with the video data obtained therefrom by cross-correlation. This eliminates the otherwise very large kaustechische additional effort alone for fast recalculation of the video data on their source information: From the intensity of the convolution product results directly, if any malfunctions have occurred in the course of signal processing. It is expedient to generate differently designed test vectors, which are optimally adapted to certain critical signal processing operations, in order to be able to obtain particularly meaningful correlation results.
  • the sole figure of the drawing illustrates a basic block diagram abstracts the feeding and querying of test vectors for continuous monitoring of the current video image obtained from raw data.
  • the raw data flowing into a visual representation after signal processing in the form of sensor data 11 of a plurality of sensors for monitoring functional or safety-critical conditions are processed in a data processor 12 by a pre-processor.
  • a data processor 12 To obtain a block of graphics instructions 13 at the output of a converter 14.
  • the vectors of these graphics instructions 13 feed a graphics generator 16 of low cost, industry standard (such as Open Graphic Language) operation.
  • the visual representation is driven on the screen 19.
  • a test generator 20 supplies an externally definable test vector 21, which is superposed in the converter 14 to the sensor-dependent graphics instructions 13.
  • the numerous very different functions of the graphics generation adapted, so assigned to different test vectors 21.
  • test vector 21 information from the test vector 21 should not appear on the screen 19 in order not to disturb the actual visual performance of interest.
  • the test vectors 21 can therefore not be used for presentation, especially under
  • a so-called dedicated or assignment logic 22 is provided for the video data 18.
  • it is set up to separate out the test vectors 21 'contained in the video data 18, so that the screen 19 is acted upon with video data 18' which has been cleaned up by the mere test vectors 21 ', ie images based on sensor data 11 only presents.
  • the option is indicated by dashed lines, the test vector 21 (in addition or at all) already in front of the graphics generator 16 in the signal flow ein- If the laws of this preprocessing is taken into account for the function of the comparator 23, not only the image generation is monitored, but already the preprocessing of the supplied sensor data 11 to the image generation, because de test vectors 21 as in the graphics generator 16 already in the data processor 12 for the preprocessing of the pending critical sensor data 11 each undergo the same processing path, so are subject to any error influences.

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Abstract

Zur Kontrolle der Funktion der mit sicherheitsrelevanten Rohdaten, insbesondere Sensordaten, erfolgenden Grafikgenerierung, etwa unter geometrischer Transformation und Bildfilterung, werden zusätzlich zu den vorverarbeiteten Rohdaten noch Testvektoren verarbeitet und die daraus resultierenden Videodaten mit den Erwartungswerten verglichen, um auf etwaige Fehlfunktionen schließen zu können. Das erübrigt ein aufwändiges Rückrechnen der Videodaten zum Vergleich mit den ihnen zugrunde liegenden Grafikinstruktionen oder Rohdaten.

Description

Verfahren zum Überwachen der Ansteuerung von Bilddarstellungen, insbesondere aus sicherheitsrelevanten Rohdaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 02/103292 A1 bei einem Flugführungsdisplay bekannt, das der Bildschirm-Darstellung insbesondere von sicherheitsrelevanten oder anderweitig funktionskritischen Sensordaten dient, die nach ihrer signalverarbeitungs- technischen Vorverarbeitung zu Grafikinstruktionen eine Grafikgenerierung ansteuern.
Solch eine Grafikgenerierung der Videodaten aus der Grafikinstruktion für die aktuelle Bilddarstellung erstreckt sich beispielsweise auf Geometrietransformationen etwa zum Übergang zwischen verschiedenen Koordinatensystemen und auf eine Bildfilterung etwa in Form einer Interpolationsverarbeitung der Videosignalfolge zum Glätten der schließlich visuell darzubietenden Bildelemente sowie ihrer Veränderungen in den aufeinander folgenden Bildern. Die Grafikgenerierung ist deshalb sehr komplex und entsprechend fehlerkritisch. Um sicherzustellen, dass die daraus resultierenden Videodaten nicht verfälscht sind, werden bestimmte Grafikinstruktionen mit dem Ergebnis der Grafikgenerierung daraufhin verglichen, ob im Videosignal die ursprüngliche Grafikinstruktion noch enthalten ist. Dafür muss die Grafikgenerierung rechnerisch rückgängig gemacht werden. Das bedingt einen außerordentlich hohen Aufwand an teuren da besonders schnell arbeitenden Rechnerarchitekturen, weil ja die zur Kontrolle individuell herausgegriffenen Videodaten parallel dazu den Bildschirm ansteuern sollen. Diese Komplexität der Kontrollmechanismen hat unweigerlich ihrerseits eine gewisse Fehleranfälligkeit zur Folge, die dann tatsächlich gar nicht vorhandene Fehlfunktionen bei der Gewinnung der Videodaten vortäuschen kann.
Es geht also hier nicht um die Kontrolle eines Bildschirmes darauf, ob alle seine Koordinatenpunkte (Pixel) noch funktionstüchtig sind; sondern darum, ob deren von den Videodaten erzeugten grafischen Darstellungen noch den in den Grafikinstruktionen enthalte- nen, tatsächlich darzustellenden Informationen entsprechen.
In Erkenntnis vorstehender Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine weniger aufwändige und dadurch störresistentere Kon- trolle des Generierens von Videodaten zu realisieren, mit weniger Bedarf an Rechenleistung für diese bloße Kontrollfunktion.
Diese Aufgabe ist gemäß vorliegender Erfindung durch die Kombination der im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach werden für die Kontrolle der Grafikgenerierung aus Grafikinstruktionen keine tatsächlich anstehenden, aktuell zu
Grafikinstruktionen vorverarbeiteten Rohdaten, wie z. B. Sensordaten mehr zugrunde gelegt, sondern speziell für diesen Einsatz generierte Testvektoren. Ein Vergleich der unter Berücksichtigung der bekannten Regeln für die Grafikgenerierung erwarteten Videodaten mit den eingespeisten Testvektoren liefert im Falle von Fehlfunktionen eine Fehlermeldung, mit der z.B. ein Umschalten auf eine andere Darstellweise oder gleich auf ein Reservesystem zur Grafikgenerierung initiiert werden kann.
Die aus den Testvektoren generierten Videodaten steuern zweckmäßigerweise keine Pixel in der Bilddarstellung an, sondern Bereiche des Bildschirmes, die nicht der aktuellen Bilddarstellung dienen. Sie liegen etwa in einem momentan informationslosen Quad- ranten des Display oder besser noch am Rande unter der Einbau-Einrahmung, um die aktuelle Bilddarstellung nicht mit bloßen Testeinblendungen zu belasten. Zu bevorzugen ist es sogar, diese nur testrelevanten Videodaten aus dem Ergebnis der Grafikgenerierung herauszufiltern und so von den Videodaten für die Bildschirmansteuerung ganz zu trennen. Das ist wegen der bekannten Gesetzmäßigkeit beim Generieren der Testvekto- ren mittels einer dezidierten Logik vor der Bildschirmansteuerung ohne großen Zusatzaufwand möglich.
Die speziell auf extreme Sicherheitsanforderungen optimierten herkömmlichen Systeme stellen angesichts der rasant steigenden Anforderungen sowohl finanziell wie auch apparativ (hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit) empfindliche Engpässe dar, die durch Realisierung der erfindungsgemäß ausgelegten Kontrollfunktionen überwunden sind. Danach ist es möglich, der ständig steigenden Anforderung an die Zuverlässigkeit der graphischen Darstellungen komplexer Sachverhalte, etwa im Cockpit eines Flugzeuges, mit vergleichsweise preiswerten Standardbausteinen der kommerziellen Datenverarbeitung zu genügen. Wenn auch über deren innere Architektur oft wenig bekannt ist, sind ihre Funk- tionen doch gut dokumentiert, was für die beschriebenen Kontrollfunktionen durchaus ausreicht.
In Weiterbildung dieser erfindungsgemäßen Lösung können Testvektoren statt mit den Grafikinstruktionen vor der Grafikgenerierung oder zusätzlich dazu mit den Rohdaten vor der Datenvorverarbeitung eingespeist werden. Diese vorgeschaltete Datenverarbeitung zum Umsetzen der Rohdaten in Grafikinstruktionen ist ebenfalls überaus komplex. Sie beinhaltet etwa eine Begrenzung des Nutzspektrums in den Rohdaten und deren Abtasten für die Digitalisierung unter Berücksichtigung einer Bandbegrenzung zum Gewähr- leisten des Abtasttheorems, weitere integrale oder differentielle Filterungen zum Beeinflussen der Signaldynamik, oder nichtlineare Verstärkung und Skalierung zum Vermeiden eines Datenverlustes im Rauschen ebenso wie infolge Übersteuerung. Durch Vergleich der vorgegebenen Testvektoren mit den zu erwartenden, daraus resultierenden Videodaten lässt sich dann auch die korrekte Funktion der Datenvorverarbeitung gleich mit kontrollieren.
Als Testvektoren werden hier zweckmäßigerweise pseudostochastische Signalfolgen definierter Längen gewählt, wie sie apparativ einfach und eindeutig reproduzierbar etwa durch rückgekoppelte Schieberegister oder entsprechende kleine Prozessorprogramme generierbar sind. Diese Testvektoren werden dann also der gleichen komplexen Signalvorverarbeitung vor der geometrischen Transformation und Bildfilterung in der Grafikge- nerierung unterzogen, wie die Sensordaten. Die Stochastik der Testvektoren wird durch die Signalverarbeitungen nicht beeinflusst, so dass die Testvektoren unmittelbar mit den daraus gewonnenen Videodaten im Wege der Kreuzkorrelation verglichen werden kön- nen. Dadurch entfällt der sonst überaus große datenverarbeitungstechische Zusatzaufwand allein zum schnellen Rückrechnen der Videodaten auf ihre Ursprungsinformationen: Aus der Intensität des Faltungsproduktes ergibt sich unmittelbar, ob gegebenenfalls Fehlfunktionen im Zuge der Signalverarbeitung aufgetreten sind. Dabei ist es zweckmäßig, unterschiedlich ausgelegte Testvektoren zu generieren, die bestimmten kritischen Signalverarbeitungsvorgängen optimal angepaßt sind, um daraus besonders aussagekräftige Korrelationsergebnisse gewinnen zu können.
Zusammenfassend kann deshalb festgestellt werden, dass sich das bisher übliche, apparativ und zeitlich sehr aufwändige Rückrechnen von Videodaten zum Vergleich mit ihren Ursprungsinformationen erfindungsgemäß erübrigt, wenn - zwecks Kontrolle we- nigstens der Funktion der Grafikgenerierung, optional aber auch ihrer Rohdaten-
Vorverarbeitung - zusätzlich zu den Grafikinstruktionen bzw. zu den Rohdaten noch eigens dafür generierte Testvektoren im selben Pfad verarbeitet und mit den daraus resultierenden Videodaten verglichen werden, um etwaige Fehlfunktionen zu erkennen.
Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich ihrer Vorteile, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeispiels der Erfindung. Die einzige Figur der Zeichnung veranschaulicht auf ein prinzipielles Blockschaltbild abstrahiert das Einspeisen und Abfragen von Testvektoren zu laufender Überwachung des aus Rohdaten gewonnenen aktuellen Videobildes. Die nach Signalaufbereitung in eine visuelle Darstellung einfließenden Rohdaten in Form von Sensordaten 11 einer Vielzahl von Sensoren zum Überwachen funktions- oder sicherheitskritischer Gegebenheiten erfahren in einem Datenprozessor 12 eine Vorverar- beitung zum Gewinnen eines Blockes von Grafikinstruktionen 13 am Ausgang eines Umsetzers 14. Mit den Vektoren dieser Grafikinstruktionen 13 wird ein Grafikgenerator 16 gespeist, wie er im Industriestandard (wie z. B. Open Graphic Language) arbeitend preisgünstig verfügbar ist. An dessen Ausgang steht das Videobild gemäß den aktuellen Sensordaten 11 als Vektor von Videodaten 18 an. Damit wird die visuelle Darstellung auf dem Bildschirm 19 angesteuert.
Ein Testgenerator 20 liefert einen extern vorgebbaren Testvektor 21 , der im Umsetzer 14 den sensorabhängigen Grafikinstruktionen 13 überlagert wird. Dadurch erfahren beide die gleiche Signalverarbeitung im Grafikgenerator 16, und der entsprechend verarbeitete Testvektor 21 ist in den Videodaten 18 des Videobildes enthalten. Zweckmäßigerweise werden den zahlreichen sehr unterschiedlichen Funktionen der Grafikgenerierung ange- passte, also unterschiedliche Testvektoren 21 zugeordnet.
Allerdings soll eine Information aus dem Testvektor 21 auf dem Bildschirm 19 nicht erscheinen, um die tatsächlich interessierende visuelle Darbietung nicht zu stören. Die Testvektoren 21 können deshalb etwa auf nicht zur Darstellung benutzte, zumal unter
Einbaurahmen abgedeckte, Randbereiche des Bildschirms 19 gelegt werden. (Optimal ist die Funktionsüberwachung aber bei über das gesamte Videobild am Ausgang des Grafikgenerators 16 und dementsprechend über den gesamten Bildschirm 19 verteilten Testvektoren 21.) Um dessen visuelle Darstellung nicht zu stören, wird der aktuelle Test- vektor vor der Ansteuerung des Bildschirmes 19 aus den Videodaten 18 abgesondert.
Dazu ist, vor der Ansteuerung des Bildschirmes 19, für die Videodaten 18 eine so genannte dedizierende oder Zuordnungs-Logik 22 vorgesehen. Die ist in Kenntnis des aktuell eingespeisten Testvektors 21 dafür eingerichtet, die unter den Videodaten 18 enthaltenen Testvektoren 21' daraus auszusondern, so dass der Bildschirm 19 mit um die bloßen Testvektoren 21 ' bereinigten Videodaten 18' beaufschlagt wird, also nur auf Sensordaten 11 beruhende Bilder darbietet.
Der wie die Videodaten 18 graphisch verarbeitete aber daraus ausgesonderte Testvektor 21' wird in einem Komparator 23 unter Berücksichtigung der aktuellen Verarbeitungsvorgabe 24 aus dem Grafikgenerator 16 mit dem originär eingespeisten Testvektor 21 ver- glichen. Bei prinzipieller Übereinstimmung ist im Zuge der Grafikverarbeitung der Sensordaten 11 kein Fehler aufgetreten, und die bereinigten Videodaten 18' führen auf dem Bildschirm 19 zur korrekten Darstellung. Andernfalls wird vom Komparator 23 eine Fehlermeldung 25 ausgegeben, die z.B. eine Warnanzeige auf dem Bildschirm 19 auslöst oder direkt zum Umschalten auf ein Reservesystem zur Videobearbeitung von Sensor- daten 11 führt und im Übrigen in ein Störungsprotokoll 26 übernommen wird.
Im Blockschaltbild ist gestrichelt die Option angedeutet, den Testvektor 21 (zusätzlich oder überhaupt) schon weiter vorn vor dem Grafikgenerator 16 in den Signalfluss einzu- speisen, nämlich in den Datenprozessor 12 zur signalverarbeitungstechnischen Aufbereitung der angelieferten Sensordaten 1 1. Wenn die Gesetzmäßigkeiten dieser Vorverarbeitung für die Funktion des Komparators 23 berücksichtigt ist, wird dadurch nicht erst die Bildgenerierung überwacht, sondern schon die Vorverarbeitung der angelieferten Sensordaten 11 an die Bildgenerierung, weil de Testvektoren 21 wie im Grafikgenerator 16 auch schon im Datenprozessor 12 für die Vorverarbeitung der anstehenden kritischen Sensordaten 11 jeweils den gleichen Verarbeitungspfad durchlaufen, also gleichen etwaigen Fehlereinflüssen unterliegen.
Bezugszeichenliste
11 Sensordaten
12 Datenprozessor
13 Grafikinstruktionen
14 Umsetzer
15
16 Grafikgenerator
17
18 Videodaten
19 Bildschirm
20 Testgenerator
21 Testvektor
22 Zuordnungs-Logik
23 Komparator
24 Verarbeitungsvorgabe
25 Fehlermeldung
26 Störungsprotokoll

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Überwachen der Ansteuerung von visuellen Darstellungen auf einem Bildschirm mit über eine Grafikgenerierung aus Grafikinstruktionen oder Rohdaten gewonnenen Videodaten durch Vergleich von Ursprungsin- formationen mit den über die Grafikgenerierung gewonnenen Videodaten, dadurch gekennzeichnet, dass Testvektoren generiert und zusätzlich zu den Grafikinstruktionen in die Grafikgenerierung eingespeist sowie die daraus dann resultierenden Videodaten mit diesen Testvektoren verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlichen Funktionen der Grafikgenerierung unterschiedliche Testvektoren zugeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Testvektoren hervorgegangenen Videodaten daraus vor der Ansteuerung des Bildschirmes ausgesondert und dem Vergleich zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Testvektoren schon vor der Grafikgenerierung in die Datenvorverarbei- tung der Sensordaten eingespeist werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Testvektoren, die pseudostochastische Signalfolgen enthalten, mit den daraus hervorgehenden Videosignalen kreuzkorreliert werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Rohdaten um sicherheitsrelevante Daten, insbesondere Sensordaten, handelt.
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