WO2010010132A1 - Vorrichtung zur zustandsabhängigen ausgabe von klängen in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur zustandsabhängigen ausgabe von klängen in einem kraftfahrzeug Download PDF

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    • G10H2250/541—Details of musical waveform synthesis, i.e. audio waveshape processing from individual wavetable samples, independently of their origin or of the sound they represent
    • G10H2250/571—Waveform compression, adapted for music synthesisers, sound banks or wavetables
    • G10H2250/591—DPCM [delta pulse code modulation]

Definitions

  • the invention relates to a device for condition-dependent output of sounds in a motor vehicle, which is suitable for outputting sounds that are assigned to specific vehicle states and are each determinable from sound data stored in a memory unit arranged in the motor vehicle.
  • the solution according to the invention thus provides a signal format which minimizes the expenditure for storage and reproduction by a computer and at the same time enables a high-quality representation of the signal.
  • Typical storage formats for audio signals include the Wave format (also called “wav” for short) and the MPEG-1 Audio Layer 3 format ("mp3" for short).
  • the wav format usually stores a digitized audio signal in uncompressed form and, since it has no compression losses, is optimal in terms of sound quality. The reproduction is essentially by a simple digital-to-analog conversion and is therefore feasible by a computer unit with little effort.
  • the disadvantage is that the storage space requirement of this data format is considerable. In contrast, the storage space requirement of mp3 data is extremely low. Thanks to an elaborate compression algorithm, the sound quality is still acceptable even at a relatively high compression rate. The disadvantage here is that even the decoding of the mp3 data require a high computational effort.
  • Computing unit with a high performance required. This result in principle two possibilities. First, the arithmetic unit can be provided exclusively for the reproduction of sound files. It is obvious that a separate computing unit with a high performance for relatively rare warning signals is disproportionately expensive.
  • the second possibility is that a computer is provided for sound reproduction, which also performs other functions in parallel. In this case, it must be ensured that these possibly safety-relevant functions are not impaired by the high computation required for the reproduction of mp3 data. It would also be unfavorable if the playing of the sound files would be interrupted or even interrupted if the arithmetic unit were otherwise used. Such an interruption would be very conspicuous, and could give the user of the motor vehicle the impression that there is a malfunction.
  • a data format is provided according to the invention, which provides both the storage space requirement and the performance of the arithmetic unit only relatively small requirement and at the same time enables a high-quality sound reproduction.
  • the sound signals are stored in a format in which the digitization sites not the absolute values of the respective waveform are detected, but in each case the difference values to the signal value at the previous Digitmaschinesstelle.
  • This type of digitization is known in principle and is referred to as differential pulse code modulation (DPCM). Since the difference in signal values at two consecutive digitizing locations is generally less than the absolute values of the signals at these locations for typical audio signals, the storage of the differences can be done with a much smaller word width than would be required to store the absolute values (e.g. a 12-bit instead of a 16-bit word). As a result, the storage space required for storing the sounds can already be significantly reduced.
  • a further storage space saving can be achieved by logarithmizing the detected difference values before the storage.
  • large signal changes are in absolute terms less accurately resolved, as small signal changes, but this brings only small, barely perceptible loss of sound quality.
  • the psychoacoustic effect is exploited that the human ear at high amplitudes is less sensitive to disturbances (quantization errors) than at low amplitudes.
  • the decoding of such a stored signal does not require a particularly high computational effort and RAM memory requirements and therefore only a small processor loads a simple processor.
  • the arithmetic unit can therefore be provided parallel to the realization of other functions without further ado. It is also advantageous if the sound files are present in several sets that have different sound characteristics. These sound characteristics, for example, each subject to a common sound theme, so that the vehicle user can choose the soundset most appropriate to his personal taste.
  • the sound sets are stored in a rewritable memory, so that existing sound sets are, if necessary, interchangeable with new sets of sounds, resulting in more choices for the vehicle user. It proves to be particularly advantageous that each individual sound file occupies only relatively little space, so that even a number of sound sets, each consisting of several sound files can be stored with a reasonable effort in a memory.
  • the replacement or addition of sound sets for example, by adding an external
  • Figure 1 is a schematic diagram of the device
  • Figure 2 is a signal diagram.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of the device.
  • the device has a sound memory (KS), which can be designed as a cost-effective flash memory.
  • KS sound memory
  • the user of the Motor vehicle can choose from a set of sound files according to his personal preferences (AW) and actively switch.
  • AW personal preferences
  • the user has the ability to load sound files as a download (DL) from an external data source via a microcomputer (MC) in the rewritable sound memory (KS), and so adjust the sound sets in addition to their own taste.
  • DL download
  • MC microcomputer
  • KS rewritable sound memory
  • a computing unit such as a microcomputer (MC)
  • the sound data to a digital-to-analog converter (DAC) is made audible its analog output signal from an amplifier (AMP) and an associated speaker (LS) becomes.
  • MC microcomputer
  • DAC digital-to-analog converter
  • the playing of the sounds causes the arithmetic unit (MC) in dependence on states which are detected by the arithmetic unit (MC), such as the position of control switches or operating elements (BE). Furthermore, other control devices within the vehicle can influence the playback, such as the parking aid.
  • MC arithmetic unit
  • BE operating elements
  • the arithmetic unit (MC) is also intended to perform functions that are triggered by the controls (BE).
  • the device can for example be used advantageously in a steering column module in which various switches, in particular steering column switch, but also a steering angle sensor can form operating elements whose output signals are processed by the arithmetic unit (MC).
  • Playing sound files is thus one of several tasks performed by the arithmetic unit (MC).
  • a negative influence on the arithmetic unit (MC) with regard to other tasks is avoided by the fact that the sound files in the sound memory (KS) in a Data format are stored, which requires only a small portion of their possible processing power when playing the arithmetic unit (MC).
  • PCM Pulse Code Modulation
  • DPCM Differential Pulse Code Modulation

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Abstract

Beschrieben wird ein Vorrichtung zur zustandsabhängigen Ausgabe von Klängen in einem Kraftfahrzeug, welche geeignet ist zur Ausgabe von Klängen, die bestimmten Fahrzeugzuständen zugeordnet sind und jeweils bestimmbar sind aus Klangdaten, welche in einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Speichereinheit gespeichert sind, wobei die Klänge als differentielle, logarithmisch codierte Signale gespeichert sind.

Description

Vorrichtung zur zustandsabhängigen Ausgabe von Klängen in einem
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zustandsabhängigen Ausgabe von Klängen in einem Kraftfahrzeug, welche geeignet ist zur Ausgabe von Klängen, die bestimmten Fahrzeugzuständen zugeordnet sind und jeweils bestimmbar sind aus Klangdaten, welche in einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Speichereinheit gespeichert sind.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 025 090 A1 bekannt. Das Dokument beschreibt insbesondere, wie Klänge oder Klangfolgen an einen Benutzer anpassbar sind, indem Klangdaten, etwa durch eine externe Recheneinheit veränderbar sind.
Vorrichtungen zur akustischen Signalisierung von Abläufen und/oder
Zuständen in einem Kraftfahrzeug sind seit langem bekannt. Beginnend mit dem Blinkgeberrelais, das seinen Betrieb mit Klickgeräuschen signalisiert über den Summer, der beim Verlassen des Fahrzeugs an die noch eingeschaltete Beleuchtung erinnert, wurden die Signalisierungen immer umfangreicher und aufwendiger und, bedingt durch den Einsatz von Elektronik auch qualitativ immer hochwertiger. In modernen Kraftfahrzeugen signalisieren verschiedene Warntöne beim Losfahren einen nicht angelegten Sicherheitsgurt, eine nicht gelöste Handbremse, nicht vollständig geschlossene Fahrzeugtüren und vieles andere mehr.
In der DE 10 2005 025 090 A1 wird vorgeschlagen, Klangfolgen, also etwa Geräusche, Melodien oder realitätsnahe Klangsignale an die zu signalisierenden Funktionen sowie an die Vorlieben des Anwenders anpassbar zu gestalten. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Klänge als digitale Klangdaten, die durch eine Recheneinheit wiedergegeben werden können, in einer Speichereinheit abgespeichert vorliegen und daher relativ leicht veränderbar sind.
Auch wenn Rechen- und Speichereinheiten mittlerweile recht günstig erhältlich sind, stellt sich dennoch die Aufgabe, eine derartige Vorrichtung möglichst einfach und kostengünstig auszuführen wobei gleichzeitig eine hohe Klangqualität der Klangfolgen erreicht werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Klänge als differentielle, logarithmisch codierte Signale gespeichert sind.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht damit ein Signalformat vor, welches den Aufwand zur Speicherung und zur Wiedergabe durch eine Recheneinheit minimiert und zugleich ein hochqualitative Darstellung des Signals ermöglicht.
Übliche Speicherformate für Audiosignale sind beispielsweise das Wave- Format (auch kurz "wav") und das MPEG-1 Audio Layer 3-Format (kurz "mp3"). Das wav-Format speichert zumeist ein digitalisiertes Audiosignal in unkomprimierter Form und ist, da es keine Komprimierungsverluste aufweist, hinsichtlich der Klangqualität optimal. Die Wiedergabe erfolgt im wesentlichen durch eine einfache Digital-Analog-Wandlung und ist daher durch eine Recheneinheit mit nur geringem Aufwand durchführbar. Nachteilig ist aber, dass der Speicherplatzbedarf dieses Datenformats beträchtlich ist. Im Gegensatz dazu ist der Speicherplatzbedarf von mp3-Daten äußerst gering. Durch einen aufwendigen Kompressionsalgorithmus bleibt die Klangqualität auch bei einer relativ hohen Kompressionsrate noch gut bist akzeptabel. Nachteilig hierbei ist, dass auch die Decodierung der mp3-Daten einen hohen Rechenaufwand erfordern.
Zur Wiedergabe einer Klangdatei im mp3-Format wird somit eine
Recheneinheit mit einem hohen Leistungsvermögen benötigt. Hierbei ergeben sich prinzipiell zwei Möglichkeiten. Erstens kann die Recheneinheit ausschließlich zur Wiedergabe von Klangdateien vorgesehen sein. Es liegt auf der Hand, dass eine eigene Recheneinheit mit einem hohen Leistungsvermögen für vergleichsweise selten auftretende Warnsignale unverhältnismäßig aufwendig ist.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass zur Klangwiedergabe eine Recheneinheit vorgesehen ist, die parallel auch andere Funktionen ausführt. In diesem Fall ist sicherzustellen, dass diese, möglicherweise sicherheitsrelevanten Funktionen nicht durch den hohen Rechenaufwand, den die Wiedergabe von mp3-Daten erfordert, beeinträchtigt wird. Ebenfalls ungünstig wäre es, wenn das Abspielen der Klangdateien bei anderweitiger Auslastung der Recheneinheit unterbrochen oder gar abgebrochen würde. Eine solche Unterbrechung wäre sehr auffällig, und könnte dem Benutzer des Kraftfahrzeug den Eindruck geben, dass eine Fehlfunktion vorliegt.
Hieraus ergibt sich, dass die Verwendung aufwendig komprimierter Audiodatenformate eine besonders leistungsfähige und teure Recheneinheit erfordert.
Um den Bedarf an Speicherplatz und Rechenleistung gering zu halten, bleibt noch die Möglichkeit, als Warntöne sehr einfache Klänge zu verwenden oder komplexe Klänge, die nach einem einfachen Verfahren stark komprimiert sind. Die Wiedergabe derartiger Klänge kann billig oder sogar unangenehm klingen und kann daher die Wertigkeit moderner Kraftfahrzeuge nicht unterstreichen.
Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß ein Datenformat vorgesehen, welches sowohl an den Speicherplatzbedarf als auch an die Leistungsfähigkeit der Recheneinheit nur relativ geringe Anforderung stellt und gleichzeitig eine hochqualitative Klangwiedergabe ermöglicht. Die Klangsignale sind in einem Format gespeichert, bei dem an den Digitalisierungsstellen nicht die Absolutwerte des jeweiligen Signalverlaufs erfasst sind, sondern jeweils die Differenzwerte zum Signalwert an der vorherigen Digitalisierungsstelle. Diese Digitalisierungsart ist grundsätzlich bekannt und wird als differentielle Pulscodemodulation (DPCM) bezeichnet. Da die Differenz der Signalwerte an zwei aufeinanderfolgenden Digitalisierungsstellen im allgemeinen für typische Audiosignale geringer ist als die Absolutwerte der Signale an diesen Stellen, kann die Speicherung der Differenzen mit einer weitaus geringeren Wortbreite erfolgen, als zur Speicherung der Absolutwerte erforderlich wäre (z. B. als ein 12-bit- statt eines 16-bit-Wort). Hierdurch kann der zur Speicherung der Klänge erforderliche Speicherplatz bereits erheblich reduziert werden.
Eine weitere Speicherplatzeinsparung kann dadurch erreicht werden, dass die erfassten Differenzwerte vor dem Abspeichern logarithmiert werden. Hierdurch werden große Signaländerungen absolut gesehen weniger genau aufgelöst, als kleine Signaländerungen, was aber nur geringe, kaum wahrnehmbare Einbußen der Klangqualität mit sich bringt. Hier wird der psychoakustische Effekt ausgenutzt, dass das menschliche Ohr bei hohen Amplituden weniger empfindlich für Störungen (Quantisierungsfehler) ist als bei kleinen Amplituden.
Durch das genannte Verfahren ist es möglich, die zu speichernde Datenmenge beispielsweise zu halbieren (Kompressionsverhältnis 1 :2).
Vorteilhaft ist, dass die Dekodierung eines derart abgespeicherten Signals keinen besonders hohen Rechenaufwand sowie RAM-Speicherbedarf erfordert und daher auch einen einfachen Prozessor nur wenig belastet. Die Recheneinheit kann daher ohne weiteres parallel zur Realisierung weiterer Funktionen vorgesehen sein. Vorteilhaft ist auch, wenn die Klangdateien in mehreren Sets vorliegen, die unterschiedliche Klangcharakteristiken aufweisen. Diese Klangcharakteristiken können beispielsweise jeweils einem gemeinsamen Klangthema unterliegen, so dass sich der Fahrzeugbenutzer das seinem persönlichen Geschmack am meisten entsprechende Klangset auswählen kann.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Klangsets, zumindest teilweise, in einem wiederbeschreibbaren Speicher abgelegt sind, so dass vorhandene Klangsets bedarfsweise gegen neue Klangsets austauschbar sind, wodurch sich weitere Auswahlmöglichkeiten für den Fahrzeugbenutzer ergeben. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass jede einzelne Klangdatei nur relativ wenig Speicherplatz belegt, so dass auch eine Anzahl von Klangsets, die jeweils aus mehreren Klangdateien bestehen mit einem vertretbaren Aufwand in einem Speicher abgelegt sein können. Das Austauschen oder Hinzufügen von Klangsets kann beispielsweise durch Anfügen eines externen
Speichermediums erfolgen oder auch durch einen drahtlosen Download von Klangdateien.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen
Figur 1 eine Prinzipskizze der Vorrichtung, Figur 2 ein Signaldiagramm.
Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau der Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Klangspeicher (KS) auf, der als ein kostengünstiger Flash- Speicher ausgeführt sein kann. In dem Klangspeicher sind mehrere Sets von Klangdateien mit jeweils unterschiedlichen Charakteristiken (z. B. klassisch, modern, futuristisch, naturnah) abgespeichert. Der Benutzer des Kraftfahrzeugs kann sich daraus ein Set von Klangdateien nach seinen persönlichen Vorlieben auswählen (AW) und aktiv schalten. Darüber hinaus hat der Benutzer die Möglichkeit, Klangdateien als Download (DL) von einer externen Datenquelle über einen Mikrocomputer (MC) in den wiederbeschreibbaren Klangspeicher (KS) zu laden, und so die Klangsets zusätzlich an den eigenen Geschmack anzupassen.
Das Abspielen der Klangdaten erfolgt über eine Recheneinheit, etwa durch einen Mikrocomputer (MC), der Klangdaten an einen Digital-Analog-Wandler (DAC) gibt, dessen analoges Ausgangssignal von einem Verstärker (AMP) und einen damit verbundenen Lautsprecher (LS) hörbar gemacht wird.
Das Abspielen der Klänge veranlasst die Recheneinheit (MC) in Abhängigkeit von Zuständen, die von der Recheneinheit (MC) erfasst werden, wie etwa der Stellung von Kontrollschaltern oder von Bedienelementen (BE). Weiterhin können auch andere Steuergeräte innerhalb des Fahrzeugs Einfluss auf das Abspielen haben wie zum Beispiel die Einparkhilfe.
Neben dem Abspielen von Klängen ist die Recheneinheit (MC) darüber hinaus dazu vorgesehen, Funktionen auszuführen, die durch die Bedienelemente (BE) ausgelöst werden. Die Vorrichtung kann beispielsweise vorteilhaft in einem Lenksäulenmodul verwendet werden, in dem verschiedene Schalter, insbesondere Lenkstockschalter, aber auch ein Lenkwinkelsensor Bedienelemente bilden können, deren Ausgangssignale von der Recheneinheit (MC) verarbeitet werden.
Das Abspielen von Klangdateien ist somit eine von mehreren Aufgaben, die von der Recheneinheit (MC) ausgeführt werden. Eine negative Beeinflussung der Recheneinheit (MC) hinsichtlich anderer Aufgaben wird dadurch vermieden, dass die Klangdateien in dem Klangspeicher (KS) in einem Datenformat abgelegt sind, welches beim Abspielen der Recheneinheit (MC) nur einen geringen Anteil ihrer möglichen Rechenleistung abverlangt.
Dieses Datenformat ist in der Figur 2 skizziert. Zur Verdeutlichung ist hier vereinfachend angenommen, der wiederzugebene Klang sei durch eine einfache Sinuskurve darstellbar. Eine Digitalisierung durch Pulscodemodulation (PCM) ermittelt in regelmäßigen Abständen den Wert des Kurvenverlaufs und legt diese Werte als Binärdaten in einem Speicher ab.
Bei der hier verwendeten Vorrichtung sind Klangdateien abgespeichert, die nicht die absoluten Werte der Kurve enthalten, sondern jeweils die Differenzwerte zwischen jeweils zwei Digitalisierungsstellen. Ein solches Digitalisierungsverfahren ist als differentielle Pulscodemodulation (DPCM) bekannt. Wie aus der Figur 2 hervorgeht sind die Differenzen deutlich kleiner als die Absolutwerte der Pulscodemodulation (PCM), so dass hier kleinere Werte anfallen, die als Binärdaten deutlich weniger Speicherplatz belegen.
Eine weitere Verkleinerung der Werte und damit eine weitere Speicherplatzersparnis wird durch eine, in der Figur nicht dargestellte, Logarithmierung der DPCM-Daten vor dem Abspeichern erreicht. Hierdurch werden kleiner Signaländerungen höher aufgelöst als große Signaländerungen, was eine deutlicher Datenreduktion ermöglicht.
Vorteilhaft ist, dass zur Wiedergabe der Klangdatei diese Datenkompression mit einem geringen Rechenaufwand rückgängig gemacht werden kann, wobei die dadurch bedingte Verringerung der Klangqualität in den meisten Fällen noch unterhalb der Wahrnehmungsschwelle bleibt. Bezugszeichen
AMP Verstärker
AW Auswahl BE Bedienelemente
DAC Digital Analog-Wandler
DL Download
DPCM differentielle Pulscodemodulation
KS Klangspeicher LS Lautsprecher
MC Recheneinheit (Mikrocomputer)
PCM Pulscodemodulation

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur zustandsabhängigen Ausgabe von Klängen in einem Kraftfahrzeug, welche geeignet ist zur Ausgabe von Klängen, die bestimmten Fahrzeugzuständen zugeordnet sind und jeweils bestimmbar sind aus Klangdaten, welche in einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Speichereinheit gespeichert sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klänge als differentielle, logarithmisch codierte Signale gespeichert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere generierbaren Klänge jeweils zu einem Klangset mit jeweils einer eigenen Klangcharakteristik zusammengefasst sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Klangset durch einen Benutzer zur Verwendung ausgewählt werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Klangset in einem wiederbeschreibbaren Speicher (KS) abgelegt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem wiederbeschreibbaren Speicher (KS) abgelegte Klangset gegen ein anderes Klangset austauschbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wiederbeschreibbare Speicher (KS) als ein Flashspeicher ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (MC) Signale von Bedienelemente (BE) erfasst und verarbeitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zu einem Lenksäulenmodul gehört.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksäulenmodul Bedienelemente und eine Elektronik aufweist und dass die Vorrichtung und die Elektronik gemeinsame Komponenten aufweist, zu denen zumindest die Recheneinheit (MC) gehört.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dass die Vorrichtung vollständig in das Gehäuse des Lenksäulenmoduls integriert ist.
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