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Pixelgenaue Testwerkzeuge


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Videodaten aufzeichnen und visualisieren

Einmal in Betrieb, liefern die Videokomponenten Daten in Form von Videodaten (siehe: Was sind Videodaten?). Die einfachste Validierung ist die Visualisierung der Videodaten auf einem Monitor oder die Aufzeichnung der Videodaten als Bild oder Videodatei. Diese Analysemöglichkeiten waren mit den Evaluierungskits noch undenkbar. Sie können nun aber mit neu entwickelten Framegrabbern durchgeführt werden. Für die Aufzeichnung stehen komprimierte und unkomprimierte Verfahren zur Verfügung, je nachdem, ob Pixelpräzision oder Speichereffizienz benötigt werden. Der Framegrabber FG0014 wurde für die Analyse von Videodaten von automobilen Kameras entwickelt. Er übernimmt die Initialisierung und die Stromversorgung der Kamera, was Zeit spart und reproduzierbare Messungen vereinfacht. Ein Anwendungsbeispiel für den Framegrabber ist in Bild 3 gezeigt.

Pixelgenaue Validierung der Videodaten einer Rückfahrkamera mit dem Framegrabber FG0014. Initialisierung und Stromversorgung der Kamera übernimmt das Testgerät
Bild 3. Pixelgenaue Validierung der Videodaten einer Rückfahrkamera mit dem Framegrabber FG0014. Initialisierung und Stromversorgung der Kamera übernimmt das Testgerät, sodass sich die Zeit für die Inbetriebnahme der Kamera auf wenige Minuten reduziert
© TZ Electronic Systems

Sollen Videodaten auf einem Monitor sichtbar gemacht werden, sind Video Converter wie der VC0113 einsetzbar. Dieser Video Converter übernimmt die Konvertierung von der SerDes-Technologie zu einer Konsumerelektronik-Schnittstelle (z.B. DVI, HDMI oder Displayport). Damit lassen sich die Automotive-Videodaten auf einem handelsüblichen Monitor darstellen. Sind die Videodaten einmal sichtbar, werden viele Fehler mit dem bloßen Auge erkannt und sind damit einfach und präzise für die Fehlerbeschreibung verbalisierbar oder lassen sich mit einem Foto oder einer Aufnahme mit dem Framegrabber belegen.

Was sind Videodaten?
Die kleinste Einheit zur Darstellung von Bildinhalten auf einem Display sind Pixel. Sie sind bezüglich Helligkeit und Farbe schaltbar. Die Farb- und Helligkeitswerte für ein Pixel werden in einer zentralen Recheneinheit, zum Beispiel einem Grafikprozessor, erstellt und an das Display übertragen. Für bewegte Inhalte werden pro Sekunde in den meisten Fällen 50 oder 60 Bilder erzeugt und auf dem Display angezeigt. Als Videodaten wird die Gesamtheit dieser, sich über der Zeit veränderlichen, Pixeldaten bezeichnet.

 

Pixelgenaue Validierung

Die hohe Bandbreite der Videodaten ist nicht nur für die Videoarchitektur im Fahrzeug eine technische Herausforderung, sondern auch für die Messtechnik. In vielen Fällen wird zur Kostenreduktion die Bandbreite reduziert. Dafür sind verlustbehaftete Methoden üblich wie Reduktion der Bild- oder Farbauflösung, Kompression oder Farbunterabtastung. Durch diese Reduktion lässt sich zwar das Bild als Ganzes noch analysieren, jedoch wird die Information auf der Pixelebene verfälscht. Für sicherheitskritische Systeme, wie sie beim automatisierten Fahren eingesetzt werden, oder bei hohen Qualitätsansprüchen muss eine präzise Analyse pro Pixel möglich sein. Und das ist nur bei unkomprimierter Datenverarbeitung möglich.

Bei Bildinhalten sind Designsprache und Sicherheit eng verbunden, denn Inhalte müssen nicht nur ansprechend aussehen, sondern auch bei unterschiedlichen Lichtbedingungen gut ablesbar sein. Darüber geben die RGB-Werte in den Videodaten Aufschluss. Dafür werden Videodaten mit Framegrabbern aufgezeichnet, analysiert und mit den Spezifikationsvorgaben verglichen. Oft zeigt sich dabei, dass für schwarz oder weiß gar nicht der minimale bzw. maximale RGB-Wert verwendet wird. Damit sinkt die wahrgenommene Displayqualität, der intendierte Designeindruck geht verloren und die Ablesbarkeit ist durch zu geringen Kontrast nicht sichergestellt.
Im Gegenzug zur pixelgenauen Analyse müssen die Testgeräte einer Videokette auch pixelgenau Inhalte erzeugen können. Sie werden z.B. in die Eingänge von Head Units zur Funktionsüberprüfung gespielt oder werden zur Display- und Designvalidierung (z.B. in Messaufbauten oder Sitzkisten) verwendet. Der Videoconverter VC0043 übernimmt dabei die Konvertierung der Videodaten vom PC zur SerDes-Technologie und ermöglicht auch ein paralleles Testen der Seitenbandkommunikation für Funktionen wie Touchbedienung oder Haptik. Diese Tests können prinzipiell auch mit Evaluierungskits durchgeführt werden, jedoch ist der Aufwand dafür recht hoch.

Brücke zwischen Bildquelle und -senke

In den vielen Testfällen sind Videoquelle und Videosenke nicht direkt kompatibel zueinander. Es werden unterschiedliche Schnittstellen, Auflösungen oder Farbräume (z.B. YUV, RAW) verwendet oder es soll eine Entzerrung, Skalierung oder ein entsprechender Bildausschnitt verwendet werden. Mit einem integrierten Bildprozessor können Testwerkzeuge für die Videokette die Verbindung zwischen Komponenten über die Grenzen von Steckern, Kabeln, Schnittstellen, Farbräumen etc. hinweg ermöglichen. Solche Testwerkzeuge bieten neue und bisher nicht mögliche Tests der Komponenten bei verbesserten Reproduktionsbedingungen. Auch spezialisierte Varianten der Videoübertragung, die nur für Nischenanwendungen entwickelt werden, können getestet werden.

Remote Testing von Videokomponenten. Mit einer Signal Processing Unit SPU0080 lässt sich ein Videosignal von einer automobilen Kamera in die Cloud streamen
Bild 4. Remote Testing von Videokomponenten. Mit einer Signal Processing Unit SPU0080 lässt sich ein Videosignal von einer automobilen Kamera in die Cloud streamen.
© TZ Electronic Systems

Sind die Herausforderungen der physikalischen und logischen Verbindung gemeistert, sollen die Tests der Komponenten durch Teams in verschiedenen Zeitzonen – im Optimalfall 24 Stunden pro Tag – durchgeführt werden. Durch die flexible Lösung in der Signal Processing Unit SPU0080 lässt sich das Videosignal von einer Kamera per Ethernet an eine Cloud-Testing-Plattform anbinden (Bild 4) und ermöglicht so das Testen der Komponente an beliebigen Orten auf der Welt. Ganz nebenbei lassen sich damit auch Homeoffice-Arbeitsplätze deutlich aufwerten.

Werkzeuge für schnelleres entwicklungsbegleitendes Testen

Testzeit soll nicht nur die grundlegende Funktionstüchtigkeit und Sicherheit des Videosystem sicherstellen, sondern wird auch als Investition in das Kundenerlebnis verstanden. Dafür müssen technische Fehler und ihre Ursachen effizient und präzise identifiziert werden, um eine exakte Fehlerbeschreibung zu erstellen. Die Reproduktion des Fehlerfalls ist eine Grundvoraussetzung für eine gesicherte Fehlerbehebung. Nur so lassen sich geänderte Implementierungen auf Fehlerfreiheit sicher verifizieren. Mit entsprechenden Testwerkzeugen von TZ Electronic Systems für die Videokette werden Entwicklung, Diagnose und Verifikation erheblich beschleunigt und das entwickelte System wird für alle Teilnehmenden technisch transparenter.

Analyse und Fehlersuche direkt im Testfahrzeug, pparallel und minimalinvasiv zum Kundenerlebnis
Bild 5. Analyse und Fehlersuche direkt im Testfahrzeug, parallel und minimalinvasiv zum Kundenerlebnis. Über den Signal Sniffer SIS0040 lassen sich Datenlogger oder Messcomputer in die Videokette integrieren.
© TZ Electronic Systems

Eine Signal-Sniffer-Serie wurde für den Einsatz in Entwicklungsfahrzeugen entwickelt. Das Modell SIS0040 ermöglicht beispielsweise eine Aufzeichnung der Daten auf dem Automotive Video Link parallel zur Kundenapplikation im Fahrzeug. Ein Anwendungsbeispiel zeigt Bild 5. Dadurch lassen sich auch Fehler aufspüren und analysieren, die nur im Fahrzeug reproduzierbar sind. Dies führt zu kürzeren Entwicklungszeiten, Kostenreduktion und gesteigerter Qualität für den Kunden, da mehr Zeit für kundenrelevante Tests und Optimierungen bleibt.

 

 

Die Autoren

 

 

Jan Bauer von TZ-Electronic-Systems.
Jan Bauer von TZ Electronic Systems
© TZ Electronic Systems

Prof. Dr.-Ing. Jan Bauer

ist seit 2019 Senior Vice President für Innovation & Strategy bei TZ Electronic Systems. Nach der Promotion am Lichttechnischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) war er bei Mercedes-Benz für die Hochgeschwindigkeits-Video- und Datenverbindungsarchitektur verantwortlich. Dort gründete und leitete er die Forschungsgruppe für Videosicherheit. 2019 folgte die Berufung zum Professor für Signal- und Bildverarbeitung an die Hochschule Karlsruhe.

Andreas Hudak von TZ Electronic Systems
Andreas Hudak von TZ Electronic Systems.
© TZ Electronic Systems

Andreas Hudak

ist CEO von TZ Electronic Systems. Er gründete das Unternehmen im Jahr 2007 parallel zum Studium der technischen Informatik und Embedded Systems an der Hochschule Pforzheim. Neben der Unternehmensleitung beschäftigt er sich ganzheitlich mit dem Thema Videoübertragung und Videosysteme, um neue Tests für Videosysteme zu entwickeln, die im Bereich des gerade noch technisch Möglichen liegen.


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