ВИДЕОИНТЕРФЕЙС ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ:
Полезная модель относится к устройствам для передачи информации, ее визуализации на приборной панели транспортного средства в форме видеосигнала, а также для подключения к штатным системам транспортного средства устройств, установка которых изначально не предусмотрена конфигурацией автомобиля.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ:
Ближайшим аналогом полезной модели является устройство, широко известное в силу его продвижения в коммерческих целях в сети «Интернет» по ссылке:
https://www.amazon.com/Video-Interface-HDMI-BMW-F01/dp/В01МRSXTIR/ref=pd_ sbs_107_2?_encoding=UTF8&pd_rd_i=B01MRSXTIR&pd_rd_r=967b638e-867e-11e8-aafc-
3933c5359799&pd_rd_w=V7zPw&pd_rd_wg=kgw5b&pf_rd_i=desktop-dp-
sims&pf_rd_m=ATVPDKIKX0DER&pf_rd_p=5825442648805390339&pf_rd_r=T241PJK14223JWRXWD74&pf_rd_s=desktop-dp-
sims&pf_rd_t=40701&psc=l&refRID=T241PJK14223JWRXWD74
Ранее известное устройство представляет собой видеоинтерфейс - прибор, предназначенный для установки в автомобиль посредством подключения к его штатным системам. Устройство предоставляет возможность подключить к автомобилю не предусмотренные изготовителем устройства, такие как: камеры переднего, заднего, кругового обзора, TV-приставки, проигрыватели компакт-дисков, навигационные устройства, планшетные компьютеры и другие. При этом управление установленными сторонними устройствами может быть выведено как на штатные, так и сторонние органы управления автомобилем.
Недостатками ранее известного аналога являются:
наличие только одного порта LVDS «вход-выход», отвечающего за обмен данными видеосигнала с устройств обзора (камер различного вида), а также подключение его к штатным системам автомобиля по бытовому (неэкранированному) восьмиконтактному разъему, что в совокупности может вызывать помехи в работе устройства по причине одновременного использования для ввода-вывода данных одного канала, не обладающего достаточной степени защищенности;
отсутствие аппаратной и программной поддержки устройств геолокации, работающих с навигационной системой ГЛОНАСС;
отсутствие аппаратной и программной поддержки русского языка интерфейса управления бортовыми системами автомобиля, включая подсказки при маневрировании с помощью камер переднего, заднего, кругового обзора автомобиля.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:
Задачей полезной модели является устранение недостатков, присущих ранее известному аналогу.
Техническим результатом полезной модели является повышение и стабилизация качества выводимого видеосигнала, возможность подключения к штатным системам автомобиля любых внешних устройств (в том числе, мультимедийных устройств, сетевых, беспроводных устройств, устройств сотовой связи, навигационных и геолокационных устройств, съемных носителей информации) с возможностью чтения их содержимого, а также аппаратная поддержка русского языка, в отличие от ранее известного аналога, что позволяет облегчить интеграцию полезной модели в автомобили, выпущенные для российского рынка.
Технический результат достигается за счет того, что модуль коммутации и преобразования видеосигнала (9) имеет два отдельных порта формата LVDS, по одному на «вход» и «выход», а прием и обработка входящих/исходящих данных по которым осуществляются благодаря высокопроизводительному микроконтроллеру (9а), Ethernet-приемопередатчику (9б), 4-портовому управляемому Ethernet-коммутатору с двумя МАС-адресами (9в), двум высокоскоростным SerDes (Serializer/Deserializer) блокам форматов APIX2 (9г) и APIX3 (9д), а также модулю обработки видеосигнала формата HDMI с поддержкой HDCP (9е), что обеспечивает стабильность видеосигнала и отсутствие помех при выводе его на штатное или стороннее средство визуализации видеосигнала (экран, планшетного компьютера и т.д.).
Возможность поддержки навигационных систем, использующих ГЛОНАСС, достигается благодаря наличию гибридного модуля приема и обработки данных геолокации (5), работающего как в режиме GPS, так и ГЛОНАСС, а также наличию специализированных АТ-команд, воспринимаемых модулем связи 3G/4G/GPS (4), позволяющих управлять GPS/ГЛОНАСС и осуществлять считывание данных, работу в режиме A-GNSS (Assisted Global Navigation Satellite Systems), при этом взаимодействие модулей и GPS/ГЛОНАСС организовано по DDC (Display Data Channel)-интерфейсу.
Аппаратная поддержка русского языка и, как следствие, упрощение интеграции полезной модели в системы автомобиля достигается за счет архитектуры центрального модуля управления (18), изначально разработанного по стандартам, предусматривающим поддержку программного обеспечения, использующего кириллицу.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:
Полезная модель включает в себя установленную в корпус одну или несколько печатных плат с размещенными на них устройством ввода информации (1), модулем беспроводного подключения Wi-Fi и Bluetooth (2), модулем громкой связи (3), модулем связи 3G/4G/GSM (4), модулем приема и обработки данных геолокации (5), модулем подключения периферийных устройств по USB (6), модулем подключения SD-карт (7), модулем управления устройствами через инфракрасный порт (8), модулем коммутации и преобразования видеосигнала (9), модулем взаимодействия с дополнительными устройствами (10), модулем подключения к шине данных (11), модулем подключения сенсорного управления (12), модулем обработки видеосигнала форматов RGB\Digital RGB\LVDS (13), модулем установки навигационной системы (13а), модулем обработки видеосигнала формата CVBS и стерео-аудиосигнала (14), модулем обработки видеосигнала формата HDMI (15), модулем программирования и обновления программного обеспечения (16), модулем коммутации и преобразования аудиосигнала (17), центральным модулем управления (18).
Устройство ввода информации (1) служит для подключения и приема данных устройств управления электронными системами автомобиля, таких, как джойстики, сенсорные панели (тачпады), емкостные и резистивные дисплеи и другие.
Модуль подключения Wi-Fi и Bluetooth (2) содержит приемопередатчики Wi-Fi и Bluetooth и предназначен для подключения устройств посредством беспроводного соединения по стандартам IEEE 802.15.2 и IEEE 802.11b/g/n/e соответственно. Например, подключение по Wi-Fi используется для передачи Интернет-трафика в видеоинтерфейс с подключенным навигационным блоком или отдельно подключенным навигационным устройством. Приемопередатчик Bluetooth, в свою очередь, предназначен для передачи звука в навигационную систему автомобиля, в том числе использования системы Hand-Free с подключаемыми к автомобилю устройствами связи, подключения беспроводных наушников, а также синхронизации иных устройств, имеющих техническую возможность подключения по технологии Bluetooth. Приемопередатчик Wi-Fi совместим со стандартом IEEE 802.11n, что обеспечивает беспроводную скорость приема-передачи данных до 150 Мбит/с, а также обратно совместим со стандартом IEEE 802.11g для обеспечения скорости передачи до 54 Мбит/с. Поддерживает беспроводную авторизацию данных и шифрование с 64/128-bit WEP, WPA, WPA2, TKIP, AES, 802.1X и стандарты ССХ (CISCO) для систем безопасности беспроводных сетей, а также поддерживает стандарт IEEE 802.11e с протоколами WMM QOS (Wi-Fi Multimedia Quality of Service) и PS WMM (Power-Saving Wi-Fi Multimedia) для большого количества мультимедийных приложений. Приемопередатчик Bluetooth совместим со спецификацией Bluetooth версии 2.1, обратно совместим с версиями 1.1, 1.2, 2.0, поддерживает функцию EDR (улучшенной скорости передачи данных), AFH (адаптивная скачкообразная передача частоты), протоколы подключения SCO, eSCO.
Модуль громкой связи (3) представляет собой электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в электрический сигнал, предназначен для приема голосовых сообщений от человека. При этом может применяться как заводской микрофон автомобиля, так и дополнительно установленный микрофон. С помощью модуля громкой связи (3) в совокупности с модулем подключения Wi-Fi и Bluetooth (2) реализуется функция «свободные руки» (Hands-Free), то есть общение посредством устройства связи (мобильного телефона, смартфона, планшетного компьютера и т.д.) происходит при использовании микрофона и выносного на приборную панель динамика, либо штатной акустической системы автомобиля. Используется для соединения беспроводной гарнитуры (headset), устройства связи и штатных систем автомобиля. Поддерживает минимальный набор АТ-команд спецификации GSM 07.07 для обеспечения возможности совершать звонки, отвечать на звонки, завершать звонок, настраивать громкость. Передает монозвук в одном канале, а в случае аппаратной поддержки подключаемой сторонней гарнитуры - в стереозвуке. Через профиль «Headset», при наличии в подключаемом устройстве Bluetooth 1.2 и выше, имеется возможность выводить на гарнитуру все звуковое сопровождение работы устройства связи, в том числе прослушивать на гарнитуре либо посредством штатных акустических систем автомобиля все сигналы подтверждения операций, аудиофайлы, мелодии звонка, звуковой ряд видеороликов.
Модуль связи 3G/4G/GSM (4) содержит приемопередатчик, использующий сети операторов мобильной связи для обмена информацией с другими устройствами, поддерживающими соответствующие стандарты связи, и поддерживающий подключение внешних устройств, использующих SIM-карты для осуществления функций связи посредством конкретного оператора (например, при помощи USB-модема). Модуль связи 3G/4G/GSM (4) поддерживает технологии передачи данных 3G (HSDPA, UMTS), EDGE, GPRS, GSM, скорость приема данных в сети 3G до 7,2 мегабит в секунду и при отправке данных до 5,76 мегабит в секунду, скорость приема данных в сетях EDGE/GPRS - до 236 килобит в секунду, скорость передачи данных в режиме HSDPA (направление «база» - «абонент») составляет 7,2 мегабит в секунду, в режиме HSUPA (направление «абонент» - « база») - 5,6 мегабит в секунду.
Модуль приема и обработки данных геолокации (5) предназначен для приема координат геопозиции (GPS-координат) от различных спутниковых систем и передачи этих данных в навигационное устройство.
Модуль подключения периферийных устройств по USB (6) предназначен для подключения любых устройств, поддерживающих возможность подключения через порт Universal Serial Bus (USB, универсальная последовательная шина) с последующей реализацией функции обмена данными. К подключаемым устройствам могут относиться съемные накопители данных (flash-карты, жесткие диски, USB-переходники для карт памяти других форматов, USB-совместимые манипуляторы: клавиатуры, мыши и другие устройства). Модуль подключения периферийных устройств по USB (6) содержит в себе микроконтроллер, обеспечивающий аппаратную реализацию интерфейса USB и может работать в режимах USB-Host (позволяя считывать данные с USB-накопителей данных и других устройств) и USB-Slave (подключаться к ЭВМ и идентифицировать себя как любое USB-устройство, в зависимости от настроек). Микроконтроллер способен работать в режиме Full Speed USB 2.0, обеспечивая скорость передачи до 12 мегабит в секунду. В модуль встроена Flash-память с интерфейсом Serial Peripheral Interface (SPI) для реализации устройства Mass Storage Device. Программируются с персонального компьютера через интерфейс SPI-программатора.
Модуль подключения SD-карт (7) обеспечивает возможность прямого подключения к полезной модели соответствующего типа носителей информации с последующей возможностью обмена данными.
Модуль управления устройствами через инфракрасный порт (8) применяется для управления дополнительно подключенными устройствами при помощи инфракрасных команд, посылаемых модулем на ИК-приемник. Передача сигнала осуществляется излучением ИК-светодиода с соответствующей частотой модуляции.
Модуль коммутации и преобразования видеосигнала (9) состоит из транскодера и коммутатора видеосигнала, соединяет между собой внешние дополнительные источники изображения (камеры переднего, заднего, кругового обзора, TV-приставки, проигрыватели компакт-дисков, навигационные устройства, планшетные компьютеры и другие) и штатные системы автомобиля для последующего вывода изображения на штатное либо другое средство отображения информации на основе жидкокристаллического дисплея (например, приборная панель или дополнительно установленный монитор).
Модуль взаимодействия с дополнительными устройствами (10) обеспечивает аппаратную совместимость и отвечает за подключение к штатным системам автомобиля внешних устройств, обеспечивающих вывод и визуализацию видеосигнала, поступающего через модуль коммутации и преобразования видеосигнала (9).
Модуль подключения к шине данных (11) необходим соединения между собой подсистем передачи данных (шины данных) штатных систем автомобиля и шины данных полезной модели, с последующим считыванием параметров и передачей данных от полезной модели к системам подключенного автомобиля, при этом используются такие шины данных, как CAN, LIN, MOST, Ethernet, FlexRay и другие.
Модуль подключения сенсорного управления (12) применяется для подключения сенсорных панелей (стекол) для управления дополнительно подключенными к полезной модели устройствами. Сенсорные панели могут быть как встроены в монитор, так и подключаться отдельно с выносом за приборную панель автомобиля. Модуль подключения сенсорного управления (12) поддерживает как резистивные, так и емкостные сенсорные панели, имеет отдельный коннектор для каждого из типа сенсоров.
Модуль обработки видеосигнала форматов RGB/Digital RGB/LVDS (13) служит для преобразования в корректный формат с сохранением параметров (разрешение, качество, яркость, цвета) входящего сигнала от нештатных навигационных устройств, и отвечает за обработку и отображение в корректной форме данных геолокации со спутника, полученных модулем приема и обработки данных геолокации (5). Содержит от 2 до 4 модулей оперативной памяти (Rapid access memory, RAM) объемом от 512 до 2048 мегабайт, высокопроизводительный микропроцессор для обработки входящих данных, а также модуль постоянной памяти объемом до 16 гигабайт.
Модуль обработки видеосигнала формата CVBS и стерео-аудиосигнала (14) применяется для подключения любых источников видеосигнала формата CVBS (цифровые TV-тюнеры, проигрыватели дисков форматов CD-, DVD, BD-, камер, систем управления смартфонами и планшетными компьютерами с штатных система автомобиля - Mirrorlink, и и т.д.), в том числе с возможностью передачи звукового сигнала с этих устройств. Также модуль задействован для подключения камер заднего, переднего, бокового обзора, с интегрированными функциями визуализации интеллектуальных парковочных линий и парковочного радара на экране(ах) автомобиля.
Модуль обработки видеосигнала формата HDMI (15) используется для подключения любых источников видеосигналов формата High Definition Multimedia Interface (HDMI, мультимедийный интерфейс высокого разрешения), таких как: цифровые TV-тюнеры, Apple TV / Chromecast, систем Mirrorlink, систем кругового обзора на 360 градусов и т.д.
Модуль программирования и обновления программного обеспечения (16) предназначен для локального или удаленного обновления программного обеспечения отдельных модулей или всего видеоинтерфейса целиком. Обновление осуществляется путем подключения программатора или SD-карты через модуль подключения SD-карт (7) с предварительно загруженным программным обеспечением.
Модуль коммутации и преобразования аудиосигнала (17) состоит из транскодера и коммутатора, обеспечивающих конвертацию входящего звукового сигнала со сторонних устройств и передачу их штатным акустическим системам автомобиля. Модуль коммутации и преобразования аудиосигнала (17) имеет собственное подключение для внешнего динамика, а также отвечает за воспроизведение голосовых подсказок, например, навигационной системы. Модуль отвечает также за взаимодействие с аудиосигналом устройств, подключаемых при участии модулей подключения Wi-Fi и Bluetooth (2), громкой связи (3), связи 3G/4G/GSM (4), подключения периферийных устройств по USB (6).
Центральный модуль управления (18) осуществляет согласование функционирования всех описанных выше модулей, представленных в видеоинтерфейсе, а также отвечает за программную совместимость языками визуализации интерфейса (в т.ч. русским).
В сравнении с ранее известным аналогом, полезная модель имеет следующие отличительные особенности.
При использовании только одного разъема подключения низковольтной дифференциальной подачи сигналов (low-voltage differential signaling, LVDS) «вход-выход» в ранее известном аналоге полезной модели возможно значительное ухудшение качества передаваемого сигнала, как следствие возникают графические артефакты на устройстве визуализации видеосигнала (например, задержка в передаче изображения, рассинхронизация частоты кадров, помехи на изображении), что существенно влияет на безопасность маневров автомобиля при использовании камер заднего, переднего, кругового обзора. Также стоит отметить, что ранее известный аналог использует для подключения к штатным системам автомобиля кабель LVDS только с одним проприетарным разъемом (со стороны порта входа-выхода ранее известного аналога), в то время как к штатным системам автомобиля подключение осуществляется при помощи бытового восьмиконтактного (8-pin) разъема без экранирования. Кроме того, единственной витой пары кабеля LVDS может быть недостаточно в случае подключения к автомобилю более одного источника видеосигнала (камер), поскольку в таком случае он используется единовременно для ввода-вывода данных, что может вызывать задержку в передаче сигнала.
Использование такого способа подачи сигналов обусловлено тем, что напряжение между проводниками витой пары LVDS составляет 350 милливольт (мВ), что позволяет по сравнению с другими способами передачи сигналов значительно снизить потребляемую мощность, не теряя в качестве видеосигнала. При использовании LVDS передатчик направляет ток силой ~3,5 миллиампер (мА) в один из сигнальных проводников, в зависимости от того, какой логический уровень надо передать, а на приемной стороне ток проходит через резистор сопротивлением 100-120 Ом (равным волновому сопротивлению кабеля для уменьшения отраженного сигнала) и возвращается к отправителю сигнала по другому проводнику, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь.
В отличие от ранее известного аналога, модуль коммутации и преобразования видеосигнала (9) взаимодействует с двумя разъемами подключения низковольтной дифференциальной подачи сигналов (low-voltage differential signaling, LVDS), один из которых предназначен для приема входящих данных источников видеосигнала (камеры различного вида автомобиля), другой - для вывода обработанного видеоинтерфейсом сигнала в формате, совместимом со средством вывода изображения автомобиля, штатным или сторонним. Оба разъема имеют собственное экранирование и защелку в месте соединения кабеля и разъемов, что повышает помехоустойчивость и надежность крепления, а кабели подключения, в отличие от ранее известного аналога, имеют проприетарный разъем с обоих концов, что обеспечивает защиту от рассинхронизации и возможных помех со стороны других каналов передачи данных в автомобиле, в отличие от бытового разъема, допускающего движение кабеля и, как следствие, возможную потерю контакта коннектором. Помимо этого, разъемы LVDS установлены в корпус устройства, а не вынесены на отдельную плату, что повышает срок службы и отказоустойчивость устройства в целом.
Процесс приема и обработки видеосигнала происходит следующим образом: входящий аналоговый или цифровой видеосигнал с внешних устройств видеонаблюдения поступает в обработку посредством порта LVDS «вход», конвертируется при помощи транскодера в формат, который поддерживает штатная мультимедийная система автомобиля, например, GVIF, LVDS, MOST, FIREWIRE, Apix, Apix2, MIB, MIB2, затем при участии модуля обработки видеосигнала форматов RGB/Digital RGB/LVDS (13) преобразуется в корректный для отображения на подключенном устройстве отображения информации вид, после чего при помощи модуля управления шиной данных (11) и центрального модуля управления (18) устройства передает сигнал на коммутатор видеосигнала, который обеспечивает визуализацию транскодированного и обработанного видеосигнала штатными или сторонними экранами автомобиля после его передачи в штатные системы автомобиля посредством порта LVDS «выход».
В свою очередь, совместимость с ГЛОНАСС полезной модели, в отличие от ранее известного аналога, обеспечивается за счет взаимодействия центрального модуля управления (18) с модулями связи 3G/4G/GPS (4) и приема и обработки данных геолокации (5).
Главная особенность модуля связи (4) - наличие специализированных АТ-команд, позволяющих управлять GPS/ГЛОНАСС и осуществлять считывание данных, работу в режиме A-GNSS (Assisted Global Navigation Satellite Systems), при этом взаимодействие модулей и GPS/ГЛОНАСС организовано по DDC (Display Data Channel)-интерфейсу. Модуль связи (4) имеет стандартный UART-порт, встроенное устройство контроля антенны (обнаружение короткого замыкания, холостого хода и защита от них) и четырнадцать выходов интерфейса ввода-вывода общего назначения (general-purpose input/output, GPIO), конфигурируемых пользователем с помощью АТ-команд. Обновление программного обеспечения модуля связи («перепрошивка») осуществляется через UART-порт.
Навигационный приемник модуля приема и обработки данных геолокации (5) работает в комбинированном режиме, т.е. использует для вычисления собственных координат спутники как ГЛОНАСС, так и GPS. Оптимизирован для применения активной антенны, имеет стабилизированный по температуре кварц для сокращения времени «холодного» старта, содержит встроенный регистратор данных (Data logger) для сохранения их в памяти устройства.
Аппаратная поддержка русского языка интерфейса при выводе видеосигнала на экраны автомобиля достигается за счет архитектуры построения центрального модуля управления (18), способного обработать и вывести на экран посредством модуля коммутации и преобразования видеосигнала (9) не только на латинице, но и на кириллице
В рассматриваемой полезной модели отдельные вышеописанные модули имеют следующую конфигурацию.
Модуль коммутации и преобразования видеосигнала (9) включает в себя печатную плату, на которую установлены высокопроизводительный микроконтроллер [19], Ethernet-приемопередатчик с широким температурным диапазоном [20], 4-портовый управляемый Ethernet-коммутатор с двумя МАС-адресами [21], высокоскоростной мультиканальный SerDes-приемопередатчик стандарта APIX3 [22], высокоскоростной мультиканальный SerDes-приемопередатчик стандарта APIX2 [23], модуль обработки видеосигнала формата HDMI с поддержкой HDCP [24], разъем LVDS «вход» [25], разъем LVDS «выход» [26].
Печатная плата, на которой расположены модуль обработки видеосигнала форматов RGB\Digital RGB\LVDS (13) и модуль установки навигационной системы (13а) включает в себя четыре модуля памяти объемом 512-2048 мегабайт [27], высокопроизводительный микропроцессор [28], постоянную память объемом до 16 гигабайт [29].
Корпус полезной модели представлен в следующем виде:
На передней панели (Фиг. 5) расположены разъем для SD-карт [30], разъемы USB [31, 32, 35], колодка DIP-переключателей [33], разъем HDMI [34].
На задней панели (Фиг. 6) расположены разъем антенны Wi-Fi/Bluetooth [36], разъем антенны 3G/GPS [37], колодка DIP-переключателей [38], разъем LVDS «вход» [25], разъем LVDS «выход» [26], разъем подключения питания и шины данных [39], разъем A/V (audio/video) «вход-выход» [40], разъем A/V «вход» [41].
На правой торцевой панели (Фиг. 7) расположены отверстия для крепления [42], вентиляционные отверстия [43], разъемы для программирования и обновления программного обеспечения [44].
В зависимости от частного варианта реализации полезной модели расположение портов и/или модулей на печатной плате устройства может изменяться.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ:
Пояснения к полезной модели представлены следующими изображениями.
На Фиг. 1 изображена печатная плата полезной модели с модулями (1-18).
На Фиг. 2 изображена печатная плата полезной модели с установленным на ней модулем коммутации и преобразования видеосигнала (9).
На Фиг. 3 изображена печатная плата полезной модели с установленным на ней модулем обработки видеосигнала форматов RGB\Digital RGB\LVDS (13) и модулем установки навигационной системы (13а).
На Фиг. 4 изображена логическая схема построения полезной модели с модулями (1-18) и их взаимодействием друг с другом, штатными системами автомобиля и сторонними подключаемыми к ним устройствам.
На Фиг. 5 изображена передняя панель корпуса полезной модели.
На Фиг. 6 изображена задняя панель корпуса полезной модели.
На Фиг. 7 изображена торцевая (правая) панель корпуса полезной модели.