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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines elektronischen,
digitalen Signals, welches nach der Multiplextechnik über eine
Stromversorgungsleitung übertragen
wird, nach dem Obergriff des Anspruchs 1.
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Moderne
Lichtanlagen werden mit der Technik der digitalen Übertragung
von Steuerdaten betrieben. Dies bedeutet, dass eine Steuerung stattfindet beispielsweise
vom Lichtstellpult zum Dimmer, vom Controller zum Farbwechsler,
von einem Steuergerät zu
einem positionierbaren Scheinwerfer. Hier war bisher für jede Steuerungsfunktion
ein „Kanal" nötig, über den
ein Steuerungssignal übertragen
wurde. Es hat sich international die Ansteuerung mit einer proportionalen
Spannung von 0 bis +10 Volt, also mit einer einfach zu handhabenden
Niederspannung durchgesetzt. Gerade im Bereich komplexer Lichttechnik,
in der auch zunehmend Multifunktionsscheinwerfer (Scanner) Einsatz
finden, sind zur Ansteuerung für
jedes Gerät
mehrere Kanäle
nötig,
was zum umständlichen
und lästigen „Aufsplitten" von Leitungen geführt hat.
So wurde 1986 das elektronische Protokoll DMX 512 von der USITT
(United States Institute for Theatre Technology) veröffentlicht, mit
dem diese Problematik gelöst
werden konnte und mit dessen Hilfe auch Geräte unterschiedlicher Hersteller
problemlos miteinander kommunizieren können, wenn sie alle auf ein
DMX-Netzwerk („Digital MultipleXed") zugreifen können. Bei
DMX 512 handelt es sich um eine serielle, symmetrische Schnittstelle
mit einer Übertragungsrate
von 250 kBaud, mit der sämtliche
Abnehmer wie Steuerpulte, Dimmer und weitere Peripheriegeräte wie Beleuchtungskörper über fünfpolige
XLR-Stecker und Buchsen verbunden sind.
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Hierin
liegt eine erhebliche Problematik: Um eine technische Anlage von
einer Größe aufzubauen, wie
sie benötigt
wird, um beispielsweise eine Diskothek oder ein kulturelles Event
lichttechnisch auszustatten, müssen
alle zu steuernden Geräte über Kabel
mit ihrem Informationsgeber, respektive Steuerpult, verbunden sein.
Das heißt
insbesondere für temporär aufzubauende
Lichtanlagen, dass eine erhebliche Zeitinvestition nötig ist,
damit die entsprechenden Kabel verlegt werden können. Die Vielzahl von Kabeln,
die nicht immer verdeckt installiert werden können, birgt stets auch ein
gewisses Gefahrenpotential, einmal aus elektronischer Sicht, zum
Zweiten dadurch, dass Personen sich beim Stolpern über die
Kabelstränge
oder bei der Installation verletzen. Desweiteren besteht eine erhebliche
Einschränkung in
der Gestaltung des Raumes durch die zwingende Nähe zwischen Controller bzw.
Steuerpult und Empfängern.
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Offenbarung
der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zu Grunde, ein von einem Sender erzeugtes elektronisches,
digitales Signal, welches nach DMX 512 aufgebaut ist, über eine
Stromversorgungsleitung oder via Funkkommunikation zwischen den
Modulations-Demodulationsmitteln zu übertragen, so dass Signalgeber
und Empfänger
flexibel und/oder unter reduziertem Kabelaufkommen angeordnet werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Ein
elektronisches, digitales Signal, welches nach der Multiplextechnik
unter Inanspruchnahme des vom USITT veröffentlichten elektronischen
Protokolls DMX 512 aufgebaut ist, wird über eine Stromversorgungsleitung übertragen,
wobei das Signal über
einen Modulator-Demodulator, kurz Modem, vom Sender kommend in die
Stromversorgungsleitung eingespeist wird und beim Austreten aus
der Stromversorgungsleitung erneut ein Modem passiert, so dass das
Signal dem Empfänger
am Ausgang der Stromversorgungsleitung zugeführt werden kann. Das Signal
wird wegen der niedrigen Übertragungsrate
der Stromversorgungsleitung komprimiert.
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Um
dies zu erreichen, werden die Daten des DMX-Signals komplett von
einem Modem eingelesen, dann werden die Daten unter Verwendung eines Prozessors
komprimiert, in dem ein vollständiger
Datensatz, der bis zu 512 Byte, entsprechend 512 Kanälen, umfasst,
zu einem festgelegten Zeitpunkt tx in das
Modem eingelesen wird. Nach dem ersten, vollständig eingelesenen Datensatz
wird jeder weitere mit einem unmittelbar vorhergehenden Datensatz Dtx–1,
der also zum Zeitpunkt tx–1 eingelesen wurde, verglichen.
Sodann werden bestehende Unterschiede zwischen den beiden Datensätzen registriert
und die Unterschiede, die der neue Datensatz gegenüber den
vorangegangenen Datensatz aufweist, werden als „zu übertragen" markiert. Gleichzeitig erfasst der Prozessor
die Häufigkeit
aller Datenänderungen
ab der Übertragung
des ersten Datensatzes zum Zeitpunkt t0 bis
jeweils zum letzten übertragenen
Datensatz. Diese Datenänderungen
werden statistisch ausgewertet, wobei Kanäle, die über eine bestimmte Laufzeit
nur unverändert
gebliebene Daten übertragen
haben, markiert werden, so dass diese Kanäle nicht zur weiteren Datenübertragung
verwendet werden.
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Diese
statistische Auswertung erfolgt wiederholt, da das System sich dynamisch
verändert. Durch
die Selektion der Kanäle,
die bewirkt, dass die nicht zu verwendenden Kanäle ausscheiden, da sie keine
geänderten
Daten übertragen,
erfolgt eine Reduktion der Kanalzahl und somit der zu übertragenden
Byte. Damit werden Kanäle,
die sich am häufigsten ändernde
Daten übertragen,
bevorzugt. Auf diese Weise wird das DMX 512-Signal mit einer Baudrate von
250 kbps (kiloBaud per second) kompaktiert. Umfangreiche Datensätze sind
somit mit Hilfe eines Netzmodems und einem zweiten Modem, welches sich
zwischen dem Ausgang der Stromversorgungsleitung und dem Empfängergerät befindet,
auf eine Baudrate im Bereich von 100 bps bis 50 kbps komprimierbar,
so dass das DMX-Signal zur Steuerung von Beleuchtungskörpern über das
Stromnetz eingesetzt werden kann.
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Vorteilhaft
ist, dass die sonst notwendigen Verkabelungen zwischen Signalgeber,
respektive Steuerpult bzw. Controller, und Signalausgang stark reduziert
werden, da lediglich vom Signalgeber über das Sendermodem zur Steckdose
(Eingang) in das Stromversorgungsnetz und von der Steckdose (Ausgang)
zum Modem beim Empfänger
Kabel gelegt werden müssen – vor allem,
wenn das Modem bereits in das Empfängergerät integriert ist. Ansonsten kommen
DMX-Übertragungskabel
vom Modem zum Empfänger
hinzu. Wenn Funkmodems verwendet werden, entfällt sogar der Einsatz der Verkabelung zwischen
Sendermodem und Empfängermodem.
Zusätzlich
ergibt sich mit einer Integration des Empfängermodems im Empfängergerät hiermit
eine Datenübertragungsmöglichkeit
mit maximaler Flexibilität
bezüglich
der Raumgestaltung, der Verringerung von Kabelinstallations- und
Materialaufwand Damit wird die gesamte, komplexe lichttechnische
Anlage übersichtlicher
und leichter zu handhaben. Es ergeben sich durch das Reduzieren
der Verkabelung zwischen Controller und DMX-Netzmodem am Ausgang oder
zwischen Controller und Funkmodem am Datenausgang Möglichkeiten,
Raumgeometrien gesteuert zu beleuchten, die einer Verkabelung unzugänglich wären. Es
lassen sich durch diese Erfindungen auch über größere Distanzen Beleuchtungselemente kontrollieren
und es ist nicht mehr notwendig, dass sich das Steuerpult in unmittelbarer
Nähe zu
den Beleuchtungskörpern
befindet. Es ist auch denkbar, von einer Steuerzentrale aus mehrere
Lichtanlagen zu bedienen, die sich in unterschiedlichen Orten befinden.
Schließlich
ergeben sich auch neue Möglichkeiten
für die
Gestaltung künstlerischer
Lichtwerke, die beispielsweise aus dem Zusammenspiel mehrerer unterschiedlich
gesteuerter Lichtelemente bestehen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren und eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Übertragungswegs
vom Sender bis zu einem Empfänger,
basierend auf dem Weg der Stromversorgungsleitung
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2 ein
Verfahrensablaufschema zur Signalübertragung.
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3 eine
schematische Darstellung des Übertragungswegs
vom Sender bis zu einem Empfänger,
basierend auf dem Einsatz von Funkmodems
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4 ein
Verfahrensablaufschema zur Signalübertragung mit Funkmodem Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Um eine moderne Lichtanlage zu betreiben, muss eine Vielzahl von
Signalen gleichzeitig von der Quelle Ihrer Erzeugung, also dem Sender,
mit sehr hoher Geschwindigkeit zu den betreffenden Endabnehmern – respektive
Empfängern – transportiert
werden. Zur Übertragung
der Steuerdaten von einem Steuergerät, welches als Sender fungiert,
zu einem positionierbaren Scheinwerfer beispielsweise, der einen Empfänger darstellt,
wird hierzu die Technik der digitalen Übertragung eingesetzt. Jede
Steuerungsfunktion wird einem sogenannten „Kanal" zugeordnet, über den ein Steuerungssignal übertragen
wird. Bei Multifunktionsscheinwerfern, wie sie in komplexen Lichtanlagen
eingesetzt werden, sind zur Ansteuerung für jedes Gerät mehrere Kanäle nötig, daher
ergibt sich durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Kanäle auch
die Anzahl der maximal zu betreibenden bzw. zu steuernden Endgeräte.
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1 zeigt
den Weg, den das Signal zurücklegt,
nachdem es den Sender an Ort A verlassen hat. Das Signal ist ein
elektronisches, digitales Signal, welches nach der Multiplextechnik
erzeugt wird, es ist nach dem DMX 512-Protokoll aufgebaut. Das Signal
verlässt
den Sender 10 und wird über
ein DMX-Übertragungskabel 11 sowie
XLR-Stecker und entsprechend zugehörige Buchsen in ein Modem 3 eingespeist,
dessen Baudrate erheblich geringer ist als die des DMX-Signals. Über das
Modem 3 wird das Signal bzw. die damit übertragenen Daten in ein Stromversorgungsnetz 2 überführt. Das
in komprimierter Form übertragene
Signal passiert erneut ein Modem 4, um sodann an einen
Empfänger 5 an
Ort B übertragen
zu werden.
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3 ist
analog aufgebaut wie 1. Es wird ebenfalls der Weg
gezeigt, den das Signal zurücklegt,
nachdem es den Sender an Ort A verlassen hat. Das Signal verlässt den
Sender 10 und wird über ein
DMX-Übertragungskabel 11 sowie
XLR-Stecker und
entsprechend zugehörige
Buchsen in ein Funksendermodem 13 übermittelt, welches ansonsten ebenfalls
die vorteilhaften Eigenschaften des o.g. Modems 3 aufweist.
Das Stromversorgungsnetz 2 entfällt, stattdessen werden die Funkwellen
von einem Funkwellenempfängermodem 14 empfangen, um
sodann an einen Empfänger 5 am
Ort B übertragen
zu werden. Auch hier ist die Datenkomprimierung von Vorteil.
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2 macht
deutlich, nach welchem Schema das Verfahren betrieben wird, so dass
die Übertragung
eines DMX 512-Signals mit einer erheblich größeren Übertragungsrate, nämlich von
250 kbps, über
eine Stromversorgungsleitung mit einer Übertragungsrate im Bereich
von 100 bps bis 50 kbps erfolgen kann. Es ist notwendig, das Signal
bzw. die durch das Signal zu übertragenden
Daten hinsichtlich ihres Volumens zu komprimieren, so dass eine Übertragung
durch die Stromversorgungsleitung überhaupt erst möglich wird.
Vom Sender 10 aus kommend, wird das Signal zunächst über ein DMX-Kabel
in ein Modem 3 eingelesen. Dieses Modem muss kompatibel
sein mit der DMX 512-Technologie. Dieses beinhaltet einen Prozessor 6.
Das vom Sender 10 ausgegangene Signal muss nun zunächst komprimiert
werden, so dass das Datenvolumen über die Stromversorgungsleitung 2,
der das Signal nach Passieren des Modems 3' zugeführt wird, übertragbar ist. Hierfür wird zu
einem festgelegten Zeitpunkt tx ein vollständiger Datensatz
Dt in das Modem eingelesen.
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4 entspricht 2,
ist jedoch ebenfalls für
den Betrieb mittels Funk ausgestattet. Vom Sender 10 aus
kommend, wird das Signal zunächst über ein
DMX-Kabel in ein Funkmodem 13 (Sendermodem) eingelesen,
welches mit der DMX 512-Technologie
kompatibel ist. Das vom Sender 10 ausgegangene Signal wird
komprimiert und an das Empfängerfunkmodem 14 gefunkt.
Auch zur Funkübertragung wird
zu einem festgelegten Zeitpunkt tx ein vollständiger Datensatz
Dt in das Modem eingelesen.
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Dieser
Datensatz umfasst bis zu 512 Byte, wovon jedes Byte einem sogenannten
Kanal entspricht. Übertragen
auf das Beispiel der Lichttechnik bedeutet dies, dass zur Erzeugung
eines bestimmten Lichteffekts jedem Kanal eine Funktion zugewiesen wird.
Ist der Lichteffekt beispielsweise mit einer bestimmten Farbe verbunden,
so wird die Nummer der Farbe dieses Lichteffekts als Zahl zwischen
Null und 255 über
einen solchen Kanal übertragen.
Bestimmte Kanäle,
die jeweils 8 Bit pro Byte enthalten, sind zu einem Datenwort von
16 Bit zusammenfassbar. Das DMX-Signal, wel ches nun alle Daten beinhaltet,
die zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Lichteffekte oder andere
Parameter umfassen, wird nun beispielsweise von einer Lichtsteuerungsanlage
an die betreffenden Beleuchtungskörper weitergeben. Der erste
Datensatz wird zu einem bestimmten Zeitpunkt tx in
das Modem 3' eingelesen,
dann erst beginnt die Auswertung. Würde die Auswertung zu einem
beliebigen Zeitpunkt gestartet werden, könnte es vorkommen, dass bei
der Übertragung
eines Datenworts von 16 Bit, welches aus einem Low- und High-Byte
besteht, zunächst
das Low-Byte übertragen
wird und später erst
das High-Byte. Bei einer sogenannten Pan/Tilt-Bewegung, welche die horizontale Bewegung
(Pan) bzw. die vertikale Bewegung (Tilt) eines Leuchtenkopfes beschreibt,
würde dies
zu unkontrollierbaren Bewegungen führen.
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Nach
dem ersten eingelesenen Datensatz wird jeder nachfolgende mit dem
unmittelbar vorhergehenden Datensatz Dt–1,
der zum Zeitpunkt tx–1 eingelesen worden
ist, verglichen. Die Unterschiede, die zwischen den beiden Datensätzen Dt, Dtx–1 festgestellt werden,
werden registriert und markiert, so dass sie als zu übertragende
Datensätze
gekennzeichnet sind. Gleichzeitig wird die Häufigkeit aller Datenänderungen
ab der Übertragung
des ersten Datensatzes zum Zeitpunkt t0 bis
zum jeweils letzten übertragenen
Datensatz Df ermittelt und statistisch ausgewertet.
Hierbei werden alle Kanäle
identifiziert und als „nicht
zu übertragen" markiert, die während einer Laufzeit
TI der Datenübertragung nur unverändert gebliebene
Daten übertragen
haben. Diese Laufzeit TI, über welche
die statistische Auswertung erfolgt, kann innerhalb eines Zeitintervalls
festgelegt werden, welches maximal so lang ist, wie die Zeit, die
vergangen ist zwischen dem Einlesen des ersten Datensatzes Dt0 bis zur Übertragung des letzten Datensatzes Df. Es kann jedoch auch kürzer sein, muss jedoch mindestens
der Zeit entsprechen, die zur Übertragung
zweier vollständiger
Datensätze
nötig ist.
Die Auswertung der Datensätze
auf ihren Inhalt, bzw. darauf, ob Änderungen übertragen worden sind, erfolgt
wiederkehrend, da das System einer gewissen Dynamik unterliegt.
Die Häufigkeit,
mit der sie durchgeführt
wird, kann bestimmt werden. Dadurch, dass die Kanäle, auf
denen keine geänderten
Daten übertragen
werden, eliminiert werden, erfolgt eine Priorisierung der Kanäle, die
häufig
sich ändernde
Daten übertragen.
Dies hat zur Folge dass diese Daten bevorzugt übertragen werden.
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Um
die unverändert
gebliebenen Daten dennoch dem System zu erhalten, wird regelmäßig der unverändert gebliebene
Datensatz aufgefrischt, es erfolgt die Übertragung eines sogenannten
Refresh-Datensatzes. Die Dauer eines Refresh-Zyklus ist hierbei
abhängig
von der Anzahl der aktiven Kanäle.
Im günstigsten
Fall sind dies 0,3 Sekunden, im ungünstigsten Fall kann es bis
zu zwei Sekunden dauern, ehe die Daten übertragen werden, die gewährleisten,
dass der bestehende Zustand sozusagen der „richtige" Zustand ist. Der Sinn dieser Auffrischung besteht
darin, die Datensicherheit zu gewährleisten. Wird beispielsweise
die Leitung bzw. der Funkempfang gestört, könnte es vorkommen, dass der
Empfänger
diese Störung
als Signal interpretiert und seine Einstellungen ändert. Mit Übertragung
von Refresh-Daten wird der störende
Effekt von Fehlübertragungen
so klein wie möglich
gehalten. Diese Refresh-Daten umfassen ein vollständiges Speicherabbild.
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Die
auf diese Weise priorisierten und somit in ihrem Gesamtvolumen reduzierten
Daten verlassen die Stromversorgungsleitung 2 und passieren
erneut ein Modem, um so die Dekomprimierung zu erzielen. Beim zweiten
Modem 4 handelt es sich um ein externes Modem 4', dieses kann
direkt am Ausgang der Stromversorgungsleitung vorliegen, es ist
jedoch auch möglich,
das ein Modul mit Modemfunktion direkt im Empfänger, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
also in einem Beleuchtungskörper 7 integriert ist.
Die im vorliegenden Verfahren verwendete Stromversorgungsleitung 2 ist
Bestandteil eines Stromversorgungsnetzes.
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Die
komprimierten Daten können
ebenfalls per Funk zwischen zwei Funkmodems 13, 14 übertragen
werden, die Stromversorgungsleitung entfällt dann.
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- 1
- DMX-Signal
- 2
- Stromversorgungsnetz
- 3
- Modem
- 3'
- Netzmodem
- 4
- Modem
- 4'
- externes
Modem
- 5
- Empfänger
- 6
- Prozessor
- 8
- Kanal
- 10
- Signalquelle
- 10'
- Steuerpult
- 11
- DMX-Kabel
- 13
- Funksendermodem
- 14
- Funkempfängermodem
- Dt
- Datensatz
zum Zeitpunkt t
- Dtx–1
- vorhergehender
Datensatz
- tx
- festgelegter
Zeitpunkt
- t0
- Startzeitpunkt
- Tx–1
- vorhergehender
Zeitpunkt
- Dt0
- erster übertragener
Datensatz
- Df
- letzter übertragener
Datensatz
- TI
- Laufzeit