release of the prototype - coming soon


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Einleitung

Im Rahmen eines Studienprojekts wurde die Idee ergriffen, einen kompakten, günstigen und vielseitig einsetzbaren Medienplayer zu entwickeln. Geschaffen für Messe-, Event- bzw. experimentelle Medientechnik.
Der Player verfügt über wichtige Funktionen welche sonst nur bei sehr hochpreisigen Mediaserversystemen vorgefunden werden. Neben der zeitgleichen Wiedergabe mehrerer FullHD-Videos bietet dieser u.a. auch Edge-Correction oder freies Überblenden/Positionieren/Transformieren der einzelnen Videolayer.

Die Bedienung erfolgt wahlweise über W-LAN per Smartphone/Tablet/PC oder über das in der Eventtechnik sehr weit verbreitete DMX-Steuerprotokoll.

Um nahezu Fileformat-unabhängig zu sein, ist der Player zusätzlich mit einem automatischen Filekonverter ausgestattet. Die Files können bis zu einer 4K Auflösung von 3.840 x 2.160 Pixel und 25fps verarbeitet werden.

In dieser Timeline finden Sie nun den aktuellen Projektfortschritt zum Prototypenbau sowie eine umfangreiche Dokumentation.

Bei Interesse am Projekt würde ich mich sehr über eine Kontaktierung per Mail freuen. Christoph Braun

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Konzepterstellung

Nach längerer Recherchearbeit konnte nun ein konkretes Konzept zum Projekt verfasst werden. Die wichtigsten Eckpunkte dieses Vorhabens befassen sich mit: Hardwareumsetzung, Software inkl. Features, Codec, Steuerung bzw. Workflow sowie der Bauform.

Das Projekt nennt sich von nun an "display box". Geplant ist, dass dieses Projekt mit einen heutzutage sehr kostengünstigen Einplatinenrechner umgesetzt wird. Konkret soll ein Lattepanda® dafür verwendet werden. Dabei handelt es sich um einen X86 Intel Rechner mit Windows® 10 als Betriebssystem.

Die Software des Prototyps soll mit der bekannten Entwicklungsplattform VVVV® umgesetzt werden. Diese Entwicklungsumgebung ist für Multimediaanwendungen bestens geeignet und für gute Performance-Ergebnisse bekannt.

Eines der wichtigsten Elemente ist die Steuerung des Mediaplayers. Diese soll mit dem sehr weit verbreiteten DMX-Protokoll erfolgen. Die Einrichtung selbst wie z.B. DMX Startadresse konfigurieren, Videos auf den Player hochladen etc. erfolgt wiederum per WLAN App am Smartphone/Tablet oder PC.

2016 Jun 27
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Die Problematik des Codecs

Bei jedem Mediaplayer steht an erster Stelle welche Formate, Codecs und Datenraten dieser abspielen kann. Mit "Trial and Error" Tests bin ich nun zum Entschluss gekommen, dass mit der geplanten Hardware und Softwarelösung ein .AVI File mit H.264 Codec und bis max. 30Mbit/s Datenrate das beste Ergebnis liefert.

Die Auflösung ist derzeit bis 1920x1080p getestet, eventuell ist sogar 4K möglich.

2016 Jul 05
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Codec Konverter

Wie kann nun sichergestellt werden, dass auch jedes File in dem ausgetesteten Grenzen liegt? Die derzeitige Lösung gestaltet sich so, dass jedes Medienfile vor dem Abspielen in das bereits genannte Format konvertiert werden muss. Dafür kommt FFmpeg inkl. x264 Encoder zum Einsatz. X264 ist ein Open-Source H.264 Encoder.

2016 Jul 11
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GUI-Tests

Derzeit laufen erste GUI Tests in Verbindung mit dem Videokonverter. Der User liefert per USB-Stick die Files als Input, anschließend werden diese konvertiert und im richtigen Format am Player abgespeichert. Danach können die Mediendateien jederzeit und problemlos abgespielt werden.

2016 Jul 19
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Einreichung Konzept

Nach einer langen Sommerpause wurde das Konzept nochmals überarbeitet und letztlich eingereicht.

Das Konzept bzw. der Workflow sieht nun folgendermaßen aus:

2016 Okt 15
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Konzeptabnahme - Erfolgreich

Nun bekam ich die Bestätigung, dass das "display box Projekt" in Form eines Studienprojekts starten kann. Nach den letzten erfolgreichen GUI Tests bin ich auch sehr zuversichtlich dafür und freue mich auf eine spannende Arbeit. Weitere Infos folgen in Kürze...

2016 Nov 07
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DMX-Auswertung

Damit der Player überhaupt per DMX steuerbar gemacht werden kann, bedarf es einer kleinen Input-Schaltung. Diese dient hauptsächlich dazu um das vom DMX genutzte RS485 Protokoll auf RS232 zu bringen, damit dieses wiederum mit VVVV ausgewertet werden kann. Hier wird nun eine Grundschaltung zum DMX-Empfang gezeigt.

2016 Nov 11
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DMX-Auswertung

Dadurch, dass am Einplatinenrechner nur USB zur Verfügung steht muss ich einen Weg finden das DMX Signal einzulesen und dieses danach zu verarbeiten. Dieses Thema gestaltet sich allerdings schwieriger als angenommen. Erste Versuchsaufbauten stützten sich auf eine DMX-Auswertung per Arduino, dieser sollte die ausgewerteten Kanäle per USB weiter an VVVV geben.

Aufgrund immer wieder auftretenden Probleme mit der Arduino Serial library wird diese Lösung nicht länger weiter verfolgt. Die Forschungsarbeit zu diesem Thema hatte bereits viel Zeit in Anspruch genommen und trotzdem zu keiner wirklich brauchbaren Lösung hinsichtlich einer stabilen DMX-Auswertung geführt. FAIL...

2016 Nov 15
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Problemlöser FTDI-Chip

Nach intensiver Einarbeitung ins DMX Thema (Senden und Empfangen) bin ich auf die bereits weit verbreitete Lösung des FTDI® Chips gestoßen. Nach langem studieren von Schaltplänen bereits vorhandener DMX-Hardware wurde klar, dass eine Vielzahl an Geräten auf diesen speziellen Chip basieren. Darunter auch die Geräte der Firma Enttec®.

Im Prinzip ist der Chip ein kompakter Serial auf USB Konverter. Dazu werden spezielle Treiber angeboten, nach Installation dieser, wird der Chip als Virtueller COM-Port angezeigt.

2016 Nov 17
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Fortschritte bei DMX-Auswertung

Die Verwendung des FTDI-Chips liefert bereits gute Ergebnisse, allerdings gibt es auch bei dieser Methode noch Probleme bei der Auswertung der DMX- Werte. Das Protokoll ist ausgelegt für 512 Kanäle, doch entstehen bereits beim Senden von mehr als 200 Kanälen Probleme mit der Auswertung, unabhängig davon wie viele Kanäle im Gerät weiter verarbeitet werden.

Sind also mehr als 200 Kanäle von möglichen 512 in der DMX-Kette in Verwendung, beginnt die Auswertung im VVVV zu stottern und fällt aus. Also keine stabile Methode.

2016 Nov 19
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Erfolge bei DMX-Auswertung

Nach neuerlicher Recherchearbeit konnte nun das Problem der fehlerhaften Auswertung identifiziert werden. Mit einer Anpassung der Testschaltung konnte das Problem nun gänzlich behoben werden. Somit ist auch bei 512 Kanälen eine stabile Auswertung möglich.

Das DMX Thema scheint sich nun endlich zu konkretisieren damit ist eine Fortsetzung des Projekts in dieser Form gesichert.

2016 Nov 22
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DMX-Testläufe

Derzeit wird die DMX-Auswertung weiter getestet. Darunter verschiedene Software-Lösungen mit DMX-Dongle sowie auch normale Lichtpulte. Läuft hervorragend!

2016 Nov 24
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Performancetest

Zwischendurch ein Performancetest. Aktuell werden zwei Layer 1080p + Picturelayer getestet. Hierbei werden CPU und GPU gemessen sowie die Stabilität des Betriebssystems überprüft.

2016 Nov 26
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Entwicklung der Schaltung

Bevor die Schaltung in eine fixe Form gebracht wird, wird diese nochmals überprüft und überarbeitet. Es wurde u.a. eine weitere Signal-Trennung durch einen Optokoppler geschaffen.

2016 Nov 29
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Entwicklung der Platine

Um nun den Testaufbau in eine passende Prototypen-Form zu bringen, bedarf es an einer fix aufgebauten Platine. Die dafür benötigten Bauteile wurden bereits im Vorfeld recherchiert. Auf der Platine befindet sich nun die gesamte DMX-Auswertung sowie die Buchsen für den Audio Output.

2016 Dez 01
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Bauteilsuche

Seit mehreren Tagen werden eine Vielzahl an Bauteilen recherchiert, untersucht und evaluiert um schlussendlich eine fixe Platine damit bestücken zu können. Zusätzlich zu den Bauteilen werden auch mechanische Teile und Stecker-Systeme die für den Aufbau des Gehäuses benötigt werden ausgesucht. Viele Datenblätter zu studieren…

2016 Dez 02
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Planen, Planen, Planen


2016 Dez 02
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WLAN onboard

Wie bereits zu Beginn erwähnt soll das Gerät per WLAN-App eingerichtet werden, auch die Files können per freigegebenen Netzwerkordner aufs Gerät geladen werden. Die display box baut dazu einen eigenen WLAN-Hotspot auf. Nähere Details folgen…

2016 Dez 03
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Art-Net® onboard

Derzeit wird ebenfalls an einer Implementierung des Art-Net® Protokolls gearbeitet, damit wäre der Player noch vielseitiger, der benötigte LAN-Anschluss ist jedenfalls bereits berücksichtigt.

2016 Dez 03
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Gehäuseaufbau Planung

Das Gehäusedesign wurde abgestimmt auf die Anforderungen, Anschlüsse und Bedienelemente. Derzeit werden die Skizzen am PC für den 3D Druck modelliert und vorbereitet. An der Vorderseite befindet sich eine USB-Buchse, WLAN-Antenne sowie Hauptschalter. Alle anderen Anschlüsse wie z.B. DMX befinden sich an der Rückseite.

2016 Dez 04
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Gehäuseaufbau Planung

2016 Dez 06
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Gehäuseaufbau 3D Modellierung


2016 Dez 07
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Aufbau der DMX-Schaltung auf Lochrasterplatine

Nach mehrmaligen Planungsphasen wird derzeit die Platine, die zur DMX-Auswertung benötigt wird aufgebaut. Zuerst musste die Platine auf die passende Größe geschnitten werden, danach konnte mit dem Auflöten laut Schaltplan begonnen werden.

2016 Dez 13

Aufbau der DMX-Schaltung auf Lochrasterplatine


2016 Dez 14
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Ausdrucken des Gehäuses

Die ersten Teile werden soeben vom 3D-Drucker angefertigt. Man darf gespannt sein ob alles passt.

2016 Dez 14
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Achtung Baustelle


2016 Dez 14
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Fertigstellung der Platine

Die Platine ist nun fertig aufgebaut. Sie wurde auch bereits ersten Funktionstests unterzogen, die allesamt sehr positiv ausgefallen sind. Nun ist endlich eine saubere und ausfallsichere DMX-Auswertung gegeben.

2016 Dez 15
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Programmierung der Software

Derzeit geht der Aufbau des Prototyps zügig voran. Nachdem das Gehäuse und die Platine größtenteils fertiggebaut sind, müssen diese im nächsten Schritt zusammengesetzt werden.

Derzeit startet allerdings auch die Programmierung der Software. In diesem Schritt wird sich zeigen, ob alle angepeilten Features auch umgesetzt werden können. Vielleicht wird auch das eine oder andere Feature entwickelt, das so noch nicht geplant war…

2016 Dez 16
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Weiterbau des Gehäuses

Der 3D-Ausdruck ist nun abgeschlossen. Nun geht es an die Nachbearbeitung der ausgedruckten Teile. U.a. müssen Teile angepasst und Löcher gebohrt werden.

2016 Dez 19
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Fertigstellung der Innenverkabelung

Aktuell wird die Innenverkabelung erweitert. Dabei werden die Verbindungen zur USB-Buchse und DMX-Platine sowie die Status-LED's an der Frontseite installiert.

2016 Dez 19
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Frontseite in Abschlussphase

Die Arbeiten an der Frontseite des aktuellen Prototypengehäuses befinden sich nun in der letzten Phase. Heute wurden die Status-LED's sowie der Anschlussterminal der WLAN-Antenne installiert.

2016 Dez 20
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Arbeiten an Vorder- und Rückseite

Heute wurde die DMX-Platine eingebaut, ebenfalls wurden auch die Buchsen an der Rückseite fix verschraubt. An der Frontseite wurden LED's eingebaut.

2016 Dez 22
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Softwaretests

Hier ein paar aktuelle Screenshots der Performancetests. 2 Videolayer mit 1920x1080p + Imagelayer mit 4:3 Testbild. Getestet wurde u.a. die korrekte Darstellung der Seitenverhältnisse, die Wiedergabeperformance sowie Kantenverzerrungen. Möglich wäre somit auch eine einfache Video-mapping Situation.

2016 Dez 29
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Fertigstellung der Hardware

Die Arbeiten an der Hardware befinden sich nun endlich in der letzten Phase. Bevor das Gehäuse geschlossen werden konnte, wurden am Rechner zusätzliche Kühlkörper angebracht.
Diese stabilisieren die Prozessortemperatur, damit ein ausfallfreier Langzeitbetrieb gewährleistet ist.

Die Innenverkabelung wurde ebenfalls fertiggestellt und die Kabelwege etwas nachgebessert um damit die Kühlkörper frei zu halten. Die Netzbuchse für die Spannungsversorgung wurde im Zuge dieser letzten Phase ebenfalls eingebaut.

Die Ansteuerung der Signal-LED's wurde auch nochmals überprüft.
Power-LED - weiß
Busy-LED - rot
DMX-Signal-LED - blau

2017 Jan 02
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Abschluss Hardwareaufbau

Die Hardware ist nun fertig aufgebaut. Nun folgt die Programmierarbeit und eine große Anzahl an Hardware-, Software- und Usabilitytests.

2017 Jan 04
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Performanceproblem

Bei Performancetests bin ich nun leider auf ein schwerwiegendes Problem gestoßen.
Bei den Tests im geschlossenen Gehäuse hat sich gezeigt, dass sich ein Wärmestau im Gerät bildet, der nach einiger Zeit dazu führt, dass der Prozessor überhitzt.
Im überhitzten Zustand taktet sich der Prozessor auf ein Viertel der Gesamtleistung herunter, die Framerate kann damit nicht mehr gehalten werden und das Bild beginnt zu ruckeln.

Die letzten Tage wurde nun intensive Forschung betrieben, um dieses Problem beheben zu können - leider erfolglos.

Abhilfe schaffen konnte nur ein aktives Kühlsystem, realisiert mit einem Lüfter. Ein Betrieb der Hardware mit Lüfter funktioniert sehr gut und die Performance ist besser als je zuvor. Der große Nachteil dieser Methode ist, dass man von nun an vom Lüfter abhängig ist und das Konzept der passiven Kühlung nun zur Gänze aufgeben muss.

2017 Jan 08
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Wärmestau im Gehäuse Video

Im folgenden Video ist nun das Hitzeproblem dokumentiert. Es ist gut zu erkennen, wie sehr sich die aktive Kühlung positiv auf das System auswirkt. Derzeit wird ein Teil des Gehäuses umgeplant, um damit eine aktive Kühlung realisieren zu können.

2017 Jan 08
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Überarbeitung der passiven Kühlung

Die Kühlung ist bei diesem Projekt bereits mehrmals überarbeitet worden. Nun wurde nochmals bei der passiven Kühlung nachgebessert.
An der Unterseite der Platine wurden der Prozessor und die beiden Speicherchips(eMMC) mit größeren Kühlkörpern sowie besseren Wärmeleitmaterialien ausgestattet.

2017 Jan 13
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Überarbeitung der passiven Kühlung

Um die Leistung bzw. die Performance des Prozessors auch unter hoher Belastung sichern zu können, wurde in den letzten Tagen intensiv an dem Lüfter-Konzept gearbeitet. Dabei wurden mehrere Bauarten von Lüfter sowie verschiedenste Implementierungsarten des Lüfters im Gehäuse getestet.

Ein kleiner Lüfter müsste mit einer sehr hohen Drehzahl betrieben werden um die Wärme aus dem Gehäuse zu bringen. Diese hohe Drehzahl wäre mit einer hohen Geräuschentwicklung verbunden.
Um die Geräuschentwicklung dennoch gering zu halten wurde nun ein Konzept mit zwei Lüftern die mit niedriger Drehzahl betrieben werden ausgearbeitet.

Das Gehäuse wurde ebenfalls nochmals überarbeitet und auf die Bauform der Lüfter abgestimmt. Die zwei Lüfter sorgen nun für eine gleichmäßige Kühlung im Gehäuse und aufgrund ihrer großen Bauform und der niedrigen Drehzahl kommt es nur zu einer geringen Geräuschentwicklung.

2017 Jan 27