汽車(chē)視覺(jué)的理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

　　在視頻監(jiān)控開(kāi)始普及之后，交通就成為該行業(yè)拓展應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。除了在道路上實(shí)施視頻監(jiān)控，在車(chē)輛內(nèi)部也在逐步加裝車(chē)載視頻設(shè)備，以便及時(shí)采集視頻信息并進(jìn)行后續(xù)處理，這就開(kāi)啟了車(chē)載監(jiān)控的時(shí)代。早期車(chē)載視頻系統(tǒng)主要為視頻紀(jì)錄儀，其目的就是將車(chē)輛行駛過(guò)程中周邊的視頻圖像記錄下來(lái)，往往只在車(chē)內(nèi)前部安裝攝像頭，將采集到的視頻進(jìn)行數(shù)字壓縮并存儲(chǔ)，對(duì)分辨率和延遲并沒(méi)有太高要求。為擴(kuò)展視頻監(jiān)控范圍，又在后部加裝攝像頭，增加記錄通道。多路視頻可以分別處理，或者傳輸?shù)角岸颂幚砥鬟M(jìn)行合成，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)氖侄魏唾|(zhì)量也沒(méi)有特別要求。

　　隨著智能視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，裝在車(chē)內(nèi)的攝像頭采集的視頻可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，從而及時(shí)對(duì)行車(chē)中可能出現(xiàn)的狀況提供預(yù)警或警示，這時(shí)的車(chē)載設(shè)備就具有一定的視覺(jué)功能，由此可以達(dá)到輔助駕駛作用。車(chē)載視頻系統(tǒng)按應(yīng)用可以分為兩類，一類是360°全景視頻行車(chē)系統(tǒng),也稱作環(huán)視系統(tǒng);另一類為汽車(chē)后視監(jiān)控系統(tǒng)。下面介紹其所涉及的系統(tǒng)組成和視頻傳輸方式。

　　如圖1所示為360°全景行車(chē)系統(tǒng)組成,在汽車(chē)的前后左右，各有一個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)主機(jī)組合而成，四個(gè)攝像機(jī)都采用魚(yú)眼鏡頭采集廣角畫(huà)面，并送入主機(jī)中對(duì)圖像進(jìn)行拼接、修剪等處理，生成一個(gè)360°全景的畫(huà)面，再輸出到LCD顯示器。目前市場(chǎng)上主流的360°全景產(chǎn)品主要以標(biāo)清的方案居多，主要原因首先在于其像素低時(shí)，對(duì)全景主機(jī)方案的主處理器能力要求不高。隨著越來(lái)越多的主機(jī)芯片提供廠商的介入，處理器性能越來(lái)越強(qiáng)大，從雙核到四核，甚至到八核。

　　所以，處理器能力的問(wèn)題基本已經(jīng)得到解決，其性能足夠強(qiáng)大以支撐高清視頻的負(fù)荷。其次就是車(chē)載屏曾經(jīng)的1280*600分辨率不高，隨著720P高清分辨率車(chē)級(jí)顯示屏的普及，對(duì)車(chē)載高清監(jiān)控的需求也就變得更加急迫，每個(gè)攝像機(jī)都需要通過(guò)線纜穩(wěn)定可靠地傳輸高清視頻信號(hào)到主機(jī)，所以提供高容量和高可靠性的數(shù)字高清視頻傳輸手段勢(shì)在必行。

圖1 360°全景行車(chē)系統(tǒng)組成

　　汽車(chē)后視監(jiān)控系統(tǒng)是在行車(chē)記錄儀之上產(chǎn)品形態(tài)的一個(gè)大的轉(zhuǎn)折，從之前的以一種產(chǎn)品規(guī)格滿足所有用戶變成以不同規(guī)格、不同配置來(lái)滿足更多用戶的需求的產(chǎn)品細(xì)分市場(chǎng)。在360°全景行車(chē)系統(tǒng)普及之前，對(duì)汽車(chē)后視監(jiān)控系統(tǒng)的需求非常高，據(jù)悉市場(chǎng)容量月出貨量達(dá)百萬(wàn)套以上。因?yàn)樵摲桨竷r(jià)格低廉，且安裝方案簡(jiǎn)單，只需要在車(chē)尾牌照燈處安裝一個(gè)小型攝像頭，汽車(chē)開(kāi)始倒車(chē)時(shí)屏幕自動(dòng)切換到倒車(chē)攝像頭的影像，以達(dá)到輔助車(chē)主倒車(chē)之功能，如圖2所示為該方案的系統(tǒng)框圖。同樣，隨著高清屏的普及，越來(lái)越多的車(chē)主對(duì)高清攝像頭的需求也就越來(lái)越迫切，所以關(guān)注于汽車(chē)后視應(yīng)用，數(shù)字高清同樣面臨著很大的機(jī)遇。

圖2 汽車(chē)后視監(jiān)控系統(tǒng)組成

　　隨著產(chǎn)品的逐漸起量，有更多的主控芯片提供廠商參與競(jìng)爭(zhēng)，例如，全志主推T3系列和V系列芯片;聯(lián)發(fā)科推出智能后視視頻芯片；美賽達(dá)是應(yīng)用聯(lián)芯1860芯片最具代表的方案商;瑞芯微與英特爾聯(lián)手推出的代號(hào)為Sofia3G-R也將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；也有玩家搭載高通平臺(tái)等待呢個(gè)。
視頻傳輸在車(chē)內(nèi)的創(chuàng)新手段

　　視頻傳輸在車(chē)內(nèi)的創(chuàng)新手段

　　數(shù)字高清視頻傳輸技術(shù)對(duì)于提高車(chē)載視頻設(shè)備的性能和品質(zhì)具有非同尋常的意義，不僅用于提升車(chē)載視頻源的圖像質(zhì)量與清晰度，而且在于提供視覺(jué)無(wú)損和實(shí)時(shí)的視頻傳輸手段。在車(chē)載市場(chǎng)上既有前裝設(shè)備和后裝設(shè)備的需求，都期待著在高清視頻傳輸中采用更有效和更可靠的創(chuàng)新手段。

　　縱觀汽車(chē)內(nèi)部的連線非常復(fù)雜，并且對(duì)可靠性的要求非常高，而留給視頻連接的選擇性并不多。普通的AV音視頻線纜顯然是不適合在車(chē)內(nèi)采用，那么就需要考慮選擇同軸線纜或以太網(wǎng)線。對(duì)于高清視頻傳輸，同軸高清傳輸體制目前較為流行，其中模擬同軸高清傳輸體制主要應(yīng)用于高清視頻監(jiān)控相機(jī)，如AHD、HD-TVI和HD-CVI，而數(shù)字同軸高清體制就非AVT莫屬啦。

　　HD-TVI、HD-CVI、AHD是一種基于同軸電纜的高清視頻傳輸規(guī)范，屬于模擬高清解決方案，采用通過(guò)幀內(nèi)加頻的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，只是各自增加頻率的大小不一樣而已，而實(shí)現(xiàn)手段與方式基本一樣。這種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是方案成本低廉，相對(duì)標(biāo)清效果其圖像畫(huà)質(zhì)能提升到100萬(wàn)200萬(wàn)像素，也就是所謂的模擬高清，然而，因?yàn)榻K歸是通過(guò)幀內(nèi)加頻的方式來(lái)提升圖像的像素點(diǎn)，導(dǎo)致其幀內(nèi)頻率增加，所造成的圖像亮色干擾也就難以避免。雖然，通過(guò)ISP處理能夠彌補(bǔ)部分人眼察覺(jué)的缺陷，使得這類方案在工業(yè)監(jiān)控市場(chǎng)有所普及，但是，對(duì)于車(chē)載市場(chǎng)而言，視頻除了滿足人眼的觀賞以外，主控芯片平臺(tái)還需要采集視頻來(lái)做智能分析處理，達(dá)到機(jī)器視覺(jué)的效果，如自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)及更多輔助駕駛，及未來(lái)無(wú)人駕駛技術(shù)都需要對(duì)視頻的精準(zhǔn)采集，要確保這些視頻精準(zhǔn)收發(fā)，就必須實(shí)現(xiàn)完全的數(shù)字化傳輸。如果在傳輸?shù)倪^(guò)程中仍然沿用模擬信號(hào)方式，在車(chē)內(nèi)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中就很容易導(dǎo)致視頻的損耗甚至丟失，從而導(dǎo)致這些主控芯片對(duì)高清視頻的識(shí)別能力大大降低，而這點(diǎn)確為車(chē)載視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和安全性所不能接受。

　　AVT技術(shù)作為全新的數(shù)字同軸傳輸技術(shù)，結(jié)合全數(shù)字架構(gòu)和數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，為克服由于數(shù)字信號(hào)在傳輸線纜上的衰減所帶來(lái)的傳輸距離上限制，采用新一代數(shù)字視頻壓縮算法，比標(biāo)準(zhǔn)的VC-2 LD壓縮算法更為有效，且視頻延遲小到一幀圖像周期以內(nèi)，不到3毫秒。因此AVT真正做到視覺(jué)無(wú)損，人眼完全察覺(jué)不到高清視頻信號(hào)的損失和延時(shí)，可視為實(shí)時(shí)效果。

　　AVT所使用視覺(jué)無(wú)損壓縮技術(shù)與原始圖像比差別小于-40dB，圖像質(zhì)量媲美數(shù)字無(wú)壓縮傳輸，且圖像質(zhì)量不隨距離、線材、溫度等變化。而相比之下，模擬同軸高清在傳輸之前需要使用DAC變?yōu)槟M信號(hào)，在接收端還需要使用ADC變回?cái)?shù)字信號(hào)，兩次變換不可避免地造成視頻損耗而使圖像質(zhì)量變差。另外，模擬視頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)造成非線性衰減，導(dǎo)致更多的圖像質(zhì)量損失。模擬同軸高清存在的另一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，就是其接收端恢復(fù)出來(lái)的采樣時(shí)鐘有很大抖動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致在接收端ADC采樣位置不準(zhǔn)，由此而使模擬同軸高清傳輸后的圖像質(zhì)量欠佳，且不同機(jī)器之間的圖像質(zhì)量也不盡相同，離散很大而帶來(lái)一致性不好的問(wèn)題，且隨溫度變化。因而不適于車(chē)載視頻這種對(duì)圖像質(zhì)量要求高，且溫度范圍變化大的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　AVT還具有創(chuàng)新的速率自適應(yīng)傳輸技術(shù)，可根據(jù)傳輸?shù)木嚯x和信號(hào)的衰減，進(jìn)行數(shù)字壓縮比例的自適應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到最佳的視頻圖像效果。因而高清視頻傳輸不再受外部環(huán)境影響，而且也利于未來(lái)產(chǎn)品的升級(jí)換代。此外，AVT還可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的傳輸，在控制接口上支持UART, IR, I²C (主/ 從) 雙向透?jìng)骱蚐PI正向透?jìng)?；在音頻接口上，AVT支持SPDIF, I²S 8/16/24/32/44.1/48/96Kbps抽樣率的雙向傳輸;在線材使用上，AVT支持Cat 5以太網(wǎng)線傳輸。實(shí)際上，只要使用其中以對(duì)雙絞線即可傳輸一路高清視頻。若用以太網(wǎng)線，一根就可以傳四路高清視頻，所以非常適合于車(chē)載視頻設(shè)備車(chē)內(nèi)布線，方便車(chē)載系統(tǒng)多功能的需要以及ADAS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

         結(jié)合360°全景行車(chē)系統(tǒng)的應(yīng)用

　　基于AVT技術(shù)，所設(shè)計(jì)芯片NS2520為發(fā)送器(Tx)，而NS2521芯片為接收器(Rx)，可以支持雙路。 NS2520對(duì)攝像機(jī)ISP輸出的并行信號(hào)進(jìn)行串行編碼，視頻輸入接口兼容10/20bit位寬，且具BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多種視頻格式，最大支持1080P@30fps，同時(shí)支持SPDIF/I2S音頻嵌入。一片NS2521可以與兩片NS2520配和使用，全面支持上述格式。

圖3、AVT在全景泊車(chē)系統(tǒng)框圖

　　輔助駕駛的前途無(wú)限光明

　　隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistant System,簡(jiǎn)稱ADAS)將大行于市之際，各種ADAS相關(guān)的視頻系統(tǒng)將不斷涌現(xiàn)，除了介紹過(guò)的全景泊車(chē)和后視監(jiān)控系統(tǒng)，還將有自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、車(chē)道保持系統(tǒng)、前方碰撞預(yù)警、車(chē)道偏離預(yù)警、剎車(chē)輔助系統(tǒng)、后方監(jiān)視系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、駕駛員防疲勞監(jiān)視系統(tǒng)以及交通信號(hào)識(shí)別等系統(tǒng)。這些都需要你高清實(shí)時(shí)視頻作為保障，用于提升車(chē)載視頻源視頻圖像質(zhì)量與清晰度，而實(shí)時(shí)大容量可靠視頻傳輸對(duì)ADAS應(yīng)用至關(guān)重要。傳統(tǒng)視頻高速傳輸采用模擬同軸線纜，但由于車(chē)內(nèi)存在各種電磁輻射，容易造成多種干擾。對(duì)于分辨率為1080P的高清視頻帶寬將高達(dá)三兆，在車(chē)輛內(nèi)部線路復(fù)雜條件下，必須具有高可靠性要求。數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化可以將視頻壓縮并通過(guò)以太網(wǎng)線傳輸，但不可避免地帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。AVT作為先進(jìn)視頻傳輸技術(shù)，采用數(shù)字同軸高清傳輸方式，卻能夠借助通用以太網(wǎng)絡(luò)的線材，有效地傳輸視覺(jué)無(wú)損且延遲極低的高清視頻信號(hào)，因此，AVT數(shù)字高清傳輸解決方案應(yīng)用將有助于車(chē)載視覺(jué)市場(chǎng)的推進(jìn)。

　　如圖4所示為AVT高清攝像機(jī)在ADAS系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中采用AVT芯片就實(shí)現(xiàn)新型的AVT高清攝像機(jī)，其中CMOS傳感器與ISP處理單元構(gòu)成的高清視頻采集部分與AVT發(fā)送芯片NS2520高度耦合，完成視頻無(wú)縫連接，直接輸出數(shù)字高清視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)線進(jìn)行傳輸。在主機(jī)上可以通過(guò)NS2521接收在車(chē)內(nèi)的傳輸信號(hào)，并還原為視覺(jué)無(wú)損且具有極低延時(shí)的數(shù)字高清視頻信號(hào)，然后再由主處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。處理的結(jié)果一方面輸出的屏幕顯示，同時(shí)也輸出到ADAS的控制單元，對(duì)汽車(chē)行駛中的遇到的情況進(jìn)行調(diào)整。需要說(shuō)明的是，兩個(gè)AVT攝像機(jī)可以共用一個(gè)NS2521接收單元。若需要連接更多AVT攝像機(jī)時(shí)，就需要在主機(jī)的設(shè)計(jì)中預(yù)先增加更多的NS2521芯片。

圖4 AVT高清攝像機(jī)在ADAS系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　近年來(lái)以智能后視鏡和智能行車(chē)記錄儀為主導(dǎo)的車(chē)載視頻市場(chǎng)呈現(xiàn)出井噴態(tài)勢(shì)，出貨量開(kāi)始數(shù)以千萬(wàn)計(jì)。車(chē)載視頻產(chǎn)品的融合已經(jīng)出現(xiàn)，結(jié)合車(chē)輛導(dǎo)航、車(chē)載多媒體、車(chē)載娛樂(lè)的多種設(shè)備正在經(jīng)歷從標(biāo)清到高清、從模擬式到數(shù)字化、從單一功能到智能化多功能轉(zhuǎn)化的進(jìn)程，其中數(shù)字高清視頻傳輸技術(shù)將發(fā)揮極其重要的作用。

　　今年是中國(guó)智能駕駛輔助系統(tǒng)市場(chǎng)的元年。 ADAS將主要用于監(jiān)視、預(yù)警、剎車(chē)以及導(dǎo)向等任務(wù)，其需求將以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)十年保持高速增長(zhǎng)，是保護(hù)駕駛員，有效減少事故的安全措施，既有法規(guī)方面的要求又有消費(fèi)者的關(guān)注。從國(guó)際來(lái)看，歐盟和美國(guó)都強(qiáng)制性要求所有的機(jī)動(dòng)車(chē)在2020年前配備自主緊急剎車(chē)系統(tǒng)和前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)。一項(xiàng)最新國(guó)際調(diào)查機(jī)構(gòu)的報(bào)告顯示，汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)者對(duì)于那些提供了輔助駐車(chē)系統(tǒng)或后方盲點(diǎn)監(jiān)視之類的功能，舒適性和經(jīng)濟(jì)性并重的ADAS系統(tǒng)越來(lái)越感興趣。

　　由于處理器和傳感器預(yù)計(jì)將占據(jù)銷(xiāo)售額的大部分，因此半導(dǎo)體公司考慮通過(guò)提供有特色的產(chǎn)品在這些領(lǐng)域參與競(jìng)爭(zhēng)，隨著視頻視覺(jué)處理器的改進(jìn)，配合完整的系統(tǒng)解決方案，不僅在后裝市場(chǎng)，也將在前裝市場(chǎng)上占有一席之地，因此AVT系列芯片都經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的生產(chǎn)制造工藝和測(cè)試，能夠勝任車(chē)規(guī)的要求。AVT支持4K x 2K的芯片將在下半年推出，屆時(shí)將全面支持超高清的ADAS需求。