【導讀】在汽車安全技術應用領域中，從識別、預測、到預防環(huán)節(jié)，ADAS系統(tǒng)都可以發(fā)揮用武之地，可極大改善汽車安全性和防止事故，同時也可增加駕駛舒適性。
隨著中高端汽車市場的快速發(fā)展，以及各國政府和民眾安全性意識的大幅提升，曾經服務于小眾高端市場的高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）技術獲得了快速發(fā)展的動力，特別是隨著平臺和解決方案成本的下降，ADAS應用及傳感平臺的配備已經從高端汽車向中端甚至入門級汽車車型中快速滲透。對于汽車 OEM廠商來說，在被動安全系統(tǒng)以及信息娛樂設備、ABS、ESP等已成為當前汽車電子標配設備之后， ADAS這類先進的主動安全系統(tǒng)還可作為產品差異化的增值亮點。
據IHS isuppli公司的汽車研究專題報告，2011年自適應巡航控制系統(tǒng)（ACC）、車道偏離警告（LDW）和側面物體探測（SOD）等三大ADAS技術的營業(yè)收入合計達到16.5億美元，比2010年大增57%。2012年增長勢頭更為強勁，合計營業(yè)收入將增加到26.9億美元，增長高達63%。
“在如圖1所示的汽車安全技術應用領域中，從識別、預測、到預防環(huán)節(jié)，ADAS系統(tǒng)都可以發(fā)揮用武之地，可極大改善汽車安全性和防止事故，同時也可增加駕駛舒適性。”ADI公司大中華區(qū)汽車電子高級經理李防震表示，“ADI正是看好ADAS在全球和中國汽車市場的前景，專門在印度成立了一個方案研發(fā)團隊，已開發(fā)出一系列ADAS參考設計方案和底層算法，并通過國內的第三方公司進行二次開發(fā)，可免費提供給客戶，降低成本的同時幫助客戶大幅縮短設計周期。”
圖1 汽車安全技術應用領域的四大環(huán)節(jié)
基于視覺的ADAS對信號處理的要求
前文提到ADAS三大主流應用之一的車道偏離警告（LDW）技術可監(jiān)測汽車在車道內的橫向運動，當汽車可能超過車道線時，向駕車者發(fā)出警告。這種系統(tǒng)技術就是基于視覺（攝像頭）的ADAS系統(tǒng)的一種具體實現。
事實上基于視覺的ADAS通過發(fā)揮攝像頭識別作用，可以從多方面大大提高行車安全性。通過安裝后視/前視/側視攝像頭和視覺處理ECU，可以實現多種功能來幫助駕駛員提前防范風險。研究報告稱，目前有70%的汽車具備后視功能，30%的高檔汽車具備前視功能，到2015年這一比例預計會達到60%，因此基于視覺的ADAS會比基于雷達的ADAS系統(tǒng)（更側重在目標檢測）更快地在中低端汽車市場普及開來。
“目前比較受歡迎的應用包括車道偏離告警（LDW）、遠光近光調整（HB/LB）、交通標志識別（TSR）、行人檢測（PD）、停車輔助、后視/環(huán)視、防撞預警等。但由于車型或對市場的理解不同，不同汽車OEM廠商的視覺ADAS應用系統(tǒng)功能定位有一定差異，因此對數字信號處理芯片平臺規(guī)格需求也會有一定差異。”ADI的李防震介紹說。
圖2 基于視覺的ADAS系統(tǒng)主信號鏈
圖2展示了基于視覺的ADAS系統(tǒng)主信號鏈，主要包括模擬視頻傳輸、編碼、傳輸、解碼、處理和顯示這幾部分。李防震分析道：“由于攝像頭分辨率趨向于越來越高，數量越來越多，每個系統(tǒng)的功能數量不斷增多，所有這些趨勢都提高了對DSP器件的性能要求。與此同時，對信號處理功耗成本比的要求則更嚴苛。”
專門針對ADAS應用的處理器和免費設計資源
面對這些趨勢和需求，ADI公司目前可提供專門針對ADAS應用的Blackfin處理器系列和成熟可靠的高性能視頻處理解決方案，適用于從單功能到多功能的各種基于視覺的ADAS系統(tǒng)。為滿足不同汽車OEM客戶的需求，ADI提供了從處理速度（從400MHz到1GHz不等）、內存、接口等方面有所不同的產品選型。此外，ADI還提供配套使用的品種豐富、性能優(yōu)異的視頻解碼器/編碼器、視頻多路復用器/開關和視頻放大器等主信號鏈元器件。
全球市場上，主要汽車供應商和OEM廠商都在利用ADI公司的領先高性能信號處理技術，在客車上實施并部署各種基于雷達和視覺的ADAS系統(tǒng)。據悉，在中國市場，基于視覺的ADAS系統(tǒng)如提供路線偏差告警、交通標志識別、智能前燈控制、物體檢測/分類、行人檢測等功能的開發(fā)項目已有若干廠商在開展，但基于雷達的ADAS系統(tǒng)（還可提供前/后停車幫助、安全車距預警、車道變換輔助、盲點檢測、自適應巡航等功能）還鮮有人跟進。
李防震透露，中國ADAS開發(fā)客戶常選的Blackfin型號為ADSP-BF561、ADSP-BF549或ADSP-BF534。這些產品均符合ISO 26262標準定義的ASIL（汽車安全完整性等級）規(guī)范，支持汽車安全概念。而由ADI專門團隊開發(fā)出來的優(yōu)化的Blackfin編譯器和圖像處理工具箱（ITB）底層算法庫能夠最大程度地提高運行效率和MIPS。而基于軟件的架構有助于用戶推出與眾不同的產品。
其中，ITB包含一整套軟件模塊形式的圖像處理代碼，兼容MISRA-C，針對Blackfin處理器進行了優(yōu)化。ITB產品功能包括：色彩轉換；圖像濾波器，如卷積、索貝爾（Sobel）和相關等；形態(tài)運算，如侵蝕和膨脹等；矩陣運算；圖像濾波器；線性代數；估計器，如卡爾曼濾波器等；金字塔；ADAS模塊，如霍夫變換、2D積分圖像和魚眼校正等。
另外，ADI提供的設計資源還包括 ADSP-BF53x/ADSP-BF54x/ADSP-BF561評估板EZ-KIT Lite；Blackfin DSP集成開發(fā)環(huán)境：Visual DSP++®和CCES®；視頻解碼器、編碼器/DAC、視頻放大器、視頻多路復用器等的評估板。“算法庫源代碼、評估板等設計資源ADI均可免費提供給客戶，這是ADI ADAS解決方案的一大優(yōu)勢，而競爭對手的評估板是要付費的，代碼也不會免費開放。”李防震表示。
而ADI最近推出的新一代雙核、1GHz處理能力的Blackfin處理器ADSP-BF608和ADSP-BF609針對嵌入式視覺應用進行了優(yōu)化，并均配備一個稱為“流水線視覺處理器（PVP） ”的高性能視頻分析加速器。PVP由一組可配置的硬件處理模塊構成，設計用于加速多達5個并行圖像算法，從而實現極高的分析性能。這些處理器將是未來ADAS系統(tǒng)應用的又一理想之選。
典型案例：Aglaia駕駛員輔助視覺傳感器系統(tǒng)
德國Aglaia GmbH公司已上市的汽車駕駛員輔助視覺傳感器系統(tǒng)，具有防止交通事故發(fā)生和改善交通流量的功能。這種實時電子眼方案由硬件和軟件組成，它模仿了人類從眼球（圖像捕捉）到大腦（圖像分析和闡釋）的視覺系統(tǒng)。它能夠通知駕駛員前方的交通標志，對潛在的交通沖突發(fā)出警告，自動限速，當駕駛員駛出車道線時發(fā)出警告。該系統(tǒng)甚至可以提供“疲勞分析”幫助駕駛員避免碰撞。
Aglaia的完整解決方案包括CMOS攝像頭、圖像傳感器和圖像處理算法。交通分析應用程序包括可軟件配置的功能模塊，例如車道線識別、物體識別、交通標志識別、頭燈及尾燈識別。運行于PC技術的這個應用軟件，專為汽車應用而優(yōu)化，可以實時處理捕捉的視頻圖像。堅固耐用的CMOS攝像頭通過IEEE 1394b火線與Aglaia的低成本電子控制單元（ECU）電路板TEPLA連接。反過來，TEPLA可以連接到收集汽車傳感器系統(tǒng)數據的CAN總線。
圖3 德國Aglaia 公司已上市的駕駛員輔助視覺傳感器系統(tǒng)核心控制板采用四個ADSP-BF561處理器
Aglaia系統(tǒng)的TEPLA板內嵌四個Blackfin®ADSP-BF561處理器，每個處理器都有兩個600MHz的內核，提供總共4.8 GHz的處理能力，并可以擴展到每板上有6個處理器。插兩塊TEPLA可以加倍處理性能。經過對現有解決方案的全面市場調研，因為Blackfin具有高性能、低成本、低功耗和豐富I/O接口的優(yōu)勢，Aglaia最終選擇了該款處理器。
I.低功耗
Aglaia當初的設計規(guī)格是要求系統(tǒng)整體在大約3A電流左右消耗少于20W的能量，而且要求在一個單芯片上包括嵌入式微控制器和信號處理器。包含BF561器件的1.2V設計產品只消耗不到1A的電流，很容易滿足Aglaia的系統(tǒng)功耗限制的要求。
II.高性能
Aglaia TEPLA內部的四個ADSP-BF561處理器可以在低階算法上協(xié)同運算，比如可以很容易地實現邊緣檢測，因為他們屬性相同從而可以高效合成。這些處理器同樣可以在高階算法上協(xié)同運算，這種應用一般是指需要這些高性能信號處理器發(fā)揮所有能力才能解決的問題。同時包括實時算法，如需要根據攝像頭提取的道路和斑馬線特征計算出車輛的前方和側面相對位置。曲線檢測算法可以自動處理由車輛、信號標志、光斑或者陰影，或者低圖像對比度造成的盲區(qū)，這么復雜的高強度數學運算，只有像Blackfin這樣的高性能信號處理器才可以完成任務。
同樣的，對根據來自兩個攝像頭的數據三角相關來檢測道路上的物體和/或在三維空間上相對于車輛的位置的情況，也需要一個高性能的信號處理器。Blackfin提供了可伸縮的處理性能用于圖像處理和其他任務，比如在TEPLA和攝像頭傳感器網絡之間通過CAN總線和LIN總線通信。
III.豐富的I/O接口
Aglaia選擇Blackfin的另一個重要原因是它的I/O、存儲器、并行數據端口（PPI）和直接內存存?。―MA）特點。Blackfin處理器擁有大容量片上存儲器和I/O接口，能夠滿足高速幀抓取和數據傳輸需要，同時它能夠在推薦溫度范圍內工作。這是Aglaia在這個價位上發(fā)現的適于汽車應用的第一款處理器。
ADSP-BF561處理器自帶328 K字節(jié)片上存儲器并提供兩個PPI，可以直接連接并行A/D和D/A轉換器或其他通用外設。該處理器同樣含有多個獨立DMA控制器，支持數據自動傳輸從而使處理器內核的負擔最小化，它還有兩個雙通道全雙工同步串行口。
IV.簡便易用的開發(fā)和調試工具
Aglaia使用ADI公司的Visual DSP++，一個容易安裝、使用方便的集成軟件開發(fā)和調試環(huán)境（IDE），對工程從頭至尾高效管理。ADI提供了一個包含編譯器、連接器和調試器的超高性能的工具鏈。Aglaia同樣采用了ADI的基于PCI的JTAG仿真器接口來加速應用開發(fā)。
V.高性價比
ADSP-BF561處理器雙核獨特組合減少了對單獨的數字信號和控制處理器的需要，從而減少了物料成本，同時極大地簡化了軟硬件開發(fā)任務。因為Blackfin具有很好的性價比，Aglaia預測將來會有更多更新的應用移植到TEPLA上，如交通流量分析、安全和生物識別等。反過來，Aglaia會從ADI尋找可以支持更大內部存儲器、更多I/O端口甚至更快處理速度的新一代Blackfin處理器。來源：電子發(fā)燒友。
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