隨著(zhù)中高端汽車(chē)市場(chǎng)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(jīng)服務(wù)于小眾高端市場(chǎng)的高級駕駛員輔助系統（ADAS）技術(shù)獲得了快速發(fā)展的動(dòng)力，特別是隨著(zhù)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(jīng)從高端汽車(chē)向中端甚至入門(mén)級汽車(chē)車(chē)型中快速滲透。對于汽車(chē) OEM廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，在被動(dòng)安全系統以及信息娛樂(lè )設備、ABS、ESP等已成為當前汽車(chē)電子標配設備之后， ADAS這類(lèi)先進(jìn)的主動(dòng)安全系統還可作為產(chǎn)品差異化的增值亮點(diǎn)。

 

據IHS isuppli公司的汽車(chē)研究專(zhuān)題報告，2011年自適應巡航控制系統（ACC）、車(chē)道偏離警告（LDW）和側面物體探測（SOD）等三大ADAS技術(shù)的營(yíng)業(yè)收入合計達到16.5億美元，比2010年大增57%。2012年增長(cháng)勢頭更為強勁，合計營(yíng)業(yè)收入將增加到26.9億美元，增長(cháng)高達63%。

 

“在如圖1所示的汽車(chē)安全技術(shù)應用領(lǐng)域中，從識別、預測、到預防環(huán)節，ADAS系統都可以發(fā)揮用武之地，可極大改善汽車(chē)安全性和防止事故，同時(shí)也可增加駕駛舒適性。”ADI公司大中華區汽車(chē)電子高級經(jīng)理李防震表示，“ADI正是看好ADAS在全球和中國汽車(chē)市場(chǎng)的前景，專(zhuān)門(mén)在印度成立了一個(gè)方案研發(fā)團隊，已開(kāi)發(fā)出一系列ADAS參考設計方案和底層算法，并通過(guò)國內的第三方公司進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可免費提供給客戶(hù)，降低成本的同時(shí)幫助客戶(hù)大幅縮短設計周期。”

 

圖1 汽車(chē)安全技術(shù)應用領(lǐng)域的四大環(huán)節

 

 

前文提到ADAS三大主流應用之一的車(chē)道偏離警告（LDW）技術(shù)可監測汽車(chē)在車(chē)道內的橫向運動(dòng)，當汽車(chē)可能超過(guò)車(chē)道線(xiàn)時(shí)，向駕車(chē)者發(fā)出警告。這種系統技術(shù)就是基于視覺(jué)（攝像頭）的ADAS系統的一種具體實(shí)現。

 

事實(shí)上基于視覺(jué)的ADAS通過(guò)發(fā)揮攝像頭識別作用，可以從多方面大大提高行車(chē)安全性。通過(guò)安裝后視/前視/側視攝像頭和視覺(jué)處理ECU，可以實(shí)現多種功能來(lái)幫助駕駛員提前防范風(fēng)險。研究報告稱(chēng)，目前有70%的汽車(chē)具備后視功能，30%的高檔汽車(chē)具備前視功能，到2015年這一比例預計會(huì )達到60%，因此基于視覺(jué)的ADAS會(huì )比基于雷達的ADAS系統（更側重在目標檢測）更快地在中低端汽車(chē)市場(chǎng)普及開(kāi)來(lái)。

 

“目前比較受歡迎的應用包括車(chē)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(chē)輔助、后視/環(huán)視、防撞預警等。但由于車(chē)型或對市場(chǎng)的理解不同，不同汽車(chē)OEM廠(chǎng)商的視覺(jué)ADAS應用系統功能定位有一定差異，因此對數字信號處理芯片平臺規格需求也會(huì )有一定差異。”ADI的李防震介紹說(shuō)。

 

圖2 基于視覺(jué)的ADAS系統主信號鏈

 

圖2展示了基于視覺(jué)的ADAS系統主信號鏈，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(lái)越高，數量越來(lái)越多，每個(gè)系統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(shí)，對信號處理功耗成本比的要求則更嚴苛。”

 

 

面對這些趨勢和需求，ADI公司目前可提供專(zhuān)門(mén)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(jué)的ADAS系統。為滿(mǎn)足不同汽車(chē)OEM客戶(hù)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(chǎn)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(kāi)關(guān)和視頻放大器等主信號鏈元器件。

 

全球市場(chǎng)上，主要汽車(chē)供應商和OEM廠(chǎng)商都在利用ADI公司的領(lǐng)先高性能信號處理技術(shù)，在客車(chē)上實(shí)施并部署各種基于雷達和視覺(jué)的ADAS系統。據悉，在中國市場(chǎng)，基于視覺(jué)的ADAS系統如提供路線(xiàn)偏差告警、交通標志識別、智能前燈控制、物體檢測/分類(lèi)、行人檢測等功能的開(kāi)發(fā)項目已有若干廠(chǎng)商在開(kāi)展，但基于雷達的ADAS系統（還可提供前/后停車(chē)幫助、安全車(chē)距預警、車(chē)道變換輔助、盲點(diǎn)檢測、自適應巡航等功能）還鮮有人跟進(jìn)。

 

李防震透露，中國ADAS開(kāi)發(fā)客戶(hù)常選的Blackfin型號為ADSP-BF561、ADSP-BF549或ADSP-BF534。這些產(chǎn)品均符合ISO 26262標準定義的ASIL（汽車(chē)安全完整性等級）規范，支持汽車(chē)安全概念。而由ADI專(zhuān)門(mén)團隊開(kāi)發(fā)出來(lái)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(hù)推出與眾不同的產(chǎn)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(jìn)行了優(yōu)化。ITB產(chǎn)品功能包括：色彩轉換；圖像濾波器，如卷積、索貝爾（Sobel）和相關(guān)等；形態(tài)運算，如侵蝕和膨脹等；矩陣運算；圖像濾波器；線(xiàn)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(yú)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(kāi)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(hù)，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(huì )免費開(kāi)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(jué)應用進(jìn)行了優(yōu)化，并均配備一個(gè)稱(chēng)為“流水線(xiàn)視覺(jué)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(gè)并行圖像算法，從而實(shí)現極高的分析性能。這些處理器將是未來(lái)ADAS系統應用的又一理想之選。

　　

 

德國Aglaia GmbH公司已上市的汽車(chē)駕駛員輔助視覺(jué)傳感器系統，具有防止交通事故發(fā)生和改善交通流量的功能。這種實(shí)時(shí)電子眼方案由硬件和軟件組成，它模仿了人類(lèi)從眼球（圖像捕捉）到大腦（圖像分析和闡釋?zhuān)┑囊曈X(jué)系統。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(dòng)限速，當駕駛員駛出車(chē)道線(xiàn)時(shí)發(fā)出警告。該系統甚至可以提供“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(chē)道線(xiàn)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(shù)的這個(gè)應用軟件，專(zhuān)為汽車(chē)應用而優(yōu)化，可以實(shí)時(shí)處理捕捉的視頻圖像。堅固耐用的CMOS攝像頭通過(guò)IEEE 1394b火線(xiàn)與Aglaia的低成本電子控制單元（ECU）電路板TEPLA連接。反過(guò)來(lái)，TEPLA可以連接到收集汽車(chē)傳感器系統數據的CAN總線(xiàn)。

 

圖3 德國Aglaia 公司已上市的駕駛員輔助視覺(jué)傳感器系統核心控制板采用四個(gè)ADSP-BF561處理器

 

Aglaia系統的TEPLA板內嵌四個(gè)Blackfin®ADSP-BF561處理器，每個(gè)處理器都有兩個(gè)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(gè)處理器。插兩塊TEPLA可以加倍處理性能。經(jīng)過(guò)對現有解決方案的全面市場(chǎng)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當初的設計規格是要求系統整體在大約3A電流左右消耗少于20W的能量，而且要求在一個(gè)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(chǎn)品只消耗不到1A的電流，很容易滿(mǎn)足Aglaia的系統功耗限制的要求。

 

II.高性能

 

Aglaia TEPLA內部的四個(gè)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(shí)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(wèn)題。同時(shí)包括實(shí)時(shí)算法，如需要根據攝像頭提取的道路和斑馬線(xiàn)特征計算出車(chē)輛的前方和側面相對位置。曲線(xiàn)檢測算法可以自動(dòng)處理由車(chē)輛、信號標志、光斑或者陰影，或者低圖像對比度造成的盲區，這么復雜的高強度數學(xué)運算，只有像Blackfin這樣的高性能信號處理器才可以完成任務(wù)。

 

同樣的，對根據來(lái)自?xún)蓚€(gè)攝像頭的數據三角相關(guān)來(lái)檢測道路上的物體和/或在三維空間上相對于車(chē)輛的位置的情況，也需要一個(gè)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(wù)，比如在TEPLA和攝像頭傳感器網(wǎng)絡(luò )之間通過(guò)CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)通信。

 

III.豐富的I/O接口

 

Aglaia選擇Blackfin的另一個(gè)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(diǎn)。Blackfin處理器擁有大容量片上存儲器和I/O接口，能夠滿(mǎn)足高速幀抓取和數據傳輸需要，同時(shí)它能夠在推薦溫度范圍內工作。這是Aglaia在這個(gè)價(jià)位上發(fā)現的適于汽車(chē)應用的第一款處理器。

 

ADSP-BF561處理器自帶328 K字節片上存儲器并提供兩個(gè)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(gè)獨立DMA控制器，支持數據自動(dòng)傳輸從而使處理器內核的負擔最小化，它還有兩個(gè)雙通道全雙工同步串行口。

 

IV.簡(jiǎn)便易用的開(kāi)發(fā)和調試工具

 

Aglaia使用ADI公司的Visual DSP++，一個(gè)容易安裝、使用方便的集成軟件開(kāi)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(gè)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(lái)加速應用開(kāi)發(fā)。

 

V.高性?xún)r(jià)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(shí)極大地簡(jiǎn)化了軟硬件開(kāi)發(fā)任務(wù)。因為Blackfin具有很好的性?xún)r(jià)比，Aglaia預測將來(lái)會(huì )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(guò)來(lái)，Aglaia會(huì )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(lái)源：電子發(fā)燒友。


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