基于視覺(jué)處理的ADAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)在未來(lái)幾年將出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。主要原因之一是安全意識(shí)的增強(qiáng)，以及客戶對(duì)駕乘舒適度要求的提高。但最重要的原因是歐洲新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)(Euro NCAP)加強(qiáng)了安全要求，這將促使明年ADAS設(shè)備安裝率從個(gè)位數(shù)上升到幾乎100%。因此，可商業(yè)化運(yùn)行的解決方案無(wú)疑是當(dāng)務(wù)之急。

這是為了滿足當(dāng)今大容量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和一般客戶選擇功能的全新部署要求。ADI公司最近推出了全新的ADAS處理器系列(即Blackfin ADSP-BF60x系列)，以滿足這一新興巨大市場(chǎng)的需求。這一全新系列目前已推出兩款處理器，能夠滿足基于攝像頭的解決方案的全新需求。

根據(jù)需要解決的ADAS任務(wù)不同，如今的系統(tǒng)中采用了不同類型的傳感器。針對(duì)車(chē)輛附近的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控，可將雷達(dá)、超聲、激光雷達(dá)、PMD、攝像頭和夜視攝像頭用作單傳感器或多傳感器系統(tǒng)。后者結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)更加精確的結(jié)果。攝像頭系統(tǒng)將進(jìn)一步得到改善，可以看到車(chē)內(nèi)以便分析駕駛員的狀態(tài)。駕駛員的狀態(tài)和預(yù)測(cè)分析可用于更好地過(guò)濾ADAS系統(tǒng)未來(lái)會(huì)產(chǎn)生的各種警告信息。其目的是不要讓無(wú)關(guān)的警告信息充斥駕駛員。如果系統(tǒng)檢測(cè)到一名運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)的駕駛員正全神貫注地看著前方的交通狀況，過(guò)早警告他緊跟著一輛汽車(chē)可能會(huì)讓人不勝其擾。然而，如果知道駕駛員正在分神玩手機(jī)，或者快睡著了，同樣的情況下，及早發(fā)出警告甚至做出剎車(chē)動(dòng)作可能就非常合適。

ADAS系統(tǒng)可以擴(kuò)大車(chē)外視野，并對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)和分類，系統(tǒng)還可以確定駕駛員的狀態(tài)。這類系統(tǒng)的目的都是為了提高道路安全性，其也將很快成為新車(chē)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的一部分。ADAS系統(tǒng)提升了駕乘舒適性和經(jīng)濟(jì)性，例如，可以在發(fā)生傾斜之前及時(shí)控制換檔。這會(huì)進(jìn)一步提高駕駛員對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)可度，并使汽車(chē)制造商實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)上除標(biāo)準(zhǔn)ADAS設(shè)備以外的其他可選功能。

Euro NCAP推動(dòng)ADAS部署

Euro NCAP測(cè)試并公布了歐洲市面上車(chē)輛的安全性。測(cè)試采用透明的測(cè)試方法，測(cè)試分為四個(gè)種類：成人乘客保護(hù)、兒童乘客保護(hù)、行人保護(hù)和安全輔助(如安全帶提醒)。最終，Euro NCAP給出了五星級(jí)安全性評(píng)價(jià)，這一結(jié)果將在其網(wǎng)站上公布。每一個(gè)安全等級(jí)(一至五星)都需要達(dá)到四類中每一類的最低分，同時(shí)達(dá)到最低總分。

預(yù)計(jì)到2017年，如果不安裝ADAS系統(tǒng)，汽車(chē)將無(wú)法達(dá)到期望的五星級(jí)要求。因此，汽車(chē)制造商屆時(shí)將至少采用一套ADAS系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。從Euro NCAP的評(píng)級(jí)方案和近年來(lái)的變化對(duì)比中我們可以看到目前的考查重點(diǎn)。2011至2012年間，行人保護(hù)的最低得分要求提升了50%。這進(jìn)一步提升了ADAS攝像頭的重要性，這是因?yàn)槠洳粌H能對(duì)行人等對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)和分類，還可以根據(jù)評(píng)級(jí)方案要求對(duì)模糊不清的行人進(jìn)行檢測(cè)和分類。

攝像頭促成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

基于攝像頭的ADAS并非新技術(shù)——這項(xiàng)技術(shù)在過(guò)去幾年中逐漸成熟，但大多數(shù)時(shí)候都被視為高級(jí)品牌轎車(chē)上的客戶選配。這項(xiàng)技術(shù)不斷完善，如今已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大作用，能夠滿足新興的Euro NCAP要求。然而，我們必須反思這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)設(shè)備業(yè)務(wù)將其在商業(yè)方面的價(jià)值推到了公眾的焦點(diǎn)。過(guò)去，系統(tǒng)往往復(fù)雜且具有高性能，而目前所面臨的任務(wù)卻大不相同。如今的ADAS系統(tǒng)必須在適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)水平下恰好滿足所需的功能。系統(tǒng)提供商和器件供應(yīng)商(如ADI公司)如今面臨著權(quán)衡問(wèn)題：既要實(shí)現(xiàn)具有商業(yè)吸引力的解決方案，又要保持OEM差異化生產(chǎn)的自由性。

ADI公司很早就涉足駕駛員輔助系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，并不斷投資這項(xiàng)新興技術(shù)。如今，ADI公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一套先進(jìn)的專用ASAD解決方案，目前首批推出的兩款針對(duì)基于攝相機(jī)系統(tǒng)的處理器開(kāi)始樣片。從一開(kāi)始，以ADAS攝像頭為中心的處理器的規(guī)格目標(biāo)就是減少總擁有成本(ToC)，同時(shí)又不犧牲系統(tǒng)供應(yīng)商和OEM的靈活性。除了所需的編程能力和足夠的處理能力外，該處理器還實(shí)現(xiàn)了同級(jí)產(chǎn)品的最低功耗，使散熱設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)。該處理器支持ISO 26262要求的功能安全，可提供面向應(yīng)用的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及最優(yōu)的視覺(jué)處理庫(kù)，從而有助于設(shè)計(jì)出一套上市時(shí)間短、風(fēng)險(xiǎn)低的總體系統(tǒng)。

系統(tǒng)級(jí)最佳性能

ADSP-BF60x將具有五項(xiàng)功能的系統(tǒng)的總體成本降低了30%。ADSP-BF609(可處理高達(dá)百萬(wàn)像素格式)和ADSP-BF608(可處理高達(dá)VGA格式)支持高達(dá)五種并行視覺(jué)功能，每秒可處理高達(dá)30幀。ADSP-BF60x在105℃環(huán)境溫度下的功耗不足1.3W，具有同類產(chǎn)品的最低功耗。

為了實(shí)現(xiàn)這一功耗，ADI公司采用了直接又特別的概念。這一概念基于兩個(gè)Blackfin內(nèi)核，因?yàn)橐蚜慨a(chǎn)的ADAS系統(tǒng)正采用這一架構(gòu)。然而，那些無(wú)法經(jīng)濟(jì)高效地在軟件中模型化的算法已經(jīng)采用硬件引擎實(shí)現(xiàn)，由此產(chǎn)生了高度可配置的視覺(jué)處理單元工具箱。ADI公司將其稱作“流水線視覺(jué)處理單元”(PVP)，如今它已成為全新ADSP-BF60x處理器的一部分。雖然采用了低功耗處理技術(shù)，但還需要以進(jìn)一步創(chuàng)新來(lái)解決現(xiàn)代設(shè)計(jì)中最重要的功耗問(wèn)題：外部存儲(chǔ)器(DDR)接口。通過(guò)適當(dāng)分配處理能力和合理利用適度的存儲(chǔ)器帶寬，可以實(shí)現(xiàn)最低功耗。此外，一些硬件模塊也增強(qiáng)了Blackfin架構(gòu)，使其能夠滿足功能安全要求。

有效數(shù)據(jù)流

許多芯片架構(gòu)都從視頻傳感器接收數(shù)據(jù)，并將其逐幀保存至外部存儲(chǔ)器(如DDR)以供逐幀回讀(略有延遲)。多核架構(gòu)甚至還趨向于大幅加快數(shù)據(jù)移動(dòng)，目的只是為了使內(nèi)核能夠識(shí)別每一幀感興趣區(qū)域(ROI)。ADSP-BF60x概念避免了視頻數(shù)據(jù)的這種功耗傳輸。全幀依然存儲(chǔ)在DDR2存儲(chǔ)器中，但無(wú)需回讀整幀。輸入數(shù)據(jù)一被器件接收后，就會(huì)多點(diǎn)傳輸至流水線視覺(jué)處理單元(PVP)，PVP會(huì)在數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中直接對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。

如圖1所示，PVP攝像頭數(shù)據(jù)流水線可以產(chǎn)生多達(dá)三個(gè)中間預(yù)處理結(jié)果，例如邊緣圖像、積分或通過(guò)非線性閾值的重新量化。在上方，它可以提供直方圖之類的狀態(tài)信息。無(wú)需在Blackfin內(nèi)核上執(zhí)行一條指令，也無(wú)需通過(guò)DDR總線傳輸一個(gè)字節(jié)，就可以實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果。此外，PVP在輸出中間結(jié)果時(shí)還采用了高密度數(shù)據(jù)格式，因此，結(jié)果在大多數(shù)時(shí)候都存儲(chǔ)在片內(nèi)L1和L2存儲(chǔ)器中。