360度全景環(huán)視和自動(dòng)泊車系統(tǒng)

駕駛員難免遇到行程匆忙、回避麻煩或?qū)で蟊憷那闆r，在這些常見場(chǎng)景中真是有苦難言。幸運(yùn)的是，自動(dòng)駕駛功能將緩解這類尷尬，提供更便利、舒適的駕駛體驗(yàn)，即使是泊車這種日常操作也不在話下。

基礎(chǔ)環(huán)視系統(tǒng)為駕駛員提供可視化提示，從而讓他們更加全面地了解周圍環(huán)境。通過深度學(xué)習(xí)汽車攝像頭捕獲的視頻圖像，可提供更高級(jí)的服務(wù)，如檢測(cè)空的停車位、自動(dòng)泊車和啟用無人駕駛的“自動(dòng)代客泊車”功能。

這些自動(dòng)功能（包括多攝像頭輸入、視覺感知和場(chǎng)景創(chuàng)建）需要汽車具有強(qiáng)大的處理能力。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用的處理器需要具有整合數(shù)以兆字節(jié)的視覺數(shù)據(jù)或其他傳感器數(shù)據(jù)的能力，從而為汽車創(chuàng)建一個(gè)經(jīng)過解讀的環(huán)境，在有/無駕駛員的情況下均支持低速、安全操控車輛。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，德州儀器 (TI) 專門設(shè)計(jì)了Jacinto? 7 處理器系列。

在此白皮書中，我們將說明汽車客戶如何借助 TI Jacinto TDA4VM 器件構(gòu)建 ADAS 應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)輔助和全自動(dòng)泊車功能，還將提供各類細(xì)分的汽車市場(chǎng)（緊湊型、中型、大型和豪華版）對(duì) Jacinto TDA4VM 處理器芯片和軟件平臺(tái)的技術(shù)要求，并介紹如何引入實(shí)現(xiàn)安全、舒適的全自動(dòng)泊車所需的技術(shù)。

自動(dòng)泊車和泊車輔助系統(tǒng)

根據(jù)泊車輔助系統(tǒng)的不同功能，該系統(tǒng)可分為三個(gè)基本類型。表 1 對(duì)這三種類型進(jìn)行了詳細(xì)的介紹?；A(chǔ)環(huán)視系統(tǒng)使用多個(gè)攝像頭輸入為駕駛員提供汽車周圍區(qū)域的 360 度全景視圖。攝像頭輸入拼接到以汽車為中心的俯視圖中。該圖像以可視化的形式提供給駕駛員，以提供手動(dòng)泊車輔助。顯示汽車與物體、路緣或停車線相對(duì)位置的多個(gè)圖層的疊加增強(qiáng)了環(huán)視圖像的可用性。

表 1.環(huán)視和自動(dòng)泊車應(yīng)用和要求。

下一個(gè)類型的泊車輔助系統(tǒng)是半自動(dòng)泊車系統(tǒng)。這類系統(tǒng)綜合了攝像頭、超聲和位置信息，能夠生成更詳盡的汽車周圍環(huán)境圖片，從而在某種程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)泊車。借助上述信息，汽車將完成基本的泊車操作，即通過控制轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速和換檔，自動(dòng)停在（或駛離）可用的水平或垂直車位。在這類場(chǎng)景中，駕駛員首先需找到一個(gè)空車位，且仍對(duì)負(fù)責(zé)自動(dòng)泊車的系統(tǒng)進(jìn)行完全控制（如需要）。

全自動(dòng)代客泊車系統(tǒng)會(huì)接手后續(xù)步驟，控制汽車全自動(dòng)駛?cè)牒婉傠x界限分明的停車場(chǎng)。泊車過程中，駕駛員會(huì)讓出確定可用車位后對(duì)車輛的控制。這一應(yīng)用需要更多的傳感器輸入和更復(fù)雜的處理和算法，從而可靠、安全地自動(dòng)完成泊車。

從基礎(chǔ)環(huán)視功能到全自動(dòng)代客泊車，各個(gè)方案對(duì)傳感器、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的需求越來越高。為實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用而配置的處理器片上系統(tǒng) (SoC)

需要：

?   圖像輸入，

?   通用處理，

?   加速特定的深度學(xué)習(xí)任務(wù)，

?   多層疊加的圖像渲染，以及

?   有助于確保系統(tǒng)安全運(yùn)行的符合汽車安全完整性等級(jí) (ASIL) 的處理。

表 1 詳細(xì)說明了各個(gè)系統(tǒng)類型所需的算法和片上功能。 所有這些功能所需的絕對(duì)性能，如深度學(xué)習(xí)萬億次運(yùn)算每秒 (DLTOPS)、每秒百萬條指令(DMIPS)、每秒十億次浮點(diǎn)運(yùn)算 (GFLOPS) 或圖像信號(hào)處理器 (ISP) 或硬件加速器 (HWA) 引擎的百萬像素處理功能，可進(jìn)一步將系統(tǒng)類型進(jìn)行細(xì)分。

TDA4VM 處理器的 Jacinto 系列如何應(yīng)對(duì)環(huán)視和自動(dòng)泊車挑戰(zhàn)

正如你通過表 1 可能了解的情況一樣，汽車制造商的系統(tǒng)架構(gòu)師和業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)以及一級(jí)供應(yīng)商在將這些功能引入到汽車生產(chǎn)的過程中，面臨若干挑戰(zhàn)。首先，汽車制造商希望在各個(gè)車型上安裝一系列功能 —  經(jīng)濟(jì)車型配備簡(jiǎn)單環(huán)視功能，中型車和豪華車配備增強(qiáng)的感知和自動(dòng)化水平。各個(gè)車型配備與其價(jià)格相符的設(shè)備：經(jīng)濟(jì)車型無法與高端奢華車型配備相同的電子裝置。針對(duì)每一車型的不同軟件，開發(fā)和驗(yàn)證處理器平臺(tái)不僅費(fèi)時(shí)，而且成本高昂。

有一種解決方案可通過向基礎(chǔ)設(shè)計(jì)添加其他傳感器和攝像頭將低端汽車升級(jí)為高端汽車，一級(jí)供應(yīng)商青睞能提供實(shí)施這種解決方案常見方法的平臺(tái)。重復(fù)利用硬件和軟件資產(chǎn)可提高必要的開發(fā)效率，從而最大限度地降低不同產(chǎn)品的研發(fā)成本并加快其進(jìn)入市場(chǎng)速度。

Jacinto TDA4VM 處理器系列和 TI 的處理器軟件開發(fā)套件 (SDK) 相結(jié)合，為 OEM 和一級(jí)供應(yīng)商解決這一問題提供了新的方法。該處理器可通過異構(gòu)處理提高應(yīng)用性能并降低功耗，使其適用于散熱和尺寸受限的嵌入式空間。TI 的 Jacinto TDA4VM SoC采用硬件加速器、專用處理器核心、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、通用處理器和微控制器 (MCU)，可幫助設(shè)計(jì)人員制定高效的系統(tǒng)解決方案。TI 精選并設(shè)計(jì)了各種具有知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 的組件，以幫助解決具體問題并符合各種終端系統(tǒng)的要求。

表 2 說明了簡(jiǎn)單環(huán)視監(jiān)控應(yīng)用和更復(fù)雜的自動(dòng)代客泊車用例中常用的處理步驟和 IP 組件。

表 2.環(huán)視和自動(dòng)泊車應(yīng)用的處理步驟以及所用的 SoC IP。

異構(gòu)方法要求每種處理器內(nèi)核或加速器使用特定的軟件?？赏ㄟ^更高級(jí)的軟件理念抽象封裝低級(jí)軟件棧，并針對(duì)硬件優(yōu)化，從而簡(jiǎn)化開發(fā)并提供高性能訪問權(quán)限。OpenVX就是這樣的一種免版稅開源軟件框架，專為實(shí)時(shí)嵌入式視覺處理而設(shè)計(jì)。TI 的 Processor SDK 通過基于 OpenVX的例程，展示如何利用 SDK 中的軟件組件構(gòu)建應(yīng)用（如環(huán)視監(jiān)控）。

綜上所述：Jacinto TDA4VM SoC

泊車輔助和自動(dòng)化應(yīng)用基本上都需要采集攝像頭和圖像傳感器數(shù)據(jù)，并為處理階段進(jìn)行預(yù)處理。處理階段處理圖像數(shù)據(jù)并執(zhí)行分析和深度學(xué)習(xí)算法，從而抽取與泊車應(yīng)用相關(guān)的主要特性。這一階段整合（或融合）其他傳感器的數(shù)據(jù)，從而形成汽車周圍環(huán)境更全面的感知，并提供給決策應(yīng)用，此例中是安全操控汽車駛?cè)牒婉傠x停車位。最后一步則是以直觀的方式向駕駛員展示圖像數(shù)據(jù)，從而幫助他們安全駕駛車輛。保存視頻數(shù)據(jù)留作日后查看也很有必要，尤其是在全自動(dòng)場(chǎng)景中。所有這些操作都必須在能提供冗余并將任務(wù)關(guān)鍵型功能與其他操作進(jìn)行邏輯（或物理）分區(qū)的功能安全環(huán)境中進(jìn)行。

TI 在 TDA4VM SoC 的設(shè)計(jì)中已考慮所有這些應(yīng)用要求。基于對(duì)該系統(tǒng)的理解和提供高效、靈活且易用的解決方案的目標(biāo)，TDA4VM SoC 包含多種組件來滿足采集、處理和渲染要求。其中的一個(gè)主要設(shè)計(jì)是平衡處理和數(shù)據(jù)需求，從而確保本地存儲(chǔ)有足夠的空間且能適當(dāng)訪問高速外部存儲(chǔ)，同時(shí)確保處理系統(tǒng)高效運(yùn)行。

圖 1.基于 TDA4VM 的簡(jiǎn)化環(huán)視系統(tǒng)。

表 3.環(huán)視應(yīng)用階段與對(duì)應(yīng)的 TDA4VM 器件特性。

圖 1 所示為 TDA4VM 器件在環(huán)視用例中的簡(jiǎn)化方框圖，顯示視頻和其他傳感器輸入、顯示輸出和對(duì)壓縮視頻文件存儲(chǔ)器的訪問。表 3 介紹環(huán)視和自動(dòng)泊車應(yīng)用的處理階段，以及支持這些處理階段的TDA4VM 器件的主要特性。 如上所述，TDA4VM 器件是非常完整的片上系統(tǒng)，適用于這類泊車應(yīng)用。芯片解決方案必須擁有與芯片配套的軟件環(huán)境。TDA4VM SoC 由適用于 Linux 的完整軟件套件和TI 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS) 內(nèi)核支持。ProcessorSDK 套件包括一整套驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核、應(yīng)用庫、啟動(dòng)例程、基于 OpenVX 的應(yīng)用框架以及說明如何在真正的系統(tǒng)應(yīng)用中使用軟件和硬件組件的應(yīng)用示例。這些軟件開發(fā)套件（SDK）都在由 TI提供的評(píng)估板卡上經(jīng)過了驗(yàn)證。

Jacinto TDA4 是一個(gè)產(chǎn)品系列，其中 TDA4VM 是本系列的第一款產(chǎn)品型號(hào)。該處理器系列的后續(xù)產(chǎn)品將包括同一芯片級(jí) IP 的各種組合，從而為ADAS市場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域（無論是偏重計(jì)算性能的應(yīng)用還是對(duì)消費(fèi)類汽車的更多成本優(yōu)化需求）提供更多優(yōu)化產(chǎn)品。由于這些器件采用相同的基本硬件 IP 和軟件架構(gòu)，因此具有良好的兼容性。為特定型號(hào)開發(fā)的軟件可重復(fù)用于本系列中的其他器件，不僅可以提高開發(fā)效率，還方便在所有汽車型號(hào)中引進(jìn)具有不同功能子集的完整產(chǎn)品線。您可以使用 Jacinto 系列產(chǎn)品輕松開發(fā)向泊車輔助和自動(dòng)代客泊車方向發(fā)展的環(huán)視系統(tǒng)類應(yīng)用。