基于視覺處理的ADAS系統(tǒng)實現(xiàn)

高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)在未來幾年將出現(xiàn)大幅增長。主要原因之一是安全意識的增強，以及客戶對駕乘舒適度要求的提高。但最重要的原因是歐洲新車安全評鑒協(xié)會(Euro NCAP)加強了安全要求，這將促使明年ADAS設(shè)備安裝率從個位數(shù)上升到幾乎100%。因此，可商業(yè)化運行的解決方案無疑是當務之急。

這是為了滿足當今大容量標準設(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任務不同，如今的系統(tǒng)中采用了不同類型的傳感器。針對車輛附近的近場和遠場環(huán)境監(jiān)控，可將雷達、超聲、激光雷達、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)需求實現(xiàn)更加精確的結(jié)果。攝像頭系統(tǒng)將進一步得到改善，可以看到車內(nèi)以便分析駕駛員的狀態(tài)。駕駛員的狀態(tài)和預測分析可用于更好地過濾ADAS系統(tǒng)未來會產(chǎn)生的各種警告信息。其目的是不要讓無關(guān)的警告信息充斥駕駛員。如果系統(tǒng)檢測到一名運動型轎車的駕駛員正全神貫注地看著前方的交通狀況，過早警告他緊跟著一輛汽車可能會讓人不勝其擾。然而，如果知道駕駛員正在分神玩手機，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動作可能就非常合適。

ADAS系統(tǒng)可以擴大車外視野，并對物體進行檢測和分類，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標準設(shè)備的一部分。ADAS系統(tǒng)提升了駕乘舒適性和經(jīng)濟性，例如，可以在發(fā)生傾斜之前及時控制換檔。這會進一步提高駕駛員對系統(tǒng)的認可度，并使汽車制造商實現(xiàn)市場上除標準ADAS設(shè)備以外的其他可選功能。

Euro NCAP推動ADAS部署

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

預計到2017年，如果不安裝ADAS系統(tǒng)，汽車將無法達到期望的五星級要求。因此，汽車制造商屆時將至少采用一套ADAS系統(tǒng)作為標準設(shè)備。從Euro NCAP的評級方案和近年來的變化對比中我們可以看到目前的考查重點。2011至2012年間，行人保護的最低得分要求提升了50%。這進一步提升了ADAS攝像頭的重要性，這是因為其不僅能對行人等對象進行檢測和分類，還可以根據(jù)評級方案要求對模糊不清的行人進行檢測和分類。

攝像頭促成標準設(shè)備

基于攝像頭的ADAS并非新技術(shù)——這項技術(shù)在過去幾年中逐漸成熟，但大多數(shù)時候都被視為高級品牌轎車上的客戶選配。這項技術(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，我們必須反思這項技術(shù)，因為標準設(shè)備業(yè)務將其在商業(yè)方面的價值推到了公眾的焦點。過去，系統(tǒng)往往復雜且具有高性能，而目前所面臨的任務卻大不相同。如今的ADAS系統(tǒng)必須在適當?shù)纳虡I(yè)水平下恰好滿足所需的功能。系統(tǒng)提供商和器件供應商(如ADI公司)如今面臨著權(quán)衡問題：既要實現(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)開發(fā)，并不斷投資這項新興技術(shù)。如今，ADI公司已經(jīng)開發(fā)出了一套先進的專用ASAD解決方案，目前首批推出的兩款針對基于攝相機系統(tǒng)的處理器開始樣片。從一開始，以ADAS攝像頭為中心的處理器的規(guī)格目標就是減少總擁有成本(ToC)，同時又不犧牲系統(tǒng)供應商和OEM的靈活性。除了所需的編程能力和足夠的處理能力外，該處理器還實現(xiàn)了同級產(chǎn)品的最低功耗，使散熱設(shè)計易于實現(xiàn)。該處理器支持ISO 26262要求的功能安全，可提供面向應用的開發(fā)環(huán)境以及最優(yōu)的視覺處理庫，從而有助于設(shè)計出一套上市時間短、風險低的總體系統(tǒng)。

系統(tǒng)級最佳性能

ADSP-BF60x將具有五項功能的系統(tǒng)的總體成本降低了30%。ADSP-BF609(可處理高達百萬像素格式)和ADSP-BF608(可處理高達VGA格式)支持高達五種并行視覺功能，每秒可處理高達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Blackfin內(nèi)核，因為已量產(chǎn)的ADAS系統(tǒng)正采用這一架構(gòu)。然而，那些無法經(jīng)濟高效地在軟件中模型化的算法已經(jīng)采用硬件引擎實現(xiàn)，由此產(chǎn)生了高度可配置的視覺處理單元工具箱。ADI公司將其稱作“流水線視覺處理單元”(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)，但還需要以進一步創(chuàng)新來解決現(xiàn)代設(shè)計中最重要的功耗問題：外部存儲器(DDR)接口。通過適當分配處理能力和合理利用適度的存儲器帶寬，可以實現(xiàn)最低功耗。此外，一些硬件模塊也增強了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，目的只是為了使內(nèi)核能夠識別每一幀感興趣區(qū)域(ROI)。ADSP-BF60x概念避免了視頻數(shù)據(jù)的這種功耗傳輸。全幀依然存儲在DDR2存儲器中，但無需回讀整幀。輸入數(shù)據(jù)一被器件接收后，就會多點傳輸至流水線視覺處理單元(PVP)，PVP會在數(shù)據(jù)輸入過程中直接對其進行預處理。

如圖1所示，PVP攝像頭數(shù)據(jù)流水線可以產(chǎn)生多達三個中間預處理結(jié)果，例如邊緣圖像、積分或通過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。無需在Blackfin內(nèi)核上執(zhí)行一條指令，也無需通過DDR總線傳輸一個字節(jié)，就可以實現(xiàn)這些結(jié)果。此外，PVP在輸出中間結(jié)果時還采用了高密度數(shù)據(jù)格式，因此，結(jié)果在大多數(shù)時候都存儲在片內(nèi)L1和L2存儲器中。