防止汽車倒車事故　

作者　 Jonpaul Jandu 瑞薩子公司Intersil

摘要：介紹了后視攝像系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)難題，并提出了應(yīng)用TW8844/45全高清LCD視頻處理器的汽車顯示屏的解決方案。

0 引言

　　從1966年的安全帶開始，汽車安全的重要性推動(dòng)了過去50年的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。諸如防抱死剎車、安全氣囊等越來越多創(chuàng)新逐漸成為汽車中的標(biāo)準(zhǔn)安全配置。僅在過去20年中，車輛中就增加了車道偏離提示系統(tǒng)和雷達(dá)盲點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，幫助駕駛員安全變道。本文將探討即將成為標(biāo)準(zhǔn)配置的最新安全技術(shù)：后視攝像系統(tǒng)。

1 針對新車型的后視攝像系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

　　盡管后視攝像頭作為可選配置已經(jīng)有好幾年了，不過美國和世界各地的汽車制造商現(xiàn)在才開始將后視攝像系統(tǒng)(如圖1)作為所有新車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)關(guān)于汽車后視攝像頭的相關(guān)法規(guī)出臺，全球汽車安全趨勢也緊隨這個(gè)方向。這項(xiàng)新的NHTSA法規(guī)要求，汽車制造商必須在重量低于1萬磅(約合4500公斤)的車輛中安裝“車尾能見技術(shù)”(rear visibility technology)。

　　該法規(guī)要求NHTSA修訂美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)111(FMVSS-111)，擴(kuò)大車后視野要求。它還規(guī)定，從2018年5月開始，在美國銷售的所有新車必須配備后視攝像系統(tǒng)。本田和謳歌屬于首批在所有車型中都將倒車攝像頭作為標(biāo)準(zhǔn)配置的汽車品牌。根據(jù)IHS Markit公司研究，到2022年，車載信息娛樂系統(tǒng)和行車安全的關(guān)鍵顯示屏市場將實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的增長。

2 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：滿足FMVSS-111要求

　　汽車OEM面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是，如何滿足美國這項(xiàng)新法規(guī)的要求，該法規(guī)中包括一項(xiàng)關(guān)鍵條款，規(guī)定實(shí)時(shí)后視攝像頭視頻必須在駕駛員掛上倒車檔后2秒內(nèi)顯示出來。該條款旨在減少由于駕駛員倒車事故導(dǎo)致的傷亡，這類事故的受害者很多是幼兒。滿足FMVSS-111要求面臨一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，那就是中控臺的主處理器或系統(tǒng)級芯片(SoC)運(yùn)行的操作系統(tǒng)很復(fù)雜，可能需要幾秒鐘才能啟動(dòng)。

　　此外，這種操作系統(tǒng)容易出現(xiàn)軟件凍結(jié)和小故障，可能導(dǎo)致顯示的圖像凍結(jié)。隨著軟件復(fù)雜性越來越高，凍結(jié)和掛起變得越來越普遍，這會(huì)影響系統(tǒng)可靠性，并可能導(dǎo)致事故或更糟糕的情況。

3 解決方案：硬件旁路

　　TW8844全高清(HD)LCD視頻處理器內(nèi)置了視頻解碼器，為確保后視攝像系統(tǒng)可靠性而優(yōu)化。該處理器可以在不到0.5秒內(nèi)，打開并同步接通視頻源，并顯示視頻，解決了可靠快速啟動(dòng)的問題。另一個(gè)重要考量是，攝像頭的實(shí)時(shí)視頻能夠在駕駛員需要的時(shí)候及時(shí)可靠地顯示。因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)和軟件棧非常復(fù)雜，可能發(fā)生凍結(jié)，導(dǎo)致在車輛掛上倒車檔后，無法顯示實(shí)時(shí)視頻。

　　可靠性問題發(fā)生在當(dāng)駕駛員掛上倒車檔時(shí)，后視攝像頭視頻顯示的圖像是凍結(jié)的(如圖2(a))。駕駛員以為自己看見的是實(shí)時(shí)視頻，車后方?jīng)]有人和障礙物，但實(shí)際上，駕駛員看到的是之前的、已凍結(jié)的視頻幀。等車輛開始移動(dòng)時(shí)，如果有孩子在車后跑過，或有人走過(如圖2(b))，就會(huì)引起重大安全問題。

　　TW8844全高清LCD視頻處理器與系統(tǒng)的主SoC協(xié)同運(yùn)行，能夠監(jiān)測攝像頭輸出和SoC輸出的視頻數(shù)據(jù)。如果TW8844確定，SoC的輸出視頻被凍結(jié)了，就會(huì)改變攝像頭輸出視頻的傳輸路徑，繞過SoC，將攝像頭輸出的視頻直接發(fā)送到中控臺LCD顯示屏。這個(gè)過程幾乎是瞬間發(fā)生的。SoC恢復(fù)后，TW8844可以再切換回去。

4 后視攝像系統(tǒng)的信號流程

　　在正常運(yùn)行情況下，后視攝像頭視頻發(fā)送到TW8844 LCD視頻處理器中，如圖3所示。TW8844既可以接收傳統(tǒng)的模擬合成視頻，也可接收高清數(shù)字視頻。它先處理視頻，然后通過MIPI-CSI2接口將視頻發(fā)送到SoC。SoC將攝像頭視頻和疊加的圖形內(nèi)容，例如文本、圖標(biāo)、彩色停車指南等進(jìn)行整合。然后，將整合的視頻圖像發(fā)送回TW8844，然后TW8844將該視頻直接發(fā)送到LCD顯示屏。在這個(gè)過程中，TW8844不斷進(jìn)行凍結(jié)檢測測量，用多種方法測量圖像的多個(gè)方面，例如亮度、色值、單獨(dú)的像素以及更多方面，來確定視頻圖像是否凍結(jié)或損壞。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以為各種測量方法設(shè)定閾值，以創(chuàng)建獨(dú)特、可靠的圖像凍結(jié)/損壞檢測機(jī)制，滿足特定OEM的要求。

　　如果TW8844確定SoC在發(fā)送凍結(jié)或損壞的視頻，就會(huì)自動(dòng)向微控制器(MCU)發(fā)出中斷信號，然后MCU指示TW8844進(jìn)入旁路模式，直接將后視攝像頭視頻發(fā)送到LCD顯示屏。同時(shí)，MCU還可以指示SoC進(jìn)行軟復(fù)位，這樣駕駛員就不必為了恢復(fù)中控臺軟件而重新啟動(dòng)車輛了。一旦軟件棧重新開始正常運(yùn)行，MCU就指示TW8844離開旁路模式，重新將視頻發(fā)送到SoC中。

　　瑞薩子公司Intersil副總裁Philip Chesley表示：“TW884x的凍結(jié)檢測功能采用硬連接方式，在發(fā)生閾值違規(guī)時(shí)可觸發(fā)中斷信號，以確保汽車后視攝像頭符合FMVSS-111法規(guī)要求，并即時(shí)顯示實(shí)況視頻。此外，TW884x的后視攝像頭旁路架構(gòu)可使攝像頭到顯示器信號路徑與信息娛樂系統(tǒng)分開，幫助汽車制造商更輕松地達(dá)到攝像頭系統(tǒng)的ISO 26262功能性安全評級標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

　　在快速啟動(dòng)模式，信號流程相同。車輛點(diǎn)火啟動(dòng)、駕駛員掛上倒車檔后，倒車信號被觸發(fā)并通知系統(tǒng)MCU，汽車處于倒車狀態(tài)。如果掛上倒車檔后，SoC軟件尚未完成啟動(dòng)，那么MCU會(huì)指示TW8844將攝像頭視頻直接發(fā)送到LCD，同時(shí)讓SoC完成啟動(dòng)周期。一旦操作系統(tǒng)啟動(dòng)完畢，TW8844立即更改模式，將信號發(fā)送到SoC，將視頻和圖形內(nèi)容進(jìn)行整合，然后再將整合后的信號反饋給TW8844，再發(fā)送到LCD。

5 全高清LCD視頻處理器內(nèi)觀

　　高度集成的TW8844(如圖4)是全高清(HD)1080p LCD視頻處理器，具有模擬視頻解碼器、兩個(gè)定標(biāo)器、和專門為支持信息娛樂系統(tǒng)和后視攝像顯示系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的MIPI-CSI2 SoC接口。TW8844為汽車制造商提供確保后視攝像系統(tǒng)符合FMVSS-111標(biāo)準(zhǔn)所需的可靠性。TW8844實(shí)現(xiàn)了從模擬到數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)的過渡，并支持各類視頻接口和分辨率高達(dá)1920 x 1080的全高清LCD顯示屏。

　　TW8844視頻處理器具有MIPI-CSI2輸出，其同系列器件TW8845具有傳統(tǒng)BT.656輸出，兩款器件都超過了FMVSS-111規(guī)范的要求，都可在車輛點(diǎn)火后不到0.5秒內(nèi)顯示疊加了圖形內(nèi)容的實(shí)時(shí)視頻，解決了目前更復(fù)雜的中控臺系統(tǒng)固有的快速啟動(dòng)可靠性問題。通過其凍結(jié)/損壞圖像檢測功能，TW8844/45提供了強(qiáng)大的后視攝像系統(tǒng)架構(gòu)，在符合FMVSS-111法規(guī)的前提下，增加了超過該法規(guī)具體規(guī)定的系統(tǒng)可靠性。

6 適合所有類型汽車顯示屏的解決方案

　　TW8844/45全高清LCD視頻處理器可以滿足汽車中任何顯示系統(tǒng)的需求，包括后座娛樂、儀表盤顯示屏和取代后視鏡的LCD顯示系統(tǒng)。兩個(gè)獨(dú)立的H/V定標(biāo)器能夠輸出分辨率高達(dá)1080p(1920 x 1080)的信號，可以同時(shí)處理兩個(gè)不同的視頻源，同時(shí)向SoC和顯示屏輸出不同的視頻數(shù)據(jù)。此外，這兩款LCD視頻處理器可以同時(shí)向兩個(gè)獨(dú)立的顯示屏提供不同的內(nèi)容，使其成為雙后座信息娛樂系統(tǒng)的理想解決方案。

　　我們也看到，LCD顯示屏已開始取代前擋風(fēng)玻璃上的后視鏡，如圖5所示。與標(biāo)準(zhǔn)玻璃后視鏡相比，LCD顯示系統(tǒng)顯著改善了車后視野。

7 更多行車安全功能將出現(xiàn)

　　行車安全功能是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的重要指標(biāo)，已成為消費(fèi)者選擇車型時(shí)真正考慮的因素。隨著配置安全功能的成本持續(xù)降低，汽車制造商能夠在更多主流車型中提供這些功能，而更多行車安全功能也將隨之出現(xiàn)。未來，會(huì)更多地使用視頻提供夜視、物體識別(視頻分析)等功能，以進(jìn)一步提高行車安全性。

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第68頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。