ADAS技術(shù)解決方案與應用對比

不知道還有多少人記得那部伴著我們長大的《霹靂游俠》和里面那輛獨一無二的黑色汽車KITT?記得那時的夢想就是能夠擁有一輛像KITT一樣的汽車，車內(nèi)有可視電話和娛樂設(shè)備、配有掃描監(jiān)視和衛(wèi)星導航設(shè)備、能給人看病，稱體重、能在自己開車累了的時候自動駕駛、能在水中“游泳”等等，所有的一切當時看起來是那么遙遠，那么科幻，而如今KITT的很多功能都已經(jīng)被我們變成了現(xiàn)實。先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS, Advanced Driver Assistance Systems）就是繼ABS（防抱死制動系統(tǒng)）、安全氣囊和穩(wěn)定控制系統(tǒng)之后的技術(shù)革新，它將曾經(jīng)只有KITT才具備的一些功能變成了大部分汽車都會具備的功能。

　　在中國，經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，消費者從最初對汽車的基本代步功能需求已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Π踩雀邔哟蔚男枨?。越來越多的汽車制造商正在轉(zhuǎn)向電子、高科技方案以求解決安全問題，高需求也使得汽車安全系統(tǒng)越來越像智能化的方向發(fā)展。全球汽車制造商也渴望為汽車消費者提供越來越先進的ADAS應用，滿足各種不同類型車輛的需求，而不僅僅是ADAS已經(jīng)相當普及的高端豪華車系。未來，ADAS應用將會覆蓋入門級、中端和高端三個汽車價格區(qū)間。為此，本刊特地采訪了幾家提供ADAS應用解決方案的半導體廠商，讓大家更加了解當前有哪些主流的ADAS應用解決方案。

　　賽靈思（Xilinx）的Zynq平臺解決方案

　　賽靈思是一家傳統(tǒng)的提供FPGA產(chǎn)品及其解決方案的廠商，日前它推出了業(yè)界首款在單芯片上集成了ARM雙核Cortex-A9 MPCore處理系統(tǒng)和密切整合FPGA的汽車級Zynq-7000 All Programmable片上系統(tǒng)（SoC）平臺。該平臺可幫助系統(tǒng)廠商加快在環(huán)繞視覺、3D環(huán)繞視覺、后視攝像頭、動態(tài)校準、行人檢測、后視車道偏離警告和盲區(qū)檢測等高級駕駛員輔助應用的開發(fā)時間。

　　“盡管消費者非常青睞ADAS應用，對它的需求強勁并處于持續(xù)增長態(tài)勢，不過ADAS的推廣速度并未達到應有的水平，這是因為開發(fā)和制造成本巨大。但主要原因還在于，目前大多數(shù)ADAS解決方案均采用多芯片，幾乎完全是從頭開始設(shè)計的，而且這種設(shè)計結(jié)果是一次性的，不能重復利用，只能支持單一一種ADAS應用。而Zynq-7000 All Programmable SoC 能為ADAS應用帶來高強度實時處理功能以及針對多種先進算法的并行處理功能，并提供與傳感器和車輛通信主干之間的多樣化接口。”賽靈思公司亞太區(qū)新興業(yè)務拓展經(jīng)理黃文杰在接受采訪時表示。

　　黃文杰在解釋說，為了提供ADAS的靈活性及便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，業(yè)界必須通過提高集成度、優(yōu)化性能、創(chuàng)建通用ADAS優(yōu)化平臺來實現(xiàn)適當尺寸的底層組件，確保支持不同的應用，而且能夠?qū)崿F(xiàn)定制。因為高度集成的全面可編程單芯片平臺不僅能夠降低單位成本，提高規(guī)模經(jīng)濟效益，縮短開發(fā)周期，而且能改變ADAS發(fā)展的格局，最終確保ADAS得到普及。

　　而Zynq平臺滿足這一切的要求。從技術(shù)層面分析， Zynq采用單一芯片即可完成ADAS解決方案的開發(fā)。Zynq-7000 All Programmable SoC,大幅提升了性能，便于各種捆綁式應用，能實現(xiàn)不同產(chǎn)品系列間的可擴展性。其次， Zynq-7000 All Programmable SoC實現(xiàn)了ADAS優(yōu)化的平臺，可以讓汽車制造商和汽車電子產(chǎn)品供應商在平臺上添加自己的IP以及賽靈思汽車生態(tài)系統(tǒng)提供的現(xiàn)成的IP,從而能夠創(chuàng)建出獨有的差異化系統(tǒng)。

　　從市場層面上看，目前和未來的ADAS應用的共同之處是將多種攝像頭和超聲傳感器與專用實時處理系統(tǒng)相結(jié)合。而Zynq-7000在視頻/影像捕捉；視頻/影像處理；自定義算法/Accelerators;連接功能；編碼/解碼領(lǐng)域具有極大的靈活性。

　　“賽靈思雖然并未直接向汽車OEM廠商提供產(chǎn)品。但其合作伙伴已經(jīng)在采用Zynq平臺致力于ADAS產(chǎn)品開發(fā)?！秉S文杰表示，“賽靈思聯(lián)盟計劃成員Green Hills Software,eSOL,Lauterbach GmbH等已經(jīng)都采用了賽靈思Zynq-7000 All Programmable SoC進行產(chǎn)品開發(fā)?！?/P>

　　在中國， ADAS應用需求也在持續(xù)發(fā)展， 會逐漸從備選的功能升級到必須的裝備。黃文杰認為，賽靈思靈活的可編程SoC Zynq-7000將成為推動這方面應用的理想平臺。中國企業(yè)把握這項平臺技術(shù)之后，能夠更快地開發(fā)出低成本且高性能、高集成度的適合中國環(huán)境的ADAS方案， 促進這項應用的全面推廣和普及。

　　ADI視覺ADAS解決方案

　　與賽靈思采用FPGA作為核心開發(fā)器件不同，ADI的ADAS主要核心器件是DSP.ADI基于視覺的ADAS系統(tǒng)提供車道偏離警告、交通信號識別、智能前燈控制、物體檢測/分類、行人檢測等功能。基于雷達的系統(tǒng)具有類似的功能，此外還可提供前/后停車幫輔助、安全車距預警、車道變換輔助、盲點檢測、碰撞緩沖剎車系統(tǒng)、全速范圍自適應巡航控制等功能。

　　基于視覺的高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS） 的核心，是通過視覺或者雷達技術(shù)檢測車輛周圍的環(huán)境信息，經(jīng)DSP處理，然后采取相應的預警或干預措施。有的只是警告駕駛員，有的則采取一些干預駕駛的措施如剎車等。通過安裝后視、前視、側(cè)視攝像頭和視覺處理ECU,可以實現(xiàn)多種功能來幫助駕駛員提前防范風險。

　　ADAS技術(shù)應用的不斷普及，不僅僅是由于汽車廠商之間競爭的原因，政府的規(guī)章制度也是一個重要因素。美國國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策。與此同時，2014年歐洲新車安全評鑒協(xié)會（Euro NCAP）自動緊急剎車系統(tǒng)計劃等有關(guān)后視攝像頭的新法規(guī)要求也給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了更大的壓力，要求設(shè)法在不增加單位車輛材料清單（BOM）成本的情況下實現(xiàn)計算和網(wǎng)絡(luò)強度很高的系統(tǒng)。對ADAS系統(tǒng)的OEM汽車廠商和以及汽車電子產(chǎn)品供應商的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計人員來說，這就需要降低成本，同時還要想辦法滿足系統(tǒng)要求，支持智能網(wǎng)絡(luò)和實時圖像-視覺功能。

　　ADI提供的首款專用ADAS視覺處理器具有比較高的性能功耗比和性價比，并且滿足NCAP的新行人保護要求。ADAS視覺應用這一細分市場一旦大規(guī)模部署，所需要的就不僅僅是處理能力。為此，ADI有針對性的兩款專用的ADAS視覺處理器（BF608/9），支持并行處理多達5種功能，圖像處理能力達百萬像素，幀速率為30FPS（幀/秒），功耗不到1.3W@105°C.由于目標設(shè)定為2014年及以后的市場部署，ADI集成了ISO26262兼容硬件支持能力。功能系統(tǒng)中，BF60x通常最多可將系統(tǒng)成本降低30%.

　　ADI汽車電子行業(yè)中國區(qū)市場經(jīng)理許智斌認為，現(xiàn)階段ADAS技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要來自視頻獲取和處理環(huán)節(jié)。由于攝像頭分辨率趨向于越來越高，數(shù)量越來越多，每個系統(tǒng)的功能數(shù)量不斷增多，所有這些趨勢對半導體廠商在模擬技術(shù)、高頻技術(shù)以及數(shù)字處理方面有很高的要求。與此同時，對信號處理功耗成本比的要求則更嚴苛。他說，“ADI和眾多汽車廠商以及汽車配件供應商在ADAS領(lǐng)域有著長期緊密的合作。我們基于視覺和基于雷達的ADAS方案都已經(jīng)在眾多中高端車型上量產(chǎn)。同時，我們非常重視新技術(shù)和新市場的開拓，正在推動普及ADAS技術(shù)。特別是在中國地區(qū)，汽車市場蓬勃發(fā)展，眾多消費者對于行車安全的重要性越來越重視，也期盼新的技術(shù)可以提高汽車安全和舒適性。我們相信，ADI高性能，高性價比，低功耗的ADAS技術(shù)和產(chǎn)品可以很好的滿足中國和全世界市場需求?！?/P>

飛思卡爾ADAS解決方案

　　飛思卡爾主要專注于前視（車道偏離和跟蹤，盲點檢測），后視（智能泊車和測距），環(huán)視（泊車）的ADAS 應用 .飛思卡爾為未來的ADAS系統(tǒng)設(shè)計了很多微控制器產(chǎn)品。

　　如采用CogniVue 的 APEX IP 技術(shù)的SCP2200 系列，SCP2200 解決方案通過集成高密度內(nèi)存將物料成本降至最低，并使攝像機微型化。該系列產(chǎn)品的并行圖像處理架構(gòu)能夠同時處理圖像數(shù)據(jù)，這意味著，與競爭對手當前所提供的產(chǎn)品相比，它能夠以較低的時鐘頻率實現(xiàn)高性能圖像數(shù)據(jù)處理。 除了這種高性能外，它還具備飛思卡爾領(lǐng)先市場的功耗和成本效益優(yōu)勢。加上所附的資源庫、以及硬件和軟件開發(fā)套件向汽車制造商提供了一套綜合工具，使其可以設(shè)計智能攝像機應用，幫助他們更迅速地將解決方案推向市場。

　　對未來ADAS及信息娛樂系統(tǒng)，因為信息量和高分辨率等要求，需要更高帶寬的總線來解決問題，以太網(wǎng)是最好的解決方案。MPC5604E MCU和i.MX6 系列多媒體處理器提供了很好的基于以太網(wǎng)的環(huán)視解決方案。MPC5604E可以把攝像頭的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳給中央處理器i.MX6.i.MX6系列包括基于ARM Cortex-A9架構(gòu)的單核、雙核和四核家族，并結(jié)合了強大的生態(tài)系統(tǒng)，是基于單個硬件設(shè)計而開發(fā)終端設(shè)備組合的理想平臺。它 具有非常強大的處理圖像的能力，能快速提控當前信息。飛思卡爾和OminiVision, 博通推出全球首個基于以太網(wǎng)的環(huán)視泊車系統(tǒng)。

　　飛思卡爾高級產(chǎn)品經(jīng)理郗蘊俠表示，“飛思卡爾目前的成熟客戶包括BOSCH, CONTI, TRW, Valeo, Denso, Delphi 等?！蓖瑫r，她也指出，“ADAS技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)包括提高芯片本身具有處理圖像，復雜應用的快速高容量計算處理能力；需要消耗較低功率以避免散熱問題；尺寸要小，使得和系統(tǒng)其他器件緊密結(jié)合，以便安裝?？傮w需求就是要快速處理，高容量，低功耗，小尺寸。 ”

　　富士通360度全景系統(tǒng)方案

　　富士通的ADAS技術(shù)主要涉及透過攝像頭和傳感器的結(jié)合，實現(xiàn)圖像識別輔助和接近目標檢測，應用的領(lǐng)域主要有360度三維立體全景輔助、可視停車輔助、駕駛盲區(qū)監(jiān)控、安全開車門以及車行駛方向周圍的障礙物和行人的識別。目前，富士通的合作伙伴采用Emerald核心芯片MB86R11可以提供turnkey 量產(chǎn)方案。

　　富士通的360度全景系統(tǒng)方案，采用3D的建模和獨特圖形合成算法，圍繞車身四周可構(gòu)建多個虛擬三維立體視角，結(jié)合車身CAN總線做到自動視角動畫的縮放和切換。 作為駕駛員的視覺輔助，汽車上配備了4個攝像機影像的合成系統(tǒng)，但是以往的技術(shù)只能做二維圖像合成，因而只能進行特定視角的顯示。而360度全景系統(tǒng)方案能將來自4個攝像機的影像合成到三維模型上，從而可以從任意視角顯示全方位場景。以往的系統(tǒng)將攝像機影像投影到二維平面上，只能表現(xiàn)從上方觀看的俯視圖，有時難以分辨周圍的車輛和行人。而360度全景系統(tǒng)，則是將影像投影在立體曲面上，可以任意變換觀看角度，能完整表現(xiàn)出希望看到的場景，從而提高了可辨識性。

　　在接近目標圖像檢測的技術(shù)方面，富士通運用靈活的時間幀來采集2個不同的圖形，能夠檢測大約60米元的目標，傳統(tǒng)的圖形識別只能做到20米。富士通的ADAS應用包括可視輔助和識別輔助?？梢曒o助給駕駛?cè)藛T提供更為立體的廣泛視角范圍，減少視角盲區(qū)范圍；識別輔助對后方或者側(cè)面接近的目標進行檢測，提醒駕駛?cè)藛T變道的潛在危險，也可以做到停車后提示是否適合安全開車門。

　　富士通的汽車電子產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早在接受采訪時表示，“富士通目前的客戶都還在設(shè)計導入的過程中。2014年市場上大家會驚喜的看到大型的車廠推出基于富士通MB86R11系統(tǒng)的多款新車型面市?！?/P>

　　談到ADAS技術(shù)目前面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)時，丁潔早說，“ ADAS目前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是如何做到多種最新技術(shù)的更好集成和圖像合成算法的創(chuàng)新，基于最新攝像頭視頻的技術(shù)、圖形處理器的技術(shù)、最新傳感器的技術(shù)和基于雷達的技術(shù)來提供一個更為安全、舒適，成本可接受的駕駛輔助系統(tǒng)。”另外，他對中國ADAS市場的前景也非常樂觀，“ADAS技術(shù)在中國汽車市場，我們預計會先在可視停車輔助，360度三維立體全景輔助和駕駛盲區(qū)監(jiān)控這三個應用方面得到最終消費者的歡迎。市場的爆發(fā)點可能在2015年前后，前裝市場先行，后裝市場也會有很大機會?！?/P>

　　總結(jié)

　受訪的這四家ADAS應用方案提供商中，雖然核心器件各不相同，設(shè)計方案也各有側(cè)重，但對ADAS技術(shù)會從被動安全方式轉(zhuǎn)向到主動安全方式演進的趨勢都持一致態(tài)度，對降低成本都提出了自己的解決方案。

　　隨著中高端汽車市場的快速發(fā)展，以及政府和汽車消費者安全性意識的大幅提升，曾經(jīng)服務于小眾高端市場的ADAS應用獲得了快速發(fā)展的動力，特別是隨著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)從高端汽車向中端，甚至入門級汽車車型中快速滲透。對于汽車 OEM廠商來說，在被動安全系統(tǒng)以及信息娛樂設(shè)備、ABS、ESP等已成為當前汽車電子標配設(shè)備之后， ADAS這類先進的主動安全系統(tǒng)還可作為產(chǎn)品差異化的增值亮點。

　　據(jù)報告稱，目前有70%的汽車具備后視功能，30%的高檔汽車具備前視功能，到2015年這一比例預計會達到60%.因此ADAS應用必將會在中低端汽車市場普及開來。再加上中國政府對汽車安全法規(guī)的大力推動，必將使得ADAS技術(shù)應用在中國汽車電子市場有一個大的增長。中國各大OEM,包括本土品牌已經(jīng)在這方面積極準備，在不久的將來，中國會有更多具有ADAS系統(tǒng)特性的汽車。

　　圖1:ZYNQ用于ADAS應用。

　　圖2:4個攝像機的合成技術(shù)。