防止汽車(chē)倒車(chē)事故　

作者　 Jonpaul Jandu 瑞薩子公司Intersil

摘要：介紹了后視攝像系統的技術(shù)標準及相關(guān)技術(shù)難題，并提出了應用TW8844/45全高清LCD視頻處理器的汽車(chē)顯示屏的解決方案。

0 引言

　　從1966年的安全帶開(kāi)始，汽車(chē)安全的重要性推動(dòng)了過(guò)去50年的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新。諸如防抱死剎車(chē)、安全氣囊等越來(lái)越多創(chuàng )新逐漸成為汽車(chē)中的標準安全配置。僅在過(guò)去20年中，車(chē)輛中就增加了車(chē)道偏離提示系統和雷達盲點(diǎn)監測系統，幫助駕駛員安全變道。本文將探討即將成為標準配置的最新安全技術(shù)：后視攝像系統。

1 針對新車(chē)型的后視攝像系統標準

　　盡管后視攝像頭作為可選配置已經(jīng)有好幾年了，不過(guò)美國和世界各地的汽車(chē)制造商現在才開(kāi)始將后視攝像系統(如圖1)作為所有新車(chē)型的標準配置。隨著(zhù)美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)關(guān)于汽車(chē)后視攝像頭的相關(guān)法規出臺，全球汽車(chē)安全趨勢也緊隨這個(gè)方向。這項新的NHTSA法規要求，汽車(chē)制造商必須在重量低于1萬(wàn)磅(約合4500公斤)的車(chē)輛中安裝“車(chē)尾能見(jiàn)技術(shù)”(rear visibility technology)。

　　該法規要求NHTSA修訂美國聯(lián)邦機動(dòng)車(chē)輛安全標準111(FMVSS-111)，擴大車(chē)后視野要求。它還規定，從2018年5月開(kāi)始，在美國銷(xiāo)售的所有新車(chē)必須配備后視攝像系統。本田和謳歌屬于首批在所有車(chē)型中都將倒車(chē)攝像頭作為標準配置的汽車(chē)品牌。根據IHS Markit公司研究，到2022年，車(chē)載信息娛樂(lè )系統和行車(chē)安全的關(guān)鍵顯示屏市場(chǎng)將實(shí)現兩位數的增長(cháng)。

2 設計挑戰：滿(mǎn)足FMVSS-111要求

　　汽車(chē)OEM面臨的主要技術(shù)挑戰是，如何滿(mǎn)足美國這項新法規的要求，該法規中包括一項關(guān)鍵條款，規定實(shí)時(shí)后視攝像頭視頻必須在駕駛員掛上倒車(chē)檔后2秒內顯示出來(lái)。該條款旨在減少由于駕駛員倒車(chē)事故導致的傷亡，這類(lèi)事故的受害者很多是幼兒。滿(mǎn)足FMVSS-111要求面臨一項關(guān)鍵挑戰，那就是中控臺的主處理器或系統級芯片(SoC)運行的操作系統很復雜，可能需要幾秒鐘才能啟動(dòng)。

　　此外，這種操作系統容易出現軟件凍結和小故障，可能導致顯示的圖像凍結。隨著(zhù)軟件復雜性越來(lái)越高，凍結和掛起變得越來(lái)越普遍，這會(huì )影響系統可靠性，并可能導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視頻處理器內置了視頻解碼器，為確保后視攝像系統可靠性而優(yōu)化。該處理器可以在不到0.5秒內，打開(kāi)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(wèn)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。因為系統運行的操作系統和軟件棧非常復雜，可能發(fā)生凍結，導致在車(chē)輛掛上倒車(chē)檔后，無(wú)法顯示實(shí)時(shí)視頻。

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

　　TW8844全高清LCD視頻處理器與系統的主SoC協(xié)同運行，能夠監測攝像頭輸出和SoC輸出的視頻數據。如果TW8844確定，SoC的輸出視頻被凍結了，就會(huì )改變攝像頭輸出視頻的傳輸路徑，繞過(guò)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(guò)程幾乎是瞬間發(fā)生的。SoC恢復后，TW8844可以再切換回去。

4 后視攝像系統的信號流程

　　在正常運行情況下，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既可以接收傳統的模擬合成視頻，也可接收高清數字視頻。它先處理視頻，然后通過(guò)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容，例如文本、圖標、彩色停車(chē)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(guò)程中，TW8844不斷進(jìn)行凍結檢測測量，用多種方法測量圖像的多個(gè)方面，例如亮度、色值、單獨的像素以及更多方面，來(lái)確定視頻圖像是否凍結或損壞。系統設計師可以為各種測量方法設定閾值，以創(chuàng )建獨特、可靠的圖像凍結/損壞檢測機制，滿(mǎn)足特定OEM的要求。

　　如果TW8844確定SoC在發(fā)送凍結或損壞的視頻，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)行軟復位，這樣駕駛員就不必為了恢復中控臺軟件而重新啟動(dòng)車(chē)輛了。一旦軟件棧重新開(kāi)始正常運行，MCU就指示TW8844離開(kāi)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的凍結檢測功能采用硬連接方式，在發(fā)生閾值違規時(shí)可觸發(fā)中斷信號，以確保汽車(chē)后視攝像頭符合FMVSS-111法規要求，并即時(shí)顯示實(shí)況視頻。此外，TW884x的后視攝像頭旁路架構可使攝像頭到顯示器信號路徑與信息娛樂(lè )系統分開(kāi)，幫助汽車(chē)制造商更輕松地達到攝像頭系統的ISO 26262功能性安全評級標準?！?/p>

　　在快速啟動(dòng)模式，信號流程相同。車(chē)輛點(diǎn)火啟動(dòng)、駕駛員掛上倒車(chē)檔后，倒車(chē)信號被觸發(fā)并通知系統MCU，汽車(chē)處于倒車(chē)狀態(tài)。如果掛上倒車(chē)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視頻處理器內觀(guān)

　　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)定標器、和專(zhuān)門(mén)為支持信息娛樂(lè )系統和后視攝像顯示系統而設計的MIPI-CSI2 SoC接口。TW8844為汽車(chē)制造商提供確保后視攝像系統符合FMVSS-111標準所需的可靠性。TW8844實(shí)現了從模擬到數字攝像系統的過(guò)渡，并支持各類(lèi)視頻接口和分辨率高達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BT.656輸出，兩款器件都超過(guò)了FMVSS-111規范的要求，都可在車(chē)輛點(diǎn)火后不到0.5秒內顯示疊加了圖形內容的實(shí)時(shí)視頻，解決了目前更復雜的中控臺系統固有的快速啟動(dòng)可靠性問(wèn)題。通過(guò)其凍結/損壞圖像檢測功能，TW8844/45提供了強大的后視攝像系統架構，在符合FMVSS-111法規的前提下，增加了超過(guò)該法規具體規定的系統可靠性。

6 適合所有類(lèi)型汽車(chē)顯示屏的解決方案

　　TW8844/45全高清LCD視頻處理器可以滿(mǎn)足汽車(chē)中任何顯示系統的需求，包括后座娛樂(lè )、儀表盤(pán)顯示屏和取代后視鏡的LCD顯示系統。兩個(gè)獨立的H/V定標器能夠輸出分辨率高達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據。此外，這兩款LCD視頻處理器可以同時(shí)向兩個(gè)獨立的顯示屏提供不同的內容，使其成為雙后座信息娛樂(lè )系統的理想解決方案。

　　我們也看到，LCD顯示屏已開(kāi)始取代前擋風(fēng)玻璃上的后視鏡，如圖5所示。與標準玻璃后視鏡相比，LCD顯示系統顯著(zhù)改善了車(chē)后視野。

7 更多行車(chē)安全功能將出現

　　行車(chē)安全功能是實(shí)現產(chǎn)品差異化的重要指標，已成為消費者選擇車(chē)型時(shí)真正考慮的因素。隨著(zhù)配置安全功能的成本持續降低，汽車(chē)制造商能夠在更多主流車(chē)型中提供這些功能，而更多行車(chē)安全功能也將隨之出現。未來(lái)，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(chē)安全性。

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