360度全景環(huán)視和自動(dòng)泊車(chē)系統

駕駛員難免遇到行程匆忙、回避麻煩或尋求便利的情況，在這些常見(jiàn)場(chǎng)景中真是有苦難言。幸運的是，自動(dòng)駕駛功能將緩解這類(lèi)尷尬，提供更便利、舒適的駕駛體驗，即使是泊車(chē)這種日常操作也不在話(huà)下。

基礎環(huán)視系統為駕駛員提供可視化提示，從而讓他們更加全面地了解周?chē)h(huán)境。通過(guò)深度學(xué)習汽車(chē)攝像頭捕獲的視頻圖像，可提供更高級的服務(wù)，如檢測空的停車(chē)位、自動(dòng)泊車(chē)和啟用無(wú)人駕駛的“自動(dòng)代客泊車(chē)”功能。

這些自動(dòng)功能（包括多攝像頭輸入、視覺(jué)感知和場(chǎng)景創(chuàng )建）需要汽車(chē)具有強大的處理能力。高級駕駛輔助系統 (ADAS) 應用的處理器需要具有整合數以兆字節的視覺(jué)數據或其他傳感器數據的能力，從而為汽車(chē)創(chuàng )建一個(gè)經(jīng)過(guò)解讀的環(huán)境，在有/無(wú)駕駛員的情況下均支持低速、安全操控車(chē)輛。針對這一挑戰，德州儀器 (TI) 專(zhuān)門(mén)設計了Jacinto? 7 處理器系列。

在此白皮書(shū)中，我們將說(shuō)明汽車(chē)客戶(hù)如何借助 TI Jacinto TDA4VM 器件構建 ADAS 應用，從而實(shí)現輔助和全自動(dòng)泊車(chē)功能，還將提供各類(lèi)細分的汽車(chē)市場(chǎng)（緊湊型、中型、大型和豪華版）對 Jacinto TDA4VM 處理器芯片和軟件平臺的技術(shù)要求，并介紹如何引入實(shí)現安全、舒適的全自動(dòng)泊車(chē)所需的技術(shù)。

自動(dòng)泊車(chē)和泊車(chē)輔助系統

根據泊車(chē)輔助系統的不同功能，該系統可分為三個(gè)基本類(lèi)型。表 1 對這三種類(lèi)型進(jìn)行了詳細的介紹?；A環(huán)視系統使用多個(gè)攝像頭輸入為駕駛員提供汽車(chē)周?chē)鷧^域的 360 度全景視圖。攝像頭輸入拼接到以汽車(chē)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(chē)輔助。顯示汽車(chē)與物體、路緣或停車(chē)線(xiàn)相對位置的多個(gè)圖層的疊加增強了環(huán)視圖像的可用性。

表 1.環(huán)視和自動(dòng)泊車(chē)應用和要求。

下一個(gè)類(lèi)型的泊車(chē)輔助系統是半自動(dòng)泊車(chē)系統。這類(lèi)系統綜合了攝像頭、超聲和位置信息，能夠生成更詳盡的汽車(chē)周?chē)h(huán)境圖片，從而在某種程度上實(shí)現了自動(dòng)泊車(chē)。借助上述信息，汽車(chē)將完成基本的泊車(chē)操作，即通過(guò)控制轉向、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(chē)位。在這類(lèi)場(chǎng)景中，駕駛員首先需找到一個(gè)空車(chē)位，且仍對負責自動(dòng)泊車(chē)的系統進(jìn)行完全控制（如需要）。

全自動(dòng)代客泊車(chē)系統會(huì )接手后續步驟，控制汽車(chē)全自動(dòng)駛入和駛離界限分明的停車(chē)場(chǎng)。泊車(chē)過(guò)程中，駕駛員會(huì )讓出確定可用車(chē)位后對車(chē)輛的控制。這一應用需要更多的傳感器輸入和更復雜的處理和算法，從而可靠、安全地自動(dòng)完成泊車(chē)。

從基礎環(huán)視功能到全自動(dòng)代客泊車(chē)，各個(gè)方案對傳感器、數據及數據處理的需求越來(lái)越高。為實(shí)現這些應用而配置的處理器片上系統 (SoC)

需要：

?   圖像輸入，

?   通用處理，

?   加速特定的深度學(xué)習任務(wù)，

?   多層疊加的圖像渲染，以及

?   有助于確保系統安全運行的符合汽車(chē)安全完整性等級 (ASIL) 的處理。

表 1 詳細說(shuō)明了各個(gè)系統類(lèi)型所需的算法和片上功能。 所有這些功能所需的絕對性能，如深度學(xué)習萬(wàn)億次運算每秒 (DLTOPS)、每秒百萬(wàn)條指令(DMIPS)、每秒十億次浮點(diǎn)運算 (GFLOPS) 或圖像信號處理器 (ISP) 或硬件加速器 (HWA) 引擎的百萬(wàn)像素處理功能，可進(jìn)一步將系統類(lèi)型進(jìn)行細分。

TDA4VM 處理器的 Jacinto 系列如何應對環(huán)視和自動(dòng)泊車(chē)挑戰

正如你通過(guò)表 1 可能了解的情況一樣，汽車(chē)制造商的系統架構師和業(yè)務(wù)團隊以及一級供應商在將這些功能引入到汽車(chē)生產(chǎn)的過(guò)程中，面臨若干挑戰。首先，汽車(chē)制造商希望在各個(gè)車(chē)型上安裝一系列功能 —  經(jīng)濟車(chē)型配備簡(jiǎn)單環(huán)視功能，中型車(chē)和豪華車(chē)配備增強的感知和自動(dòng)化水平。各個(gè)車(chē)型配備與其價(jià)格相符的設備：經(jīng)濟車(chē)型無(wú)法與高端奢華車(chē)型配備相同的電子裝置。針對每一車(chē)型的不同軟件，開(kāi)發(fā)和驗證處理器平臺不僅費時(shí)，而且成本高昂。

有一種解決方案可通過(guò)向基礎設計添加其他傳感器和攝像頭將低端汽車(chē)升級為高端汽車(chē)，一級供應商青睞能提供實(shí)施這種解決方案常見(jiàn)方法的平臺。重復利用硬件和軟件資產(chǎn)可提高必要的開(kāi)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(kāi)發(fā)套件 (SDK) 相結合，為 OEM 和一級供應商解決這一問(wèn)題提供了新的方法。該處理器可通過(guò)異構處理提高應用性能并降低功耗，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(zhuān)用處理器核心、數字信號處理器（DSP）、通用處理器和微控制器 (MCU)，可幫助設計人員制定高效的系統解決方案。TI 精選并設計了各種具有知識產(chǎn)權 (IP) 的組件，以幫助解決具體問(wèn)題并符合各種終端系統的要求。

表 2 說(shuō)明了簡(jiǎn)單環(huán)視監控應用和更復雜的自動(dòng)代客泊車(chē)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(chē)應用的處理步驟以及所用的 SoC IP。

異構方法要求每種處理器內核或加速器使用特定的軟件?？赏ㄟ^(guò)更高級的軟件理念抽象封裝低級軟件棧，并針對硬件優(yōu)化，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)并提供高性能訪(fǎng)問(wèn)權限。OpenVX就是這樣的一種免版稅開(kāi)源軟件框架，專(zhuān)為實(shí)時(shí)嵌入式視覺(jué)處理而設計。TI 的 Processor SDK 通過(guò)基于 OpenVX的例程，展示如何利用 SDK 中的軟件組件構建應用（如環(huán)視監控）。

綜上所述：Jacinto TDA4VM SoC

泊車(chē)輔助和自動(dòng)化應用基本上都需要采集攝像頭和圖像傳感器數據，并為處理階段進(jìn)行預處理。處理階段處理圖像數據并執行分析和深度學(xué)習算法，從而抽取與泊車(chē)應用相關(guān)的主要特性。這一階段整合（或融合）其他傳感器的數據，從而形成汽車(chē)周?chē)h(huán)境更全面的感知，并提供給決策應用，此例中是安全操控汽車(chē)駛入和駛離停車(chē)位。最后一步則是以直觀(guān)的方式向駕駛員展示圖像數據，從而幫助他們安全駕駛車(chē)輛。保存視頻數據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）分區的功能安全環(huán)境中進(jìn)行。

TI 在 TDA4VM SoC 的設計中已考慮所有這些應用要求?；趯υ撓到y的理解和提供高效、靈活且易用的解決方案的目標，TDA4VM SoC 包含多種組件來(lái)滿(mǎn)足采集、處理和渲染要求。其中的一個(gè)主要設計是平衡處理和數據需求，從而確保本地存儲有足夠的空間且能適當訪(fǎng)問(wèn)高速外部存儲，同時(shí)確保處理系統高效運行。

圖 1.基于 TDA4VM 的簡(jiǎn)化環(huán)視系統。

表 3.環(huán)視應用階段與對應的 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、顯示輸出和對壓縮視頻文件存儲器的訪(fǎng)問(wèn)。表 3 介紹環(huán)視和自動(dòng)泊車(chē)應用的處理階段，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，適用于這類(lèi)泊車(chē)應用。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 (RTOS) 內核支持。ProcessorSDK 套件包括一整套驅動(dòng)程序、操作系統內核、應用庫、啟動(dòng)例程、基于 OpenVX 的應用框架以及說(shuō)明如何在真正的系統應用中使用軟件和硬件組件的應用示例。這些軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）都在由 TI提供的評估板卡上經(jīng)過(guò)了驗證。

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。該處理器系列的后續產(chǎn)品將包括同一芯片級 IP 的各種組合，從而為ADAS市場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域（無(wú)論是偏重計算性能的應用還是對消費類(lèi)汽車(chē)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，因此具有良好的兼容性。為特定型號開(kāi)發(fā)的軟件可重復用于本系列中的其他器件，不僅可以提高開(kāi)發(fā)效率，還方便在所有汽車(chē)型號中引進(jìn)具有不同功能子集的完整產(chǎn)品線(xiàn)。您可以使用 Jacinto 系列產(chǎn)品輕松開(kāi)發(fā)向泊車(chē)輔助和自動(dòng)代客泊車(chē)方向發(fā)展的環(huán)視系統類(lèi)應用。