ADAS技術(shù)解決方案與應(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(yīng)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(dāng)普及的高端豪華車系。未來，ADAS應(yīng)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(yīng)用解決方案的半導(dǎo)體廠商，讓大家更加了解當(dāng)前有哪些主流的ADAS應(yīng)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(yīng)用的開發(fā)時間。

　　“盡管消費者非常青睞ADAS應(yīng)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(yīng)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(fù)利用，只能支持單一一種ADAS應(yīng)用。而Zynq-7000 All Programmable SoC 能為ADAS應(yīng)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(wù)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(dāng)尺寸的底層組件，確保支持不同的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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)。”

　　在中國， ADAS應(yīng)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(yīng)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(yīng)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?；诶走_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(yù)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(yīng)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(yīng)的預(yù)警或干預(yù)措施。有的只是警告駕駛員，有的則采取一些干預(yù)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(fēng)險。

　　ADAS技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(fù)雜應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(wù)于小眾高端市場的ADAS應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yù)計會達到60%.因此ADAS應(yīng)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(yīng)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(yīng)用。

　　圖2:4個攝像機的合成技術(shù)。