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1394攝影機:高頻寬、低延遲與可擴展性的簡化設計

上網時間: 2010年06月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:駕駛輔助系統  1394  VersaPHY 

汽車攝影機系統已經取得了長足的進展,從單一備用攝影機和簡單感測器以偵測物體,到發展出可避免碰撞和訊號辨識等智慧化駕駛輔助系統。這些系統均要求高頻寬、低延遲、多攝影機同步工作以及可擴展的特性,而且必須滿足一般汽車的要求,如低成本、少維護與減輕重量,而且能以靈活線束來實現。

這些系統要求是相互關連的。例如,市場上有許多高頻寬解決方案,但卻沒有一種能夠同時滿足低延遲、多攝影機同步工作以及低成本的要求。

典型的系統

典型的駕駛輔助系統包含一個攝影機控制器,用於連接多個影像感測器(攝影機)。控制器與攝影機的通訊提供了配置資訊,攝影機與控制器通訊則提供狀態與影像串流數據。控制器接收每個攝影機發送的影像串流數據,經過處理後確定諸如與目標物體的距離、相對速度和車道資訊等參數。為了即時計算多個相關串流數據而對網路提出了特定的要求,這就必須經由專門設計的1394汽車攝影機系統來滿足這一需求。


圖說:現代汽車需要攝影機鏡頭同步工作。

高頻寬

多種因素推動了對於高頻寬的需求:例如未經壓縮或少量壓縮的視訊、視訊解析度、色深和訊框率等因素。在駕駛輔助應用中,視訊一般是未壓縮或僅少量壓縮的數據,這主要有兩方面的原因:從影像感測器訊框擷取到訊框處理開始的延遲必須很小且可預測;以及,只能容忍非常少(如果有的話)的影像壓縮。

根據系統的不同,視訊解析度範圍大約在640×480至2,048×1,536之間,色深可從8位元至24位元,訊框率約從15fps至60fps。1394汽車攝影機系統基於IEEE-1394-2008標準,該標準支援98.304Mbps至3.932Gbps(S3200),其中983.04Mbps(S800)晶片現正量產出貨中。獲得更高的速度也不難,因為基於8B10B的技術如今已很常見,而S1600和S3200設備也已有成功開發出來了。

在S800數據速率下,6台未經壓縮的640×480@30fps、8位元單色攝影機加上1台未經壓縮的640×480@30fps、16位元彩色攝影機同時應用於駕駛觀測是可行的,剩餘還有近200Mbps的頻寬可用於回返通道或其它網路設備。

在S3200數據速率下,則可配備4台未壓縮的2,048×1,536@30fps、8位元單色攝影機用於專用攝影機網路,其它125Mbps頻寬則可用於回返通道或其它網路設備。

低延遲

足夠的頻寬可以帶來更低的延遲。不過,頻寬足夠也並非總能確保低延遲。1394標準具有足夠的頻寬可傳送來自多部攝影機的未壓縮視訊,因而可顯著減少延遲。另外,1394的同步功能也可使每部攝影機影像數據傳送到攝影機控制器的時間可預先預測,並確保最高延遲為250μs。

如果需要少量壓縮,就必須滿足駕駛輔助系統的延遲要求。安全至關重要的應用只能容忍從感測器訊框擷取到訊框處理開始(從編碼到解碼)間所存在的很短延遲時間。對於安全至關重要的應用來說,這是最嚴格的參數,能夠容忍的最高延遲僅為5ms。最高延遲為250μs的1394汽車攝影機系統加上富士通(Fujitsu)的SmartCodec可提供4倍壓縮和5ms的編碼至解碼延遲。

這意味著在S3200速率時,1394可支援兩台最大解析度、訊框率和色深的攝影機(2048×1526@60fps和24位元色彩),並具有足夠頻寬以支援6部經壓縮的1,024×768@30fps和16位元彩色攝影機,同時所有攝影機的最大延遲保證在5ms以內。

多部攝影機同步工作

從攝影機傳送的影像以每秒8,000次的即時速度形成數據串流。在每個125μs間隔之前,一個40ns解析度的時間戳數據封包被廣播到所有設備,實現所有設備的再同步。這個時間戳是硬體產生的,不受非1394系統負載的影響,因此能實現高精密度的三角運算。40ns解析度的時間戳加上VersaPHY遠端感測器配置可支援高精密度的‘預見型’攝影機觸發器,以實現畫素和線性精確同步,而其延遲也遠低於一般所要求的10μs。


圖說:1394汽車攝影機系統。


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