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處理器/DSP  

環景顯示系統打造汽車擴增實境體驗

上網時間: 2015年06月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SoC  ADAS  LVDS  視訊採集 

基於乙太網路的彈性化策略

另一種途徑則利用乙太網路(Ethernet)實現視訊傳輸,如R-Car V2H即提供了一種從攝影機視訊擷取到顯示介面的獨特視訊路徑。這種途徑不僅釋放系統其餘部分(如整體延遲、記憶體頻寬和CPU干預)的要求,而且為系統製造商大幅降低軟體開發的複雜度。圖2顯示R-Car V2H的特殊視訊路徑。從四支攝影機解多工至幾何視訊變換,均無需存取外部記憶體,而且每一支攝影機都有專用的硬體加速器。


圖2:基於乙太網路的環景視訊傳輸路徑

系統成本的降低有助於環景顯示系統的廣泛普及,而佈線成本是其中不可忽視的一個部分。近年來出現2種降低成本的方法,可減少目前基於LVDS的環景顯示系統成本。其一是利用未遮罩雙絞線的乙太網路傳輸,另一種

在環景顯示的視訊傳輸(包括壓縮和解壓縮)以及處理鏈中,一項需要精心設計的是延遲。事實上,從攝影機擷取影像到顯示影像的總延遲應低於100ms,才能使駕駛人員能夠即時感知環境。

目前,攝影機執行於每秒30格的傳輸速率。在使用全域快門時,感測器電池在曝光時同時進行充電,然後成像器開始逐一輸出畫素。因此,影像擷取後大約一格(33ms)左右的時間傳輸最後一個畫素。這是第一格影像的延遲,無法縮短。另一個無法壓縮的延遲是影像顯示,所有畫素都必須在顯示影像之前完成傳輸,其延遲時間同樣是33ms左右。最後剩下的33ms則用於執行圖3所描述的其他任務。


圖3:視訊傳輸與影像幾何變換的延遲

該訊號鏈的第一步是資料傳輸。乙太網路協定並未提供專用機制來確保低延遲傳輸和攝影機同步。這也是瑞薩R-Car系列導入帶先進AVB硬體支援的Gb乙太網路MAC的原因。該建置為降低CPU負載和最佳化整個壓縮視訊接收提供了必要的硬體支援。有些專用機制用於實現智慧封包解封包和攝影機視訊濾波。AVnu聯盟AVB汽車規範中針對攝影機視訊定義快速啟動、低延遲(最大延遲為2ms)等多視圖攝影機應用的關鍵技術考慮。

首款基於乙太網路的多攝影機系統採用了低延遲的動態JPEG(MJPEG)壓縮技術。該技術基於眾所周知的JPEG標準,並已被廣泛應用於消費型數位相機。然而,該技術對於視訊品質的影響可能會限制後續視覺處理性能。

因此,瑞薩認為H.264壓縮技術是最佳的視訊傳輸解決方案。這項技術提供了更好的壓縮比,有助於改進視覺處理性能。目前,H.264技術已經廣泛應用在各種娛樂終端設備,可透過供應商的汽車娛樂連接方案連接到汽車上。例如瑞薩在R-Car V2H建置首款支援HD多通道、符合H.264標準且具有低延遲視訊解碼器的汽車SoC。

降低延遲的最後一步是縮短處理資料的延遲。事實上,傳統基於DSP的系統必須為視訊擷取採用雙緩衝途徑。R-Car V2H具有IMR的專用引擎,可即時處理影像幾何轉換。這種功能支援從最多5個低延遲視訊解碼器的直接串流影像。由於R-Car V2H具有視訊直通路徑,乙太網路傳輸網路中的總體延遲已較傳統的LVDS大幅降低了,如圖3所示。

成像與偵測

IMR還可以採用查找表(LUT)即時進行視角轉換成2D或3D環景成像。攝影機視角可針對每個輸入訊框進行更改,從而實現使用者視角間的動畫轉換。此外,該技術支援雙線性濾波,以提供出色的影像品質。R-Car V2H透過此方法使其只需極小的記憶體即可支援3D環景影像。R-Car V2H 具有與R-Car H2相同的影像辨識硬體,因而也可同時實現SfM計算以及行人探測。它能夠採用梯度長條圖和支援向量機分類,對四個攝影機的資料同時進行行人探測,如圖4。


圖4:基於 R-Car V2H 的3D環景影像系統展示行人檢測功能。

結語

本文針對汽車多攝影機應用的趨勢進行討論,尤其是停車輔助系統中的3D環景顯示功能,以及介紹具有豐富可擴展性的汽車SoC,如R-Car系列。諸如R-Car H2等車用SoC能夠實現汽車周圍環境的即時3D全方位成像,使停車操作更加方便。有些方案甚至導入獨特的乙太網路視訊直通方法、乙太網路AVB MAC以及多通道H.264低延遲解碼器,從而實現超低延遲視訊處理,以及減少記憶體頻寬,如R-Car V2H。瑞薩並導入功能安全所需的關鍵特性,使採用該產品的系統在功能安全上能達到ASIL B級別。

(參考原文:The path toward augmented reality with Renesas R-Car family,by Simon Oudin)


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