防止汽車倒車事故

Jonpaul Jandu

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

關鍵詞：汽車；后視攝像頭；顯示屏

O 引言

從1966年的安全帶開始，汽車安全的重要性推動了過去50年的關鍵技術創(chuàng)新。諸如防抱死剎車、安全氣曩等越來越多創(chuàng)新逐漸成為汽車中的標準安全配置。僅在過去20年中，車輛中就增加了車道偏離提示系統(tǒng)和雷達盲點監(jiān)測系統(tǒng)，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：后視攝像系統(tǒng)。

1 針對新車型的后視攝像系統(tǒng)標準

盡管后視攝像頭作為可選配置已經有好幾年了，不過美國和世界各地的汽車制造商現(xiàn)在才開始將后視攝像系統(tǒng)（如圖1）作為所有新車型的標準配置。隨著美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）關于汽車后視攝像頭的相關法規(guī)出臺，全球汽車安全趨勢也緊隨這個方向。這項新的NHTSA法規(guī)要求，汽車制造商必須在重量低于1萬磅（約合4500公斤）的車輛中安裝“車尾能見技術” （ rear visibility technology）。

該法規(guī)要求N HTSA修訂美國聯(lián)邦機動車輛安全標準111（FMVSS-111），擴大車后視野要求。它還規(guī)定，從2018年5月開始，在美國銷售的所有新車必須配備后視攝像系統(tǒng)。本田和謳歌屬于首批在所有車型中都將倒車攝像頭作為標準配置的汽車品牌。根據(jù)IHSMarkit公司研究，到2022年，車載信息娛樂系統(tǒng)和行車安全的關鍵顯示屏市場將實現(xiàn)兩位數(shù)的增長。

2 設計挑戰(zhàn)：滿足FMVSS-lll要求

汽車OEM面臨的主要技術挑戰(zhàn)是，如何滿足美國這項新法規(guī)的要求，該法規(guī)中包括一項關鍵條款，規(guī)定實時后視攝像頭視頻必須在駕駛員掛上倒車檔后2秒內顯示出來。該條款旨在減少由于駕駛員倒車事故導致的傷亡，這類事故的受害者很多是幼兒。滿足FMVSS-111要求面臨一項關鍵挑戰(zhàn)，那就是中控臺的主處理器或系統(tǒng)級芯片（SoC）運行的操作系統(tǒng)很復雜，可能需要幾秒鐘才能啟動。

此外，這種操作系統(tǒng)容易出現(xiàn)軟件凍結和小故障，可能導致顯示的圖像凍結。隨著軟件復雜性越來越高，凍結和掛起變得越來越普遍，這會影響系統(tǒng)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(tǒng)可靠性而優(yōu)化。該處理器可以在不到0.5秒內，打開并同步接通視頻源，并顯示視頻，解決了可靠快速啟動的問題。另一個重要考量是，攝像頭的實時視頻能夠在駕駛員需要的時候及時可靠地顯示。因為系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)和軟件棧非常復雜，可能發(fā)生凍結，導致在車輛掛上倒車檔后，無法顯示實時視頻。

可靠性問題發(fā)生在當駕駛員掛上倒車檔時，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的是實時視頻，車后方沒有人和障礙物，但實際上，駕駛員看到的是之前的、已凍結的視頻幀。等車輛開始移動時，如果有孩子在車后跑過，或有人走過（如圖2（b）），就會引起重大安全問題。

TW8844全高清LCD視頻處理器與系統(tǒng)的主SoC協(xié)同運行，能夠監(jiān)測攝像頭輸出和SoC輸出的視頻數(shù)據(jù)。如果TW8844確定，SoC的輸出視頻被凍結了，就會改變攝像頭輸出視頻的傳輸路徑，繞過SoC，將攝像頭輸出的視頻直接發(fā)送到中控臺LCD顯示屏。這個過程幾乎是瞬間發(fā)生的。SoC恢復后，TW8844可以再切換回去。

4 后視攝像系統(tǒng)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(tǒng)的模擬合成視頻，也可接收高清數(shù)字視頻。它先處理視頻，然后通過MIPI-CS12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、彩色停車指南等進行整合。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。在這個過程中，TW8844不斷進行凍結檢測測量，用多種方法測量圖像的多個方面，例如亮度、色值、單獨的像素以及更多方面，來確定視頻圖像是否凍結或損壞。系統(tǒng)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，就會自動向微控制器（MCU）發(fā)出中斷信號，然后MCU指示TW8844進入旁路模式，直接將后視攝像頭視頻發(fā)送到LCD顯示屏。同時，MCU還可以指示SoC進行軟復位，這樣駕駛員就不必為了恢復中控臺軟件而重新啟動車輛了。一旦軟件棧重新開始正常運行，MCU就指示TW8844離開旁路模式，重新將視頻發(fā)送到SoC中。

瑞薩子公司Inte rsil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(guī)時可觸發(fā)中斷信號，以確保汽車后視攝像頭符合FMVSS-111法規(guī)要求，并即時顯示實況視頻。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系統(tǒng)分開，幫助汽車制造商更輕松地達到攝像頭系統(tǒng)的IS0 26262功能性安全評級標準?！?/p>

在快速啟動模式，信號流程相同。車輛點火啟動、駕駛員掛上倒車檔后，倒車信號被觸發(fā)并通知系統(tǒng)MCU，汽車處于倒車狀態(tài)。如果掛上倒車檔后，SoC軟件尚未完成啟動，那么MCU會指示TW8844將攝像頭視頻直接發(fā)送到LCD，同時讓SoC完成啟動周期。一旦操作系統(tǒng)啟動完畢，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

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、兩個定標器、和專門為支持信息娛樂系統(tǒng)和后視攝像顯示系統(tǒng)而設計的MIPI-CS12 SoC接口。TW8844為汽車制造商提供確保后視攝像系統(tǒng)符合FMVSS-111標準所需的可靠性。TW8844實現(xiàn)了從模擬到數(shù)字攝像系統(tǒng)的過渡，并支持各類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-CS12輸出，其同系列器件TW8845具有傳統(tǒng)BT.656輸出，兩款器件都超過了FMVSS-111規(guī)范的要求，都可在車輛點火后不到0.5秒內顯示疊加了圖形內容的實時視頻，解決了目前更復雜的中控臺系統(tǒng)固有的快速啟動可靠性問題。通過其凍結/損壞圖像檢測功能，TW8844/45提供了強大的后視攝像系統(tǒng)架構，在符合FMVSS-111法規(guī)的前提下，增加了超過該法規(guī)具體規(guī)定的系統(tǒng)可靠性。

6 適合所有類型汽車顯示屏的解決方案

TW8844/45全高清LCD視頻處理器可以滿足汽車中任何顯示系統(tǒng)的需求，包括后座娛樂、儀表盤顯示屏和取代后視鏡的LCD顯示系統(tǒng)。兩個獨立的H/V定標器能夠輸出分辨率高達1080p （1920 x 1080）的信號，可以同時處理兩個不同的視頻源，同時向SoC和顯示屏輸出不同的視頻數(shù)據(jù)。此外，這兩款LCD視頻處理器可以同時向兩個獨立的顯示屏提供不同的內容，使其成為雙后座信息娛樂系統(tǒng)的理想解決方案。

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

7 更多行車安全功能將出現(xiàn)

行車安全功能是實現(xiàn)產品差異化的重要指標，已成為消費者選擇車型時真正考慮的因素。隨著配置安全功能的成本持續(xù)降低，汽車制造商能夠在更多主流車型中提供這些功能，而更多行車安全功能也將隨之出現(xiàn)。未來，會更多地使用視頻提供夜視、物體識別（視頻分析）等功能，以進一步提高行車安全性。