車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)原理及預(yù)防黑屏策略研究

【摘" 要】文章主要對(duì)車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)及預(yù)防黑屏策略進(jìn)行研究分析。首先，對(duì)車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)的工作原理、實(shí)施方案以及異常處理策略進(jìn)行闡述，并對(duì)全景鏈路、圖像處理、技術(shù)方案、Failsafe等多個(gè)方面技術(shù)進(jìn)行分析；其次，對(duì)具體的方案設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并針對(duì)可能出現(xiàn)的各種異常情況，提出全面且有效的應(yīng)對(duì)措施，旨在大力提升車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)；鏈路；黑屏

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.675" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）08-0065-03

Research on the Principle of Built in Panorama in Vehicles and the Strategy for Preventing Black Screen

YU Yongbao，WANG Min，F(xiàn)U Weida

（Automotive Engineering Institute of GAC Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510640，China）

【Abstract】The article mainly conducts research and analysis on the built-in panoramic system and black screen prevention strategies in vehicles. Firstly，explain the working principle，implementation plan，and anomaly handling strategy of the built-in panoramic system in the vehicle，and analyze various technologies such as panoramic link，image processing，technical solutions，and Failsafe；Secondly，a detailed introduction to the specific design details of the scheme is provided，and comprehensive and effective measures are proposed for various possible abnormal situations，aiming to greatly improve the reliability and practicality of the built-in panoramic system in vehicles.

【Key words】in car panoramic system；link；black screen

作者簡(jiǎn)介

余永寶（1982—），男，碩士；王敏（1988—），女，碩士；符偉達(dá)（1985—），男；研究領(lǐng)域均為汽車(chē)電子。

在當(dāng)今汽車(chē)行業(yè)迅猛發(fā)展以及人們對(duì)行車(chē)安全高度重視的背景下，車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)逐步成為了車(chē)輛至關(guān)重要的配置之一。車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)具備的獨(dú)特功能能夠切實(shí)有效地幫助駕駛員更全面深入地了解車(chē)輛周?chē)鸂顩r，顯著減少盲區(qū)的存在，從而極大程度地降低事故風(fēng)險(xiǎn)，為安全行車(chē)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。全景系統(tǒng)因其鏈路較長(zhǎng)，鏈路每一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致后端顯示出現(xiàn)黑屏、花屏等體驗(yàn)異常，甚至帶來(lái)車(chē)輛和用戶(hù)安全風(fēng)險(xiǎn)。因此穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，變得尤其重要。

1" 車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)的原理

全景系統(tǒng)主要由前/后/左/右4個(gè)攝像頭、車(chē)機(jī)、顯示屏、高清線(xiàn)束及插件組成，4路攝像頭采集720P高清影像，按固定幀率（30幀/s）傳輸?shù)郊扇暗能?chē)機(jī)進(jìn)行圖像拼接、處理，形成一幅360°全景無(wú)縫拼接圖像，同時(shí)對(duì)圖像亮度、色度均衡、軌跡線(xiàn)和設(shè)置菜單等進(jìn)行疊加，然后輸出到顯示屏，IDC輸出圖像幀率不低于30幀。

全景UI主要分為2個(gè)卡片，左側(cè)為全景俯瞰區(qū)域及泊車(chē)功能按鍵，右側(cè)為多個(gè)單視圖區(qū)域及全景功能按鍵，如圖1所示。右側(cè)卡片上的功能按鍵分為退出按鍵、2D視圖、3D視圖、廣角視圖、后視鏡下翻（僅R擋）及設(shè)置按鍵等，以上視圖根據(jù)擋位不同顯示不同方位的視角，R擋為后視圖，非R擋為前視圖，用戶(hù)也可以點(diǎn)擊左卡片鳥(niǎo)瞰圖中的不同攝像頭切換不同視角。2D影像，360全景+攝像頭影像，4個(gè)攝像頭視角，包括前、后、左、右4個(gè)畫(huà)面展示。攝像頭拍攝方向是以車(chē)為中心朝外拍攝。3D影像，360全景+3D模擬，4個(gè)攝像頭視角，包括左前、右前、右后、左后。廣角模式視角定義為前廣角、后廣角、前車(chē)輪（左右前車(chē)輪的拼接視圖）和后車(chē)輪（左右后車(chē)輪的拼接視圖）4種視角。攝像頭拍攝方向是以車(chē)為中心，朝外拍攝。

2" 系統(tǒng)架構(gòu)及鏈路

在方案設(shè)計(jì)中，首先需要對(duì)攝像頭的布局進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。這需要充分考慮到車(chē)輛的具體結(jié)構(gòu)和使用需求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛周?chē)?60°無(wú)死角的全面覆蓋。例如，在前部、后部、側(cè)面等關(guān)鍵位置安裝合適數(shù)量的攝像頭，確保每個(gè)角度的信息都能被準(zhǔn)確捕捉。本文不展開(kāi)關(guān)于布局的討論，主要基于市面主流SOC高通8155平臺(tái)，以及相關(guān)硬件進(jìn)行通用硬件鏈路、軟件架構(gòu)及故障分解。

2.1" 硬件鏈路

硬件系統(tǒng)鏈路主要由攝像頭、主機(jī)和顯示屏3部分組成，如圖2所示。攝像頭采集圖像；主機(jī)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行拼接和處理，并給攝像頭供電；顯示屏顯示全景影像。視頻的傳輸采用GMSL接口協(xié)議，傳輸鏈路如線(xiàn)纜、插件相關(guān)特性需滿(mǎn)足GMSL標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2" 系統(tǒng)處理單元

系統(tǒng)處理單元承擔(dān)著至關(guān)重要的任務(wù)，它必須具備極其強(qiáng)大的計(jì)算能力，以便能夠快速而高效地處理和拼接海量的圖像。因此需要選用高性能的處理器和專(zhuān)業(yè)的圖像處理芯片，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的圖像數(shù)據(jù)。

SA8155支持4個(gè)CSI輸入端口，每個(gè)端口最多4個(gè)通道。每個(gè)端口都連接到一個(gè)攝像頭或橋接芯片，其中CSI0-3連接到橋接芯片。橋接芯片通過(guò)MIPI通道將2個(gè)攝像機(jī)數(shù)據(jù)流分別收集到一個(gè)CSI解碼器，經(jīng)過(guò)圖像前端處理引擎、Bayer處理引擎、圖像后處理引擎。SA8155圖像處理組件如圖3所示，顯示為具有4個(gè)Bayer相機(jī)傳感器和4個(gè)YUV相機(jī)傳感器。

2.3" 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

SA8155采用Hypervisor方案，其中全景應(yīng)用可分別在QNX系統(tǒng)和Android系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。QNX系統(tǒng)啟動(dòng)較快，可用于全景系統(tǒng)的快速啟動(dòng)，Android系統(tǒng)則用于實(shí)現(xiàn)全景系統(tǒng)的全功能設(shè)計(jì)。依據(jù)圖2，軟件設(shè)計(jì)需實(shí)現(xiàn)以下功能：①M(fèi)CU給攝像頭供電；②APP執(zhí)行打開(kāi)攝像頭的操作；③高通AIS框架收到上層打開(kāi)攝像頭的動(dòng)作通知攝像頭驅(qū)動(dòng)；④攝像頭驅(qū)動(dòng)通過(guò)不同的AIS Input Id去打開(kāi)攝像頭；⑤攝像頭把視頻流數(shù)據(jù)通過(guò)LVDS透?jìng)鞯?6722芯片；⑥攝像頭驅(qū)動(dòng)接收96722芯片的視頻流數(shù)據(jù)以及解析視頻流數(shù)據(jù)；⑦攝像頭驅(qū)動(dòng)把解析完成的視頻流數(shù)據(jù)，通過(guò)高通AIS框架透?jìng)鹘o到上層。全景軟件架構(gòu)如圖4所示。全景軟件架構(gòu)功能描述詳見(jiàn)表1。

3" 異常處理

在實(shí)際應(yīng)用中，全景系統(tǒng)受到攝像頭硬件、線(xiàn)束、供電、連接器穩(wěn)定性、路面抖動(dòng)、信號(hào)干擾、軟件邏輯異常等諸多因素影響，會(huì)導(dǎo)致視頻流在傳輸過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而最終畫(huà)面顯示異常。有些可能是硬件損壞帶來(lái)的不可恢復(fù)故障，有些則是需要通過(guò)軟硬件兼容設(shè)計(jì)、兜底設(shè)計(jì)預(yù)防策略進(jìn)行預(yù)防或干預(yù)的可恢復(fù)故障。在當(dāng)前復(fù)雜系統(tǒng)下，每個(gè)硬件或軟件組件采用的分層、分工設(shè)計(jì)，需要詳細(xì)約束各自需要實(shí)施的異常處理策略，既能有效解決異常狀況，又不至于在相互協(xié)同方面發(fā)生較多耦合，影響整體系統(tǒng)遷移和穩(wěn)定性。

3.1" 全景故障樹(shù)

根據(jù)鏈路將全景故障細(xì)分為設(shè)計(jì)、制造。設(shè)計(jì)方面，從攝像頭、線(xiàn)束、主機(jī)硬件、主機(jī)軟件幾大方面進(jìn)一步進(jìn)行領(lǐng)域細(xì)分；軟件方面，進(jìn)一步分為底層驅(qū)動(dòng)、中間服務(wù)層、應(yīng)用層各級(jí)故障問(wèn)題，以及由此帶來(lái)的異常表象。全景故障樹(shù)分析如圖5所示。

3.2" 設(shè)計(jì)預(yù)防

1）硬件設(shè)計(jì)原則：①攝像頭硬件供電及時(shí)序，需滿(mǎn)足SerDes、Sensor、ISP芯片各級(jí)上電時(shí)序要求，如圖6所示；②POC線(xiàn)路供電電壓及DCDC開(kāi)關(guān)頻率需滿(mǎn)足SerDes芯片要求；③線(xiàn)束駐波比、特性阻抗、抗干擾性。

2）軟件設(shè)計(jì)原則：①底層驅(qū)動(dòng)支持熱插拔邏輯，在電路供電、信號(hào)等由于車(chē)輛抖動(dòng)、電源波動(dòng)異常等因素影響導(dǎo)致的傳輸中斷情況，當(dāng)連接斷開(kāi)重連后，能及時(shí)進(jìn)行視頻信號(hào)恢復(fù)；②應(yīng)用層通過(guò)AIS函數(shù)接口以及Android Carmera2接口，與底層進(jìn)行接口交互；③為避免深度耦合以及上下兜底導(dǎo)致系統(tǒng)交織過(guò)度，層級(jí)之間的修改都會(huì)導(dǎo)致上下層邏輯重寫(xiě)，應(yīng)用層與底層不應(yīng)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的交互接口通路，應(yīng)用層只關(guān)注調(diào)用接口返回值異常處理。底層和上層交互接口如圖7所示，全景軟件接口處理分工見(jiàn)表2。

4" 試驗(yàn)驗(yàn)證及總結(jié)

4.1" 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)本文系統(tǒng)鏈路分解、故障樹(shù)梳理以及設(shè)計(jì)預(yù)防等分析，集成全景系統(tǒng)的模塊較多，系統(tǒng)非常復(fù)雜，子系統(tǒng)的鏈路較長(zhǎng)，出現(xiàn)故障時(shí)根因查找周期長(zhǎng)，問(wèn)題定位困難?；谙到y(tǒng)正向開(kāi)發(fā)，以及集成全景系統(tǒng)及鏈路特點(diǎn)，進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)試及專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，包含6個(gè)方面內(nèi)容，如圖8所示。從6個(gè)方面充分驗(yàn)證完善正向開(kāi)發(fā)流程，以及異常處理機(jī)制生效判定，促成系統(tǒng)健壯性完善。

4.2" 總結(jié)

車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)憑借其獨(dú)特而先進(jìn)的原理和科學(xué)有效的方案設(shè)計(jì)，為駕駛員提供了極大的便利和可靠的安全保障，而完善且全面的異常處理策略則進(jìn)一步顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，車(chē)載內(nèi)置全景系統(tǒng)必將不斷優(yōu)化和升級(jí)，為行車(chē)安全發(fā)揮更為重要和關(guān)鍵的作用。同時(shí)，也期待著在技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用推廣等方面取得更多的突破和成就，為人們的出行帶來(lái)更多的便捷和安全。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯" 凌" 波）