ADAS技术解决方案与应用对比

`　　不知道还有多少人记得那部伴着我们长大的《霹雳游侠》和里面那辆独一无二的黑色汽车KITT?记得那时的梦想就是能够拥有一辆像KITT一样的汽车，车内有可视电话和娱乐设备、配有扫描监视和卫星导航设备、能给人看病，称体重、能在自己开车累了的时候自动驾驶、能在水中“游泳”等等，所有的一切当时看起来是那么遥远，那么科幻，而如今KITT的很多功能都已经被我们变成了现实。先进驾驶辅助系统(ADAS, Advanced Driver Assistance Systems)就是继ABS(防抱死制动系统)、安全气囊和稳定控制系统之后的技术革新，它将曾经只有KITT才具备的一些功能变成了大部分汽车都会具备的功能。
　　在中国，经过几年的快速发展，消费者从最初对汽车的基本代步功能需求已经逐渐转向对安全等更高层次的需求。越来越多的汽车制造商正在转向电子、高科技方案以求解决安全问题，高需求也使得汽车安全系统越来越像智能化的方向发展。全球汽车制造商也渴望为汽车消费者提供越来越先进的ADAS应用，满足各种不同类型车辆的需求，而不仅仅是ADAS已经相当普及的高端豪华车系。未来，ADAS应用将会覆盖入门级、中端和高端三个汽车价格区间。为此，本刊特地采访了几家提供ADAS应用解决方案的半导体厂商，让大家更加了解当前有哪些主流的ADAS应用解决方案。  　　

图1:ZYNQ用于ADAS应用。

　

　图2:4个摄像机的合成技术。

　　赛灵思(Xilinx)的Zynq平台解决方案
　　赛灵思是一家传统的提供FPGA产品及其解决方案的厂商，日前它推出了业界首款在单芯片上集成了ARM双核Cortex-A9 MPCore处理系统和密切整合FPGA的汽车级Zynq-7000 All Programmable片上系统(SoC)平台。该平台可帮助系统厂商加快在环绕视觉、3D环绕视觉、后视摄像头、动态校准、行人检测、后视车道偏离警告和盲区检测等高级驾驶员辅助应用的开发时间。
　　“尽管消费者非常青睐ADAS应用，对它的需求强劲并处于持续增长态势，不过ADAS的推广速度并未达到应有的水平，这是因为开发和制造成本巨大。但主要原因还在于，目前大多数ADAS解决方案均采用多芯片，几乎完全是从头开始设计的，而且这种设计结果是一次性的，不能重复利用，只能支持单一一种ADAS应用。而Zynq-7000 All Programmable SoC 能为ADAS应用带来高强度实时处理功能以及针对多种先进算法的并行处理功能，并提供与传感器和车辆通信主干之间的多样化接口。”赛灵思公司亚太区新兴业务拓展经理黄文杰在接受采访时表示。
　　黄文杰在解释说，为了提供ADAS的灵活性及便于产品更新换代，业界必须通过提高集成度、优化性能、创建通用ADAS优化平台来实现适当尺寸的底层组件，确保支持不同的应用，而且能够实现定制。因为高度集成的全面可编程单芯片平台不仅能够降低单位成本，提高规模经济效益，缩短开发周期，而且能改变ADAS发展的格局，最终确保ADAS得到普及。
　　而Zynq平台满足这一切的要求。从技术层面分析， Zynq采用单一芯片即可完成ADAS解决方案的开发。Zynq-7000 All Programmable SoC,大幅提升了性能，便于各种捆绑式应用，能实现不同产品系列间的可扩展性。其次， Zynq-7000 All Programmable SoC实现了ADAS优化的平台，可以让汽车制造商和汽车电子产品供应商在平台上添加自己的IP以及赛灵思汽车生态系统提供的现成的IP,从而能够创建出独有的差异化系统。
　　从市场层面上看，目前和未来的ADAS应用的共同之处是将多种摄像头和超声传感器与专用实时处理系统相结合。而Zynq-7000在视频/影像捕捉;视频/影像处理;自定义算法/Accelerators;连接功能;编码/解码领域具有极大的灵活性。
　　“赛灵思虽然并未直接向汽车OEM厂商提供产品。但其合作伙伴已经在采用Zynq平台致力于ADAS产品开发。”黄文杰表示，“赛灵思联盟计划成员Green Hills Software,eSOL,Lauterbach GmbH等已经都采用了赛灵思Zynq-7000 All Programmable SoC进行产品开发。”
　　在中国， ADAS应用需求也在持续发展， 会逐渐从备选的功能升级到必须的装备。黄文杰认为，赛灵思灵活的可编程SoC Zynq-7000将成为推动这方面应用的理想平台。中国企业把握这项平台技术之后，能够更快地开发出低成本且高性能、高集成度的适合中国环境的ADAS方案， 促进这项应用的全面推广和普及。
　　ADI视觉ADAS解决方案
　　与赛灵思采用FPGA作为核心开发器件不同，ADI的ADAS主要核心器件是DSP.ADI基于视觉的ADAS系统提供车道偏离警告、交通信号识别、智能前灯控制、物体检测/分类、行人检测等功能。基于雷达的系统具有类似的功能，此外还可提供前/后停车帮辅助、安全车距预警、车道变换辅助、盲点检测、碰撞缓冲刹车系统、全速范围自适应巡航控制等功能。
　　基于视觉的高级驾驶员辅助系统(ADAS) 的核心，是通过视觉或者雷达技术检测车辆周围的环境信息，经DSP处理，然后采取相应的预警或干预措施。有的只是警告驾驶员，有的则采取一些干预驾驶的措施如刹车等。通过安装后视、前视、侧视摄像头和视觉处理ECU,可以实现多种功能来帮助驾驶员提前防范风险。
　　ADAS技术应用的不断普及，不仅仅是由于汽车厂商之间竞争的原因，***的规章制度也是一个重要因素。美国国家高速运输安全管理局正在制定强制安装后视摄像机的政策。与此同时，2014年欧洲新车安全评鉴协会(Euro NCAP)自动紧急刹车系统计划等有关后视摄像头的新法规要求也给汽车产业带来了更大的压力，要求设法在不增加单位车辆材料清单(BOM)成本的情况下实现计算和网络强度很高的系统。对ADAS系统的OEM汽车厂商和以及汽车电子产品供应商的系统架构设计人员来说，这就需要降低成本，同时还要想办法满足系统要求，支持智能网络和实时图像-视觉功能。
　　ADI提供的首款专用ADAS视觉处理器具有比较高的性能功耗比和性价比，并且满足NCAP的新行人保护要求。ADAS视觉应用这一细分市场一旦大规模部署，所需要的就不仅仅是处理能力。为此，ADI有针对性的两款专用的ADAS视觉处理器(BF608/9)，支持并行处理多达5种功能，图像处理能力达百万像素，帧速率为30FPS(帧/秒)，功耗不到1.3W@105°C.由于目标设定为2014年及以后的市场部署，ADI集成了ISO26262兼容硬件支持能力。功能系统中，BF60x通常最多可将系统成本降低30%.
　　ADI汽车电子行业中国区市场经理许智斌认为，现阶段ADAS技术面临的挑战主要来自视频获取和处理环节。由于摄像头分辨率趋向于越来越高，数量越来越多，每个系统的功能数量不断增多，所有这些趋势对半导体厂商在模拟技术、高频技术以及数字处理方面有很高的要求。与此同时，对信号处理功耗成本比的要求则更严苛。他说，“ADI和众多汽车厂商以及汽车配件供应商在ADAS领域有着长期紧密的合作。我们基于视觉和基于雷达的ADAS方案都已经在众多中高端车型上量产。同时，我们非常重视新技术和新市场的开拓，正在推动普及ADAS技术。特别是在中国地区，汽车市场蓬勃发展，众多消费者对于行车安全的重要性越来越重视，也期盼新的技术可以提高汽车安全和舒适性。我们相信，ADI高性能，高性价比，低功耗的ADAS技术和产品可以很好的满足中国和全世界市场需求。”
　　飞思卡尔ADAS解决方案
　　飞思卡尔主要专注于前视(车道偏离和跟踪，盲点检测)，后视(智能泊车和测距)，环视(泊车)的ADAS 应用 .飞思卡尔为未来的ADAS系统设计了很多微控制器产品。
　　如采用CogniVue 的 APEX IP 技术的SCP2200 系列，SCP2200 解决方案通过集成高密度内存将物料成本降至最低，并使摄像机微型化。该系列产品的并行图像处理架构能够同时处理图像数据，这意味着，与竞争对手当前所提供的产品相比，它能够以较低的时钟频率实现高性能图像数据处理。 除了这种高性能外，它还具备飞思卡尔领先市场的功耗和成本效益优势。加上所附的资源库、以及硬件和软件开发套件向汽车制造商提供了一套综合工具，使其可以设计智能摄像机应用，帮助他们更迅速地将解决方案推向市场。
　　对未来ADAS及信息娱乐系统，因为信息量和高分辨率等要求，需要更高带宽的总线来解决问题，以太网是最好的解决方案。MPC5604E MCU和i.MX6 系列多媒体处理器提供了很好的基于以太网的环视解决方案。MPC5604E可以把摄像头的数据通过以太网传给中央处理器i.MX6.i.MX6系列包括基于ARM Cortex-A9架构的单核、双核和四核家族，并结合了强大的生态系统，是基于单个硬件设计而开发终端设备组合的理想平台。它 具有非常强大的处理图像的能力，能快速提控当前信息。飞思卡尔和OminiVision, 博通推出全球首个基于以太网的环视泊车系统。
　　飞思卡尔高级产品经理郗蕴侠表示，“飞思卡尔目前的成熟客户包括BOSCH, CONti, TRW, Valeo, Denso, Delphi 等。”同时，她也指出，“ADAS技术面临的挑战包括提高芯片本身具有处理图像，复杂应用的快速高容量计算处理能力;需要消耗较低功率以避免散热问题;尺寸要小，使得和系统其他器件紧密结合，以便安装。总体需求就是要快速处理，高容量，低功耗，小尺寸。 ”
　　富士通360度全景系统方案
　　富士通的ADAS技术主要涉及透过摄像头和传感器的结合，实现图像识别辅助和接近目标检测，应用的领域主要有360度三维立体全景辅助、可视停车辅助、驾驶盲区监控、安全开车门以及车行驶方向周围的障碍物和行人的识别。目前，富士通的合作伙伴采用Emerald核心芯片MB86R11可以提供turnkey 量产方案。
　　富士通的360度全景系统方案，采用3D的建模和独特图形合成算法，围绕车身四周可构建多个虚拟三维立体视角，结合车身CAN总线做到自动视角动画的缩放和切换。 作为驾驶员的视觉辅助，汽车上配备了4个摄像机影像的合成系统，但是以往的技术只能做二维图像合成，因而只能进行特定视角的显示。而360度全景系统方案能将来自4个摄像机的影像合成到三维模型上，从而可以从任意视角显示全方位场景。以往的系统将摄像机影像投影到二维平面上，只能表现从上方观看的俯视图，有时难以分辨周围的车辆和行人。而360度全景系统，则是将影像投影在立体曲面上，可以任意变换观看角度，能完整表现出希望看到的场景，从而提高了可辨识性。
　　在接近目标图像检测的技术方面，富士通运用灵活的时间帧来采集2个不同的图形，能够检测大约60米元的目标，传统的图形识别只能做到20米。富士通的ADAS应用包括可视辅助和识别辅助。可视辅助给驾驶人员提供更为立体的广泛视角范围，减少视角盲区范围;识别辅助对后方或者侧面接近的目标进行检测，提醒驾驶人员变道的潜在危险，也可以做到停车后提示是否适合安全开车门。
　　富士通的汽车电子产品经理丁洁早在接受采访时表示，“富士通目前的客户都还在设计导入的过程中。2014年市场上大家会惊喜的看到大型的车厂推出基于富士通MB86R11系统的多款新车型面市。”
　　谈到ADAS技术目前面临的技术挑战时，丁洁早说，“ ADAS目前面临的主要技术挑战是如何做到多种最新技术的更好集成和图像合成算法的创新，基于最新摄像头视频的技术、图形处理器的技术、最新传感器的技术和基于雷达的技术来提供一个更为安全、舒适，成本可接受的驾驶辅助系统。”另外，他对中国ADAS市场的前景也非常乐观，“ADAS技术在中国汽车市场，我们预计会先在可视停车辅助，360度三维立体全景辅助和驾驶盲区监控这三个应用方面得到最终消费者的欢迎。市场的爆发点可能在2015年前后，前装市场先行，后装市场也会有很大机会。”
　　总结
　　受访的这四家ADAS应用方案提供商中，虽然核心器件各不相同，设计方案也各有侧重，但对ADAS技术会从被动安全方式转向到主动安全方式演进的趋势都持一致态度，对降低成本都提出了自己的解决方案。
　　随着中高端汽车市场的快速发展，以及***和汽车消费者安全性意识的大幅提升，曾经服务于小众高端市场的ADAS应用获得了快速发展的动力，特别是随着平台和解决方案成本的下降，ADAS应用及传感平台的配备已经从高端汽车向中端，甚至入门级汽车车型中快速渗透。对于汽车 OEM厂商来说，在被动安全系统以及信息娱乐设备、ABS、ESP等已成为当前汽车电子标配设备之后， ADAS这类先进的主动安全系统还可作为产品差异化的增值亮点。
　　据报告称，目前有70%的汽车具备后视功能，30%的高档汽车具备前视功能，到2015年这一比例预计会达到60%.因此ADAS应用必将会在中低端汽车市场普及开来。再加上中国***对汽车安全法规的大力推动，必将使得ADAS技术应用在中国汽车电子市场有一个大的增长。中国各大OEM,包括本土品牌已经在这方面积极准备，在不久的将来，中国会有更多具有ADAS系统特性的汽车。



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