1394攝像頭高性能的簡單設(shè)計

精品文檔-下載后可編輯攝像頭高性能的簡單設(shè)計汽車攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)取得了很大的進步，從單一后備攝像頭和簡單傳感器檢測物體，發(fā)展到了諸如碰撞避免和信號識別等智能駕駛輔助系統(tǒng)。這些系統(tǒng)要求高帶寬、低延時、多攝像頭同步工作和可擴展的特性，而且必須滿足眾多通用的汽車要求，如低成本、少維護、減小重量，且能以用靈活線束實現(xiàn)。

這些系統(tǒng)要求是相互關(guān)連的。例如，市場上有許多高帶寬解決方案，但沒有哪種能夠同時滿足低延時、多部攝像頭同步工作，且同時低成本的要求。

典型的系統(tǒng)

典型的駕駛輔助系統(tǒng)包含一個攝像頭控制器，用于連接多個圖像傳感器（攝像頭）?？刂破髋c攝像頭通信以提供配置信息，攝像頭與控制器通信以提供狀態(tài)和圖像流數(shù)據(jù)?？刂破鹘邮彰總€攝像頭發(fā)送的圖像流數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后確定諸如與目標物體的距離、相對速度和車道信息等參數(shù)。實時計算多個相關(guān)流對網(wǎng)絡(luò)有特殊要求，需要通過設(shè)計1394汽車攝像頭系統(tǒng)來滿足。

車道保持輔助系統(tǒng)

車道保持輔助系統(tǒng)對行駛時保持車道提供支持。借助一個攝像頭識別行駛車道的標志線。

如果車輛接近識別到的標記線并可能脫離行駛車道，那么會通過方向盤的振動提請駕駛員注意。

如果車道保持輔助系統(tǒng)識別到本車道兩側(cè)的標記線，那么系統(tǒng)處于待命狀態(tài)。這通過組合儀表盤中的綠色指示燈顯示。

當系統(tǒng)處于待命狀態(tài)下，如果在躍過標記線前打了轉(zhuǎn)向燈，那么就不會有警告，因為系統(tǒng)接受有目的的換道。

由于該系統(tǒng)是為在高速公路和和條件良好的鄉(xiāng)間公路上行駛而設(shè)計的，因此它在車速約高于65km／h才開始工作。

剎車輔助系統(tǒng)

輔助剎車：傳感器通過分辨駕駛員踩踏板的情況，識別并判斷是否引入緊急剎車程序。由此該系統(tǒng)能立刻建立起的剎車壓力，以達到可能的的剎車效果。達到理想的制動效果。

高帶寬

有多種因素推動了對高帶寬的需求：例如未壓縮或稍作壓縮的視頻、視頻分辯率、色彩深度和幀速率等因素。在駕駛輔助應(yīng)用中，視頻一般是未壓縮或稍有壓縮的數(shù)據(jù)，這主要有兩方面的原因：從圖像傳感器幀捕獲到幀處理開始的延時必須很小，并且可預(yù)測；只能容忍非常少（如果有的話）的圖像壓縮。

根據(jù)系統(tǒng)的不同，視頻分辯率范圍可以從640×480至2048×1536，色彩深度可以從8位至24位，幀速率從15fps至60fps。1394汽車攝像頭系統(tǒng)基于IEEE-1394-2022標準，這個標準支持98.304Mbps至3.932Gbps（S3200），其中983.04Mbps（S800）芯片是目前大批量出貨的產(chǎn)品。獲得更高的速度也不難，因為基于8B10B的技術(shù)如今很常見，S1600和S3200設(shè)備也已有成功演示。

在S800數(shù)據(jù)速率下，6臺未壓縮640×480@30fps、8位單色攝像頭加上1臺未壓縮640×480@30fps、16位彩色攝像頭用于司機觀察是可行的，剩余還有近200Mbps帶寬用于反向通道或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

在S3200數(shù)據(jù)速率下，可以有4臺未壓縮2048×1536@30fps、8位單色攝像頭用于專用攝像頭網(wǎng)絡(luò)，余下125Mbps帶寬留給反向通道或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

低延時

足夠的帶寬可以帶來更低的延時。然而，足夠的帶寬并不會總是能保證低延時。1394標準具有足夠的帶寬發(fā)送來自多部攝像頭的未壓縮視頻，可顯著減小延時。另外，1394的同步功能能使每部攝像頭的圖像數(shù)據(jù)到達攝像頭控制器的時間可被預(yù)測，并能保證延時為250μs。

如果需要少量壓縮，就必須滿足駕駛輔助系統(tǒng)的延時要求。安全至關(guān)重要的應(yīng)用只能容忍從傳感器幀捕獲到幀處理開始（從編碼到解碼）間存在很短的延時。對于安全至關(guān)重要的應(yīng)用來說，這是嚴格的參數(shù)，可以容忍的延時為5ms。延時為250μs的1394汽車攝像頭系統(tǒng)加上富士通的SmartCodec可以提供4倍壓縮和5ms的編碼至解碼延時。

這意味著在S3200速率時，1394可以支持兩臺分辯率、幀速率和色彩深度的攝像頭（2048×1526@60fps和24位色彩），并具有足夠的帶寬支持6部有壓縮的1024×768@30fps和16位色彩攝像頭，同時所有攝像頭的延時保證在5ms以內(nèi)。

多部攝像頭同步工作

從攝像頭發(fā)出的圖像以每秒8000次的實時速度形成數(shù)據(jù)流。在每個125μs間隔之前，一個40ns分辯率的時間戳數(shù)據(jù)包被廣播到所有設(shè)備，實現(xiàn)所有設(shè)備的再同步。這個時間戳是硬件產(chǎn)生的，不受非1394系統(tǒng)加載的影響，因此能實現(xiàn)高精度的三角計算。40ns分辯率的時間戳加上VersaPHY遠端傳感器配置可支持高精度“預(yù)見型”攝像頭觸發(fā)器，用于實現(xiàn)像素和線的同步，并且延時遠小于通常要求的10μs。

汽車攝像頭系統(tǒng)已經(jīng)取得了很大的進步，從單一后備攝像頭和簡單傳感器檢測物體，發(fā)展到了諸如碰撞避免和信號識別等智能駕駛輔助系統(tǒng)。這些系統(tǒng)要求高帶寬、低延時、多攝像頭同步工作和可擴展的特性，而且必須滿足眾多通用的汽車要求，如低成本、少維護、減小重量，且能以用靈活線束實現(xiàn)。

這些系統(tǒng)要求是相互關(guān)連的。例如，市場上有許多高帶寬解決方案，但沒有哪種能夠同時滿足低延時、多部攝像頭同步工作，且同時低成本的要求。

可擴展性

可擴展性，可擴展性可以通過軟件框架來實現(xiàn)：動態(tài)加載的插件、頂端有抽象接口的認真設(shè)計的類層次結(jié)構(gòu)、有用的回調(diào)函數(shù)構(gòu)造以及功能很有邏輯并且可塑性很強的代碼結(jié)構(gòu)對不同的工程師有不同的含義。1394汽車攝像頭系統(tǒng)覆蓋了從數(shù)據(jù)速率到拓撲結(jié)構(gòu)到電纜到協(xié)議到系統(tǒng)的所有對象。1394規(guī)范幾乎在每個方向都能擴展：

數(shù)據(jù)速率：98.304Mbps（S100）至3.932Gbps（S3200）

拓撲結(jié)構(gòu)：支持點到點，菊花鏈，樹狀和環(huán)狀（環(huán)形）拓撲

線纜：1394的媒介層支持銅纜、塑料光纖、鎧裝塑料光纖和玻璃光纖。

協(xié)議：IEEE-1394是一種功能強大的傳輸協(xié)議，支持本地攝像頭、音視頻設(shè)備、大容量存儲器和VersaPHY配置以及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IEEE-1394同時支持存儲器映射（對大容量存儲器來說非常有效）和通道架構(gòu)（對音/視頻數(shù)據(jù)流來說非常有效）。

系統(tǒng)：1394汽車攝像頭系統(tǒng)的成本從簡單的點到點攝像頭和顯示器到復(fù)雜的用相同硬件實現(xiàn)的多攝像頭駕駛輔助系統(tǒng)變化很大。

1394汽車攝像機系統(tǒng)。

靈活的線束

IEEE-1394是一種對等網(wǎng)絡(luò)，支持點到點、菊花鏈、樹和環(huán)形拓撲。另外，1394汽車攝像頭系統(tǒng)支持多種媒介類型，如屏蔽雙絞線、屏蔽四絞線、同軸線纜和塑料光纖。1394汽車攝像頭系統(tǒng)的工作距離至少8米，并支持5個內(nèi)聯(lián)連接。所有這些靈活性給攝像頭系統(tǒng)設(shè)計者提供了功能強大的工具，可形成強功能、重量輕和極具成本效益的駕駛輔助網(wǎng)絡(luò)線束方案。

汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束也就不存在汽車電路。線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。線束產(chǎn)業(yè)鏈包括電線電纜、連接器、加工設(shè)備、線束制造和下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，線束應(yīng)用非常廣泛，可用在汽車、家用電器、計算機和通訊設(shè)備、各種電子儀器儀表等方面。

無需要軟件

汽車實現(xiàn)變化很大，從簡單攝像頭到通過連接著攝像頭控制器的多臺攝像頭的顯示應(yīng)用，并且這些控制器上運行著復(fù)雜的碰撞檢測算法。1394汽車攝像頭系統(tǒng)使用1394同步數(shù)據(jù)流功能，支持在網(wǎng)絡(luò)總線架構(gòu)上實現(xiàn)簡單的點到點模擬類連接。這種簡單性基于1394的同步數(shù)據(jù)流架構(gòu)，可以百分之百用硬件（與“軟件”相對。電子計算機系統(tǒng)中所有實體部件和設(shè)備的統(tǒng)稱。從基本結(jié)構(gòu)上來講，電腦可以分為五大部分：運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等）實現(xiàn)。這意味著來自傳感器，傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件如光、熱、濕度或化學組成如煙霧，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官，的視頻放到總線上以及從總線上接收、顯示或處理都不需要1394軟件的參與。這樣就極大地簡化了攝像頭設(shè)計，因為這些攝像頭無需軟件或處理器就能使用。

另外，在1394中新增VersaPHY后允許攝像頭在內(nèi)部沒有軟件、控制器中只有少量簡單軟件的情況下受控。對于像單個攝像頭到顯示器這樣的應(yīng)用，在攝像頭或顯示器中要求沒有軟件。

降低成本

成本非常關(guān)鍵——1394汽車攝像頭系統(tǒng)在成本方面具有很大的優(yōu)勢。S8001394芯片已經(jīng)非常普及，并且可以使用在許多其它大批量應(yīng)用中使用的主流Serdes技術(shù)擴展到S3200，從而允許1394汽車攝像頭系統(tǒng)進一步擴展，以簡單和極具成本效益的方式提供更大的帶寬。

如上所述，未壓縮視頻的差延時是250μs，這意味著攝像機只需緩沖250μs的數(shù)據(jù)。有限的緩存要求減少了芯片門數(shù)量，使得單芯片1394解決方案和雙芯片、傳感器和1394、攝像頭實現(xiàn)具有無與倫比的成本效益。

雖然其它技術(shù)經(jīng)常要求獨立的觸發(fā)或時鐘信號來觸發(fā)和/或同步網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，但1394數(shù)據(jù)流設(shè)備的同步是架構(gòu)的基礎(chǔ)，是用硬件實現(xiàn)的，因此1394汽車攝像頭系統(tǒng)無需額外成本就能實現(xiàn)這個功能。

因為1394汽車攝像頭系統(tǒng)有多種擴展方式，汽車制造商可以為大多數(shù)型號選擇1394，從而提高產(chǎn)量、降低成本。從點到點拓撲到大型攝像頭網(wǎng)絡(luò)，1394都能輕松應(yīng)對。

線束策略在降低實現(xiàn)成本過程中也很重要，實現(xiàn)了對多種媒介類型和拓撲安排的化支持。這種靈活性允許汽車制造商選擇能夠滿足系統(tǒng)級成本目標的媒介，并在性能、可擴展性和重量等各個方面取得平衡。

因為視頻流，視頻流是指視頻數(shù)據(jù)的傳輸，例如，它能夠被作為一個穩(wěn)定的和連續(xù)的流通過網(wǎng)絡(luò)處理。因為流動，客戶機瀏覽器或插件能夠在整個文件被傳輸完成前顯示多媒體數(shù)據(jù)。視頻流技術(shù)基于2密鑰技術(shù)，視頻譯碼技術(shù)和可升級的視頻分發(fā)技術(shù)發(fā)展，是1394的基本特性，這樣做的成本是的。從降低的硅片成本到非常低的管理開銷，1394成本可媲美點到