基于嵌入式系統的流媒體后視系統設計

李 濤，莊云龍，孫 燦，張 磊

（北京汽車研究總院電子電器與空調部，北京 101300）

隨著汽車行業的發展，人們對安全駕駛提出了更高的要求。傳統車輛通過內外后視鏡利用鏡面反射原理將車輛側后方的道路信息傳遞給駕駛員。由于左、右外后視鏡分別位于車身兩側，駕駛員無法同時獲取兩側道路情況，通過擺頭觀察有一點的延遲性；同時，因為車身結構的特點，導致C柱和后座椅的乘客、靠枕都對后方的視野造成干擾，客觀存在極大的視野盲區，在車輛變道和后方車輛突然加速超車時，駕駛員往往反應不及，造成操作不當，是事故發生的一個重要因素。

本文提出的基于嵌入式系統的流媒體后視系統，能夠同時采集、處理車輛側后方道路信息，并通過算法處理，將高清視頻圖像實時顯示在流媒體內后視鏡上，具有實時性、準確性和魯棒性，能夠有效降低車輛側后方的視野盲區。同時，考慮到駕駛員駕駛習慣不同，在后視鏡圖像顯示算法處理時，設計多種顯示模式，進一步提高駕駛安全系數。

1 系統方案設計

本系統設計的目的在于提供一種3路流媒體后視系統，可以實時采集、顯示車輛側后方路況并反映給駕駛員，進而規避盲區帶來的安全隱患。

本系統由流媒體控制器、3個高速高清攝像頭和流媒體內后視鏡構成。3個攝像頭獲取的高清視頻信息通過同軸電纜傳輸給所述控制器。控制器對視頻信息進行圖像處理并將處理后的視頻傳輸給流媒體內后視鏡進行顯示，實現車輛側后方路況的實時顯示。整套系統通過CAN總線與車輛控制系統進行通信，完成信號傳遞和人機交互。系統方案設計如圖1所示。

本系統結構中的流媒體控制器采用Ambralla A9AQ圖像處理芯片，該芯片擁有高速處理能力，并且能夠同時處理4路高清視頻圖像，是本系統的核心處理單元。流媒體控制器主要負責視頻圖像的編解碼、IO驅動、圖像處理及傳輸等，其結構架構如圖2所示。流媒體內后視鏡采用TFT異形屏，通過LVDS與控制器進行視頻傳輸，能夠真實清晰地顯示車輛周圍路況。

圖1 系統結構框圖

圖2 系統結構框圖

圖1 中1是流媒體后視系統的圖像采集系統，為了保證3個攝像頭能夠覆蓋更多的視角，左右2個攝像頭分別布置在外后視鏡上。后攝像頭需要綜合考慮視角范圍、便于清潔等特點，因此把后攝像頭安裝在車輛的后風擋玻璃內側。以61°的攝像頭為例，3個攝像頭可以獲取如圖3所示的視野范圍。

圖3中，1和2部分總和為3路流媒體系統的視野范圍，2和3為普通后視鏡的視野范圍。從圖中可以明顯看出，3路流媒體系統的視野范圍相比傳統的后視鏡范圍擴大了至少3倍。

圖3 3路攝像頭視角范圍

2 軟件功能設計

由于駕駛員個人習慣不同，對于后視鏡上的顯示圖像的適應也存在差異，因此需要對流媒體內后視鏡上的顯示圖像進行多種模式設計，包括拼接顯示模式、1+2分屏顯示模式、單后視顯示模式。駕駛員可根據個人喜好，通過人機交互界面選擇適合的顯示模式。當汽車轉向時，控制器根據總線上的轉向信號，自動將上述3種顯示模式切換到轉向模式。本系統軟件設計流程如圖4所示。

2.1 拼接顯示模式

拼接顯示模式，是指控制器將3路圖像進行平面拼接，使最終顯示在內后視鏡上的圖像是一個有效距離范圍外的整體。要想實現這種處理，首先要對3個攝像頭采集的圖像進行標定，使3個攝像頭的圖像投影到同一個水平面。該水平面離車身越近，拼接后的圖像失真程度越高；距離太遠，會導致拼接后的車身占比過大，有效圖像偏小，影響駕駛體驗。拼接顯示模式如圖5所示。

圖4 軟件設計流程

圖5 拼接顯示模式

投影到同一水平面再進行圖像拼接，必然會導致左右兩側圖像有一定的拉伸，從而導致車輛在轉彎過程中，近距離的圖像拼接會出現錯位的現象。同時，在后方車輛穿過拼接區域時，會出現輕微的比例失真。因此，拼接顯示模式最佳的行駛環境是高速公路、快速路等路況。

2.2 分屏顯示模式

分屏顯示模式，是指控制器將3路圖像分別顯示到內后視鏡指定的顯示區域。根據后視鏡的外形特征，可分割成多種顯示外觀，設計的兩種分割模式如圖6所示。該顯示模式相比其他兩種顯示模式，擁有最大的視野范圍。但由于視角的放大，會導致側后方圖像在屏幕上出現重復，因此對于駕駛員的使用習慣來說，需要一個適應過程。這種模式適合在中低速、比較擁堵的城市行車。

圖6 分屏顯示模式

2.3 單后視顯示模式

對于習慣常規后視鏡的駕駛員，可以通過人機交互選擇單后視顯示模式。此時，流媒體后視鏡僅顯示后視圖像。相比拼接模式和分屏模式，單后視顯示模式只能顯示圖3中4所示的視野景象，在視野范圍外的車況則需要駕駛員通過外后視鏡來進行觀測。

2.4 轉向模式

當駕駛員進行轉向操作時，轉向指示燈亮，此時控制器在接收到CAN總線上的轉向信號時，將顯示模式切換到轉向模式。轉向模式如圖7所示，此時，內后視鏡被分割為2個區域，分別是轉向側圖像和后側圖像。這種模式下，轉向側圖像的視角范圍更大，盲區更小，能夠更好地輔助轉向安全。

圖7 轉向模式

3 結論

基于Ambralla A9AQ芯片為核心的流媒體后視鏡系統能夠處理、顯示高于55fps的720P高清視頻圖像，能夠滿足車輛在高速行駛時的實時性要求。根據數據和路試對比，本文介紹的流媒體后視鏡系統相比傳統的內后視鏡具有更寬的視野范圍，在低照度、暴雨等不良環境中能夠獲取更好的圖像效果。同時，流媒體后視鏡系統多顯示模式軟件設計，在駕駛體驗上也能滿足不同駕駛員的習慣要求，在輔助駕駛方面，具有一定的安全意義。