車載內置全景系統原理及預防黑屏策略研究

【摘" 要】文章主要對車載內置全景系統及預防黑屏策略進行研究分析。首先，對車載內置全景系統的工作原理、實施方案以及異常處理策略進行闡述，并對全景鏈路、圖像處理、技術方案、Failsafe等多個方面技術進行分析；其次，對具體的方案設計細節進行詳細介紹，并針對可能出現的各種異常情況，提出全面且有效的應對措施，旨在大力提升車載內置全景系統的可靠性和實用性。

【關鍵詞】車載內置全景系統；鏈路；黑屏

中圖分類號：U463.675" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：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，FU 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

作者簡介

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

在當今汽車行業迅猛發展以及人們對行車安全高度重視的背景下，車載內置全景系統逐步成為了車輛至關重要的配置之一。車載內置全景系統具備的獨特功能能夠切實有效地幫助駕駛員更全面深入地了解車輛周圍狀況，顯著減少盲區的存在，從而極大程度地降低事故風險，為安全行車提供了堅實的保障。全景系統因其鏈路較長，鏈路每一個節點出現故障都會導致后端顯示出現黑屏、花屏等體驗異常，甚至帶來車輛和用戶安全風險。因此穩健的系統設計，變得尤其重要。

1" 車載內置全景系統的原理

全景系統主要由前/后/左/右4個攝像頭、車機、顯示屏、高清線束及插件組成，4路攝像頭采集720P高清影像，按固定幀率（30幀/s）傳輸到集成全景的車機進行圖像拼接、處理，形成一幅360°全景無縫拼接圖像，同時對圖像亮度、色度均衡、軌跡線和設置菜單等進行疊加，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個卡片，左側為全景俯瞰區域及泊車功能按鍵，右側為多個單視圖區域及全景功能按鍵，如圖1所示。右側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）及設置按鍵等，以上視圖根據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，用戶也可以點擊左卡片鳥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個攝像頭視角，包括前、后、左、右4個畫面展示。攝像頭拍攝方向是以車為中心朝外拍攝。3D影像，360全景+3D模擬，4個攝像頭視角，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、前車輪（左右前車輪的拼接視圖）和后車輪（左右后車輪的拼接視圖）4種視角。攝像頭拍攝方向是以車為中心，朝外拍攝。

2" 系統架構及鏈路

在方案設計中，首先需要對攝像頭的布局進行科學合理的規劃。這需要充分考慮到車輛的具體結構和使用需求，以實現對車輛周圍360°無死角的全面覆蓋。例如，在前部、后部、側面等關鍵位置安裝合適數量的攝像頭，確保每個角度的信息都能被準確捕捉。本文不展開關于布局的討論，主要基于市面主流SOC高通8155平臺，以及相關硬件進行通用硬件鏈路、軟件架構及故障分解。

2.1" 硬件鏈路

硬件系統鏈路主要由攝像頭、主機和顯示屏3部分組成，如圖2所示。攝像頭采集圖像；主機對圖像信號進行拼接和處理，并給攝像頭供電；顯示屏顯示全景影像。視頻的傳輸采用GMSL接口協議，傳輸鏈路如線纜、插件相關特性需滿足GMSL標準要求。

2.2" 系統處理單元

系統處理單元承擔著至關重要的任務，它必須具備極其強大的計算能力，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業的圖像處理芯片，以應對復雜多變的圖像數據。

SA8155支持4個CSI輸入端口，每個端口最多4個通道。每個端口都連接到一個攝像頭或橋接芯片，其中CSI0-3連接到橋接芯片。橋接芯片通過MIPI通道將2個攝像機數據流分別收集到一個CSI解碼器，經過圖像前端處理引擎、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Bayer相機傳感器和4個YUV相機傳感器。

2.3" 軟件架構設計

SA8155采用Hypervisor方案，其中全景應用可分別在QNX系統和Android系統實現。QNX系統啟動較快，可用于全景系統的快速啟動，Android系統則用于實現全景系統的全功能設計。依據圖2，軟件設計需實現以下功能：①MCU給攝像頭供電；②APP執行打開攝像頭的操作；③高通AIS框架收到上層打開攝像頭的動作通知攝像頭驅動；④攝像頭驅動通過不同的AIS Input Id去打開攝像頭；⑤攝像頭把視頻流數據通過LVDS透傳到96722芯片；⑥攝像頭驅動接收96722芯片的視頻流數據以及解析視頻流數據；⑦攝像頭驅動把解析完成的視頻流數據，通過高通AIS框架透傳給到上層。全景軟件架構如圖4所示。全景軟件架構功能描述詳見表1。

3" 異常處理

在實際應用中，全景系統受到攝像頭硬件、線束、供電、連接器穩定性、路面抖動、信號干擾、軟件邏輯異常等諸多因素影響，會導致視頻流在傳輸過程出現問題，進而最終畫面顯示異常。有些可能是硬件損壞帶來的不可恢復故障，有些則是需要通過軟硬件兼容設計、兜底設計預防策略進行預防或干預的可恢復故障。在當前復雜系統下，每個硬件或軟件組件采用的分層、分工設計，需要詳細約束各自需要實施的異常處理策略，既能有效解決異常狀況，又不至于在相互協同方面發生較多耦合，影響整體系統遷移和穩定性。

3.1" 全景故障樹

根據鏈路將全景故障細分為設計、制造。設計方面，從攝像頭、線束、主機硬件、主機軟件幾大方面進一步進行領域細分；軟件方面，進一步分為底層驅動、中間服務層、應用層各級故障問題，以及由此帶來的異常表象。全景故障樹分析如圖5所示。

3.2" 設計預防

1）硬件設計原則：①攝像頭硬件供電及時序，需滿足SerDes、Sensor、ISP芯片各級上電時序要求，如圖6所示；②POC線路供電電壓及DCDC開關頻率需滿足SerDes芯片要求；③線束駐波比、特性阻抗、抗干擾性。

2）軟件設計原則：①底層驅動支持熱插拔邏輯，在電路供電、信號等由于車輛抖動、電源波動異常等因素影響導致的傳輸中斷情況，當連接斷開重連后，能及時進行視頻信號恢復；②應用層通過AIS函數接口以及Android Carmera2接口，與底層進行接口交互；③為避免深度耦合以及上下兜底導致系統交織過度，層級之間的修改都會導致上下層邏輯重寫，應用層與底層不應設計專門的交互接口通路，應用層只關注調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表2。

4" 試驗驗證及總結

4.1" 試驗驗證

通過本文系統鏈路分解、故障樹梳理以及設計預防等分析，集成全景系統的模塊較多，系統非常復雜，子系統的鏈路較長，出現故障時根因查找周期長，問題定位困難。基于系統正向開發，以及集成全景系統及鏈路特點，進行基礎測試及專項測試，包含6個方面內容，如圖8所示。從6個方面充分驗證完善正向開發流程，以及異常處理機制生效判定，促成系統健壯性完善。

4.2" 總結

車載內置全景系統憑借其獨特而先進的原理和科學有效的方案設計，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一步顯著提高了系統的可靠性和穩定性。在未來，隨著科技的不斷進步和創新，車載內置全景系統必將不斷優化和升級，為行車安全發揮更為重要和關鍵的作用。同時，也期待著在技術研發、應用推廣等方面取得更多的突破和成就，為人們的出行帶來更多的便捷和安全。

參考文獻：

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（編輯" 凌" 波）