瑞萨关于后视摄像技术的解读

从1966年的安全带开始，汽车安全的重要性推动了过去50年的关键技术创新。诸如防抱死刹车、安全气囊等越来越多创新逐渐成为汽车中的标准安全配置。仅在过去20年中，车辆中就增加了车道偏离提示系统和雷达盲点监测系统，帮助驾驶员安全变道。本文将探讨即将成为标准配置的最新安全技术：后视摄像系统。

针对新车型的后视摄像系统标准

尽管后视摄像头作为可选配置已经有好几年了，不过美国和世界各地的汽车制造商现在才开始将后视摄像系统（参见图1）作为所有新车型的标准配置。随着美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）关于汽车后视摄像头的相关法规出台，全球汽车安全趋势也紧随这个方向。这项新的NHTSA法规要求，汽车制造商必须在重量低于1万磅（约合4500公斤）的车辆中安装“车尾能见技术”（rear visibility technology）。

图1：后视摄像系统现在已成为所有新车型的基本安全功能

该法规要求NHTSA修订美国联邦机动车辆安全标准111（FMVSS-111），扩大车后视野要求。它还规定，从2018年5月开始，在美国销售的所有新车必须配备后视摄像系统。本田和讴歌属于首批在所有车型中都将倒车摄像头作为标准配置的汽车品牌。根据IHS Markit公司研究，到2022年，车载信息娱乐系统和行车安全的关键显示屏市场将实现两位数的增长。

设计挑战：满足FMVSS-111要求

汽车OEM面临的主要技术挑战是，如何满足美国这项新法规的要求，该法规中包括一项关键条款，规定实时后视摄像头视频必须在驾驶员挂上倒车档后2秒内显示出来。该条款旨在减少由于驾驶员倒车事故导致的伤亡，这类事故的受害者很多是幼儿。满足FMVSS-111要求面临一项关键挑战，那就是中控台的主处理器或系统级芯片（SoC）运行的操作系统很复杂，可能需要几秒钟才能启动。

此外，这种操作系统容易出现软件冻结和小故障，可能导致显示的图像冻结。随着软件复杂性越来越高，冻结和挂起变得越来越普遍，这会影响系统可靠性，并可能导致事故或更糟糕的情况。

解决方案：硬件旁路

TW8844全高清（HD）LCD视频处理器内置了视频解码器，为确保后视摄像系统可靠性而优化。该处理器可以在不到0.5秒内，打开并同步接通视频源，并显示视频，解决了可靠快速启动的问题。另一个重要考量是，摄像头的实时视频能够在驾驶员需要的时候及时可靠地显示。因为系统运行的操作系统和软件栈非常复杂，可能发生冻结，导致在车辆挂上倒车档后，无法显示实时视频。

可靠性问题发生在当驾驶员挂上倒车档时，后视摄像头视频显示的图像是冻结的（参见图2A）。驾驶员以为自己看见的是实时视频，车后方没有人和障碍物，但实际上，驾驶员看到的是之前的、已冻结的视频帧。等车辆开始移动时，如果有孩子在车后跑过，或有人走过（参见图2B），就会引起重大安全问题。

图2A：后视摄像头视频图像被冻结

图2B：后视摄像头视频实际图像

上图显示了一个被冻结的后视摄像头视频图像，下图显示行人在车后方走过时后视摄像头的实际图像

TW8844全高清LCD视频处理器与系统的主SoC协同运行，能够监测摄像头输出和SoC输出的视频数据。如果TW8844确定，SoC的输出视频被冻结了，就会改变摄像头输出视频的传输路径，绕过SoC，将摄像头输出的视频直接发送到中控台LCD显示屏。这个过程几乎是瞬间发生的。SoC恢复后，TW8844可以再切换回去。

后视摄像系统的信号流程

在正常运行情况下，后视摄像头视频发送到TW8844 LCD视频处理器中，如图3所示。TW8844既可以接收传统的模拟合成视频，也可接收高清数字视频。它先处理视频，然后通过MIPI-CSI2接口将视频发送到SoC。SoC将摄像头视频和叠加的图形内容，例如文本、图标、彩色停车指南等进行整合。然后，将整合的视频图像发送回TW8844，然后TW8844将该视频直接发送到LCD显示屏。在这个过程中，TW8844不断进行冻结检测测量，用多种方法测量图像的多个方面，例如亮度、色值、单独的像素以及更多方面，来确定视频图像是否冻结或损坏。系统设计师可以为各种测量方法设定阈值，以创建独特、可靠的图像冻结/损坏检测机制，满足特定OEM的要求。

如果TW8844确定SoC在发送冻结或损坏的视频，就会自动向微控制器（MCU）发出中断信号，然后MCU指示TW8844进入旁路模式，直接将后视摄像头视频发送到LCD显示屏。同时，MCU还可以指示SoC进行软复位，这样驾驶员就不必为了恢复中控台软件而重新启动车辆了。一旦软件栈重新开始正常运行，MCU就指示TW8844离开旁路模式，重新将视频发送到SoC中。

图3：检测到冻结后，断开摄像头-显示屏与SoC的通路

瑞萨子公司Intersil副总裁Philip Chesley表示：“TW884x的冻结检测功能采用硬连接方式，在发生阈值违规时可触发中断信号，以确保汽车后视摄像头符合FMVSS-111法规要求，并即时显示实况视频。此外，TW884x的后视摄像头旁路架构可使摄像头到显示器信号路径与信息娱乐系统分开，帮助汽车制造商更轻松地达到摄像头系统的ISO 26262功能性安全评级标准。”

图4：瑞萨子公司Intersil副总裁Philip Chesley

在快速启动模式，信号流程相同。车辆点火启动、驾驶员挂上倒车档后，倒车信号被触发并通知系统MCU，汽车处于倒车状态。如果挂上倒车档后，SoC软件尚未完成启动，那么MCU会指示TW8844将摄像头视频直接发送到LCD，同时让SoC完成启动周期。一旦操作系统启动完毕，TW8844立即更改模式，将信号发送到SoC，将视频和图形内容进行整合，然后再将整合后的信号反馈给TW8844，再发送到LCD。

全高清LCD视频处理器内观

高度集成的TW8844（参见图5）是业内首款全高清（HD）1080p LCD视频处理器，具有模拟视频解码器、两个定标器、和专门为支持信息娱乐系统和后视摄像显示系统而设计的MIPI-CSI2 SoC接口。TW8844为汽车制造商提供确保后视摄像系统符合FMVSS-111标准所需的可靠性。TW8844实现了从模拟到数字摄像系统的过渡，并支持各类视频接口和分辨率高达1920 x 1080的全高清LCD显示屏。

TW8844视频处理器具有MIPI-CSI2输出，其同系列器件TW8845具有传统BT.656输出，两款器件都超过了FMVSS-111规范的要求，都可在车辆点火后不到0.5秒内显示叠加了图形内容的实时视频，解决了目前更复杂的中控台系统固有的快速启动可靠性问题。通过其冻结/损坏图像检测功能，TW8844/45提供了强大的后视摄像系统架构，在符合FMVSS-111法规的前提下，增加了超过该法规具体规定的系统可靠性。

图5：TW8844/45电路框图，突出显示了高清LCD视频处理器中的关键功能构件

适合所有类型汽车显示屏的解决方案

TW8844/45全高清LCD视频处理器可以满足汽车中任何显示系统的需求，包括后座娱乐、仪表盘显示屏和取代后视镜的LCD显示系统。两个独立的H/V定标器能够输出分辨率高达1080p（1920 x 1080）的信号，可以同时处理两个不同的视频源，同时向SoC和显示屏输出不同的视频数据。此外，这两款LCD视频处理器可以同时向两个独立的显示屏提供不同的内容，使其成为双后座信息娱乐系统的理想解决方案。

我们也看到，LCD显示屏已开始取代前挡风玻璃上的后视镜，如图6所示。与标准玻璃后视镜相比，LCD显示系统显著改善了车后视野。

图6. LCD后视镜开始取代玻璃后视镜

更多行车安全功能将出现

行车安全功能是实现产品差异化的重要指标，已成为消费者选择车型时真正考虑的因素。随着配置安全功能的成本持续降低，汽车制造商能够在更多主流车型中提供这些功能，而更多行车安全功能也将随之出现。未来，会更多地使用视频提供夜视、物体识别（视频分析）等功能，以进一步提高行车安全性。