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1394摄像头:高带宽、低延时和可扩展性的简单设计

2011-01-11 14:41
Timeless落尘
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  汽车摄像头系统已经取得了很大的进步,从单一后备摄像头和简单传感器检测物体,发展到了诸如碰撞避免和信号识别等智能驾驶辅助系统。这些系统要求高带宽、低延时、多摄像头同步工作和可扩展的特性,而且必须满足众多通用的汽车要求,如低成本、少维护、减小重量,且能以用灵活线束实现。

  这些系统要求是相互关连的。例如,市场上有许多高带宽解决方案,但没有哪种能够同时满足低延时、多部摄像头同步工作,且同时低成本的要求。

  典型的系统

  典型的驾驶辅助系统包含一个摄像头控制器,用于连接多个图像传感器(摄像头)。控制器与摄像头通信以提供配置信息,摄像头与控制器通信以提供状态和图像流数据。控制器接收每个摄像头发送的图像流数据,经过处理后确定诸如与目标物体的距离、相对速度和车道信息等参数。实时计算多个相关流对网络有特殊要求,需要通过设计1394汽车摄像头系统来满足。

  高带宽

  有多种因素推动了对高带宽的需求:例如未压缩或稍作压缩的视频、视频分辩率、色彩深度和帧速率等因素。在驾驶辅助应用中,视频一般是未压缩或稍有压缩的数据,这主要有两方面的原因:从图像传感器帧捕获到帧处理开始的延时必须很小,并且可预测;只能容忍非常少(如果有的话)的图像压缩。

  根据系统的不同,视频分辩率范围可以从640×480至2048×1536,色彩深度可以从8位至24位,帧速率从15fps至60fps。1394汽车摄像头系统基于IEEE-1394-2008标准,这个标准支持98.304Mbps至3.932Gbps(S3200),其中983.04Mbps(S800)芯片是目前大批量出货的产品。获得更高的速度也不难,因为基于8B10B的技术如今很常见,S1600和S3200设备也已有成功演示。

  在S800数据速率下,6台未压缩640×480@30fps、8位单色摄像头加上1台未压缩640×480@30fps、16位彩色摄像头用于司机观察是可行的,剩余还有近200Mbps带宽用于反向通道或其它网络设备。

  在S3200数据速率下,可以有4台未压缩2048×1536@30fps、8位单色摄像头用于专用摄像头网络,余下125Mbps带宽留给反向通道或其它网络设备。

  低延时

  足够的带宽可以带来更低的延时。然而,足够的带宽并不会总是能保证低延时。1394标准具有足够的带宽发送来自多部摄像头的未压缩视频,可显著减小延时。另外,1394的同步功能能使每部摄像头的图像数据到达摄像头控制器的时间可被预测,并能保证最大延时为250μs。

  如果需要少量压缩,就必须满足驾驶辅助系统的延时要求。安全至关重要的应用只能容忍从传感器帧捕获到帧处理开始(从编码到解码)间存在很短的延时。对于安全至关重要的应用来说,这是最严格的参数,可以容忍的最大延时为5ms。最大延时为250μs的1394汽车摄像头系统加上富士通的SmartCodec可以提供4倍压缩和5ms的编码至解码延时。

  这意味着在S3200速率时,1394可以支持两台最大分辩率、帧速率和色彩深度的摄像头(2048×1526@60fps和24位色彩),并具有足够的带宽支持6部有压缩的1024×768@30fps和16位色彩摄像头,同时所有摄像头的最大延时保证在5ms以内。

  多部摄像头同步工作

  从摄像头发出的图像以每秒8000次的实时速度形成数据流。在每个125μs间隔之前,一个40ns分辩率的时间戳数据包被广播到所有设备,实现所有设备的再同步。这个时间戳是硬件产生的,不受非1394系统加载的影响,因此能实现高精度的三角计算。40ns分辩率的时间戳加上VersaPHY远端传感器配置可支持高精度“预见型”摄像头触发器,用于实现像素和线的精确同步,并且延时远小于通常要求的10μs。

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