AVT数字高清视频传输技术在ADAS驾驶上的技术应用

本文首先分析AVT技术在同轴高清数字化的技术特色，然后结合实际应用介绍相关的系统方案及实现，最后展望其对提高车载视觉应用安全性前景。

车载视频监控已经成为数字视频监控技术所覆盖到的重要应用领域，出于对汽车及驾驶安全性等多方面考量，所涉及视频和视觉系统必须稳定可靠，其中对于视频传输就有了更加严格的要求。视频传输数字化成为发展的必然趋势，先进视频传输（Advanced Video Transfer，简称AVT）作为一种数字同轴高清视频传输技术，以其优越的图像性能和突出的系统特性，全面支持车载高清视频设备的视觉无损和实时传输，有益于从视频记录扩展到ADAS相关的视频应用。本文首先分析AVT技术在同轴高清数字化的技术特色，然后结合实际应用介绍相关的系统方案及实现，最后展望其对提高车载视觉应用安全性前景。

汽车视觉的理想照进现实

在视频监控开始普及之后，交通就成为该行业拓展应用的一个重要领域。除了在道路上实施视频监控，在车辆内部也在逐步加装车载视频设备，以便及时采集视频信息并进行后续处理，这就开启了车载监控的时代。早期车载视频系统主要为视频纪录仪，其目的就是将车辆行驶过程中周边的视频图像记录下来，往往只在车内前部安装摄像头，将采集到的视频进行数字压缩并存储，对分辨率和延迟并没有太高要求。为扩展视频监控范围，又在后部加装摄像头，增加记录通道。多路视频可以分别处理，或者传输到前端处理器进行合成，对信号传输的手段和质量也没有特别要求。

随着智能视频处理技术的出现，装在车内的摄像头采集的视频可以进行实时分析处理，从而及时对行车中可能出现的状况提供预警或警示，这时的车载设备就具有一定的视觉功能，由此可以达到辅助驾驶作用。车载视频系统按应用可以分为两类，一类是360°全景视频行车系统，也称作环视系统；另一类为汽车后视监控系统。下面介绍其所涉及的系统组成和视频传输方式。

如图1所示为360°全景行车系统组成，在汽车的前后左右，各有一个摄像机和一个主机组合而成，四个摄像机都采用鱼眼镜头采集广角画面，并送入主机中对图像进行拼接、修剪等处理，生成一个360°全景的画面，再输出到LCD显示器。目前市场上主流的360°全景产品主要以标清的方案居多，主要原因首先在于其像素低时，对全景主机方案的主处理器能力要求不高。随着越来越多的主机芯片提供厂商的介入，处理器性能越来越强大，从双核到四核，甚至到八核。

所以，处理器能力的问题基本已经得到解决，其性能足够强大以支撑高清视频的负荷。其次就是车载屏曾经的1280*600分辨率不高，随着720P高清分辨率车级显示屏的普及，对车载高清监控的需求也就变得更加急迫，每个摄像机都需要通过线缆稳定可靠地传输高清视频信号到主机，所以提供高容量和高可靠性的数字高清视频传输手段势在必行。

图1.360°全景行车系统组成

汽车后视监控系统是在行车记录仪之上产品形态的一个大的转折，从之前的以一种产品规格满足所有用户变成以不同规格、不同配置来满足更多用户的需求的产品细分市场。在360°全景行车系统普及之前，对汽车后视监控系统的需求非常高，据悉市场容量月出货量达百万套以上。因为该方案价格低廉，且安装方案简单，只需要在车尾牌照灯处安装一个小型摄像头，汽车开始倒车时屏幕自动切换到倒车摄像头的影像，以达到辅助车主倒车之功能。同样，随着高清屏的普及，越来越多的车主对高清摄像头的需求也就越来越迫切，所以关注于汽车后视应用，数字高清同样面临着很大的机遇。

随着产品的逐渐起量，有更多的主控芯片提供厂商参与竞争，例如，全志主推T3系列和V系列芯片；联发科推出智能后视视频芯片；美赛达是应用联芯1860芯片最具代表的方案商；瑞芯微与英特尔联手推出的代号为Sofia3G-R也将实现量产；也有玩家搭载高通平台等方案。

视频传输在车内的创新手段

数字高清视频传输技术对于提高车载视频设备的性能和品质具有非同寻常的意义，不仅用于提升车载视频源的图像质量与清晰度，而且在于提供视觉无损和实时的视频传输手段。在车载市场上既有前装设备和后装设备的需求，都期待着在高清视频传输中采用更有效和更可靠的创新手段。

纵观汽车内部的连线非常复杂，并且对可靠性的要求非常高，而留给视频连接的选择性并不多。普通的AV音视频线缆显然是不适合在车内采用，那么就需要考虑选择同轴线缆或以太网线。对于高清视频传输，同轴高清传输体制目前较为流行，其中模拟同轴高清传输体制主要应用于高清视频监控相机，如AHD、HD-TVI和HD-CVI，而数字同轴高清体制就非AVT莫属啦。

HD-TVI、HD-CVI、AHD是一种基于同轴电缆的高清视频传输规范，属于模拟高清解决方案，采用通过帧内加频的模式来实现，只是各自增加频率的大小不一样而已，而实现手段与方式基本一样。这种实现方式的优点是方案成本低廉，相对标清效果其图像画质能提升到100万200万像素，也就是所谓的模拟高清，然而，因为终归是通过帧内加频的方式来提升图像的像素点，导致其帧内频率增加，所造成的图像亮色干扰也就难以避免。虽然，通过ISP处理能够弥补部分人眼察觉的缺陷，使得这类方案在工业监控市场有所普及，但是，对于车载市场而言，视频除了满足人眼的观赏以外，主控芯片平台还需要采集视频来做智能分析处理，达到机器视觉的效果，如自动泊车技术及更多辅助驾驶，及未来无人驾驶技术都需要对视频的精准采集，要确保这些视频精准收发，就必须实现完全的数字化传输。如果在传输的过程中仍然沿用模拟信号方式，在车内复杂的应用环境中就很容易导致视频的损耗甚至丢失，从而导致这些主控芯片对高清视频的识别能力大大降低，而这点确为车载视频系统实现自动化和安全性所不能接受。

AVT技术作为全新的数字同轴传输技术，结合全数字架构和数字信号传输的特点，为克服由于数字信号在传输线缆上的衰减所带来的传输距离上限制，采用新一代数字视频压缩算法，比标准的VC-2 LD压缩算法更为有效，且视频延迟小到一帧图像周期以内，不到3毫秒。因此AVT真正做到视觉无损，人眼完全察觉不到高清视频信号的损失和延时，可视为实时效果。

AVT所使用视觉无损压缩技术与原始图像比差别小于-40dB，图像质量媲美数字无压缩传输，且图像质量不随距离、线材、温度等变化。而相比之下，模拟同轴高清在传输之前需要使用DAC变为模拟信号，在接收端还需要使用ADC变回数字信号，两次变换不可避免地造成视频损耗而使图像质量变差。另外，模拟视频信号在传输过程中会造成非线性衰减，导致更多的图像质量损失。模拟同轴高清存在的另一个严重问题，就是其接收端恢复出来的采样时钟有很大抖动，将会导致在接收端ADC采样位置不准，由此而使模拟同轴高清传输后的图像质量欠佳，且不同机器之间的图像质量也不尽相同，离散很大而带来一致性不好的问题，且随温度变化。因而不适于车载视频这种对图像质量要求高，且温度范围变化大的应用场景。

AVT还具有创新的速率自适应传输技术，可根据传输的距离和信号的衰减，进行数字压缩比例的自适应调整，以达到最佳的视频图像效果。因而高清视频传输不再受外部环境影响，而且也利于未来产品的升级换代。此外，AVT还可实现双向数据的传输，在控制接口上支持UART， IR， I2C （主/ 从） 双向透传和SPI正向透传；在音频接口上，AVT支持SPDIF， I2S 8/16/24/32/44.1/48/96Kbps抽样率的双向传输；在线材使用上，AVT支持Cat 5以太网线传输。实际上，只要使用其中以对双绞线即可传输一路高清视频。若用以太网线，一根就可以传四路高清视频，所以非常适合于车载视频设备车内布线，方便车载系统多功能的需要以及ADAS系统的开发。

结合360°全景行车系统的应用，如图2所示AVT在全景泊车系统框图。

基于AVT技术，所设计芯片NS2520为发送器（Tx），而NS2521芯片为接收器（Rx），可以支持双路。 NS2520对摄像机ISP输出的并行信号进行串行编码，视频输入接口兼容10/20bit位宽，且具BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多种视频格式，最大支持1080P@30fps，同时支持SPDIF/I2S音频嵌入。一片NS2521可以与两片NS2520配和使用，全面支持上述格式。

图2.AVT在全景泊车系统框图

辅助驾驶的前途无限光明

随着汽车产业智能化发展，先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System，简称ADAS）将大行于市之际，各种ADAS相关的视频系统将不断涌现，除了介绍过的全景泊车和后视监控系统，还将有自适应巡航控制系统、车道保持系统、前方碰撞预警、车道偏离预警、刹车辅助系统、后方监视系统、夜视系统、驾驶员防疲劳监视系统以及交通信号识别等系统。这些都需要你高清实时视频作为保障，用于提升车载视频源视频图像质量与清晰度，而实时大容量可靠视频传输对ADAS应用至关重要。传统视频高速传输采用模拟同轴线缆，但由于车内存在各种电磁辐射，容易造成多种干扰。对于分辨率为1080P的高清视频带宽将高达三兆，在车辆内部线路复杂条件下，必须具有高可靠性要求。数字化和网络化可以将视频压缩并通过以太网线传输，但不可避免地带来网络延时。AVT作为先进视频传输技术，采用数字同轴高清传输方式，却能够借助通用以太网络的线材，有效地传输视觉无损且延迟极低的高清视频信号，因此，AVT数字高清传输解决方案应用将有助于车载视觉市场的推进。

如图4所示为AVT高清摄像机在ADAS系统中的应用，其中采用AVT芯片就实现新型的AVT高清摄像机，其中CMOS传感器与ISP处理单元构成的高清视频采集部分与AVT发送芯片NS2520高度耦合，完成视频无缝连接，直接输出数字高清视频信号，经过以太网线进行传输。在主机上可以通过NS2521接收在车内的传输信号，并还原为视觉无损且具有极低延时的数字高清视频信号，然后再由主处理器进行实时处理。处理的结果一方面输出的屏幕显示，同时也输出到ADAS的控制单元，对汽车行驶中的遇到的情况进行调整。需要说明的是，两个AVT摄像机可以共用一个NS2521接收单元。若需要连接更多AVT摄像机时，就需要在主机的设计中预先增加更多的NS2521芯片。

图3.AVT高清摄像机在ADAS系统中的应用

近年来以智能后视镜和智能行车记录仪为主导的车载视频市场呈现出井喷态势，出货量开始数以千万计。车载视频产品的融合已经出现，结合车辆导航、车载多媒体、车载娱乐的多种设备正在经历从标清到高清、从模拟式到数字化、从单一功能到智能化多功能转化的进程，其中数字高清视频传输技术将发挥极其重要的作用。

今年是中国智能驾驶辅助系统市场的元年。 ADAS将主要用于监视、预警、刹车以及导向等任务，其需求将以预见在未来十年保持高速增长，是保护驾驶员，有效减少事故的安全措施，既有法规方面的要求又有消费者的关注。从国际来看，欧盟和美国都强制性要求所有的机动车在2020年前配备自主紧急刹车系统和前方碰撞预警系统。一项最新国际调查机构的报告显示，汽车购买者对于那些提供了辅助驻车系统或后方盲点监视之类的功能，舒适性和经济性并重的ADAS系统越来越感兴趣。

由于处理器和传感器预计将占据销售额的大部分，因此半导体公司考虑通过提供有特色的产品在这些领域参与竞争，随着视频视觉处理器的改进，配合完整的系统解决方案，不仅在后装市场，也将在前装市场上占有一席之地，因此AVT系列芯片都经过严密的设计和严格的生产制造工艺和测试，能够胜任车规的要求。AVT支持4K×2K的芯片将在下半年推出，届时将全面支持超高清的ADAS需求。