基于嵌入式系统的流媒体后视系统设计

李 涛，庄云龙，孙 灿，张 磊

（北京汽车研究总院电子电器与空调部，北京 101300）

随着汽车行业的发展，人们对安全驾驶提出了更高的要求。传统车辆通过内外后视镜利用镜面反射原理将车辆侧后方的道路信息传递给驾驶员。由于左、右外后视镜分别位于车身两侧，驾驶员无法同时获取两侧道路情况，通过摆头观察有一点的延迟性；同时，因为车身结构的特点，导致C柱和后座椅的乘客、靠枕都对后方的视野造成干扰，客观存在极大的视野盲区，在车辆变道和后方车辆突然加速超车时，驾驶员往往反应不及，造成操作不当，是事故发生的一个重要因素。

本文提出的基于嵌入式系统的流媒体后视系统，能够同时采集、处理车辆侧后方道路信息，并通过算法处理，将高清视频图像实时显示在流媒体内后视镜上，具有实时性、准确性和鲁棒性，能够有效降低车辆侧后方的视野盲区。同时，考虑到驾驶员驾驶习惯不同，在后视镜图像显示算法处理时，设计多种显示模式，进一步提高驾驶安全系数。

1 系统方案设计

本系统设计的目的在于提供一种3路流媒体后视系统，可以实时采集、显示车辆侧后方路况并反映给驾驶员，进而规避盲区带来的安全隐患。

本系统由流媒体控制器、3个高速高清摄像头和流媒体内后视镜构成。3个摄像头获取的高清视频信息通过同轴电缆传输给所述控制器。控制器对视频信息进行图像处理并将处理后的视频传输给流媒体内后视镜进行显示，实现车辆侧后方路况的实时显示。整套系统通过CAN总线与车辆控制系统进行通信，完成信号传递和人机交互。系统方案设计如图1所示。

本系统结构中的流媒体控制器采用Ambralla A9AQ图像处理芯片，该芯片拥有高速处理能力，并且能够同时处理4路高清视频图像，是本系统的核心处理单元。流媒体控制器主要负责视频图像的编解码、IO驱动、图像处理及传输等，其结构架构如图2所示。流媒体内后视镜采用TFT异形屏，通过LVDS与控制器进行视频传输，能够真实清晰地显示车辆周围路况。

图1 系统结构框图

图2 系统结构框图

图1 中1是流媒体后视系统的图像采集系统，为了保证3个摄像头能够覆盖更多的视角，左右2个摄像头分别布置在外后视镜上。后摄像头需要综合考虑视角范围、便于清洁等特点，因此把后摄像头安装在车辆的后风挡玻璃内侧。以61°的摄像头为例，3个摄像头可以获取如图3所示的视野范围。

图3中，1和2部分总和为3路流媒体系统的视野范围，2和3为普通后视镜的视野范围。从图中可以明显看出，3路流媒体系统的视野范围相比传统的后视镜范围扩大了至少3倍。

图3 3路摄像头视角范围

2 软件功能设计

由于驾驶员个人习惯不同，对于后视镜上的显示图像的适应也存在差异，因此需要对流媒体内后视镜上的显示图像进行多种模式设计，包括拼接显示模式、1+2分屏显示模式、单后视显示模式。驾驶员可根据个人喜好，通过人机交互界面选择适合的显示模式。当汽车转向时，控制器根据总线上的转向信号，自动将上述3种显示模式切换到转向模式。本系统软件设计流程如图4所示。

2.1 拼接显示模式

拼接显示模式，是指控制器将3路图像进行平面拼接，使最终显示在内后视镜上的图像是一个有效距离范围外的整体。要想实现这种处理，首先要对3个摄像头采集的图像进行标定，使3个摄像头的图像投影到同一个水平面。该水平面离车身越近，拼接后的图像失真程度越高；距离太远，会导致拼接后的车身占比过大，有效图像偏小，影响驾驶体验。拼接显示模式如图5所示。

图4 软件设计流程

图5 拼接显示模式

投影到同一水平面再进行图像拼接，必然会导致左右两侧图像有一定的拉伸，从而导致车辆在转弯过程中，近距离的图像拼接会出现错位的现象。同时，在后方车辆穿过拼接区域时，会出现轻微的比例失真。因此，拼接显示模式最佳的行驶环境是高速公路、快速路等路况。

2.2 分屏显示模式

分屏显示模式，是指控制器将3路图像分别显示到内后视镜指定的显示区域。根据后视镜的外形特征，可分割成多种显示外观，设计的两种分割模式如图6所示。该显示模式相比其他两种显示模式，拥有最大的视野范围。但由于视角的放大，会导致侧后方图像在屏幕上出现重复，因此对于驾驶员的使用习惯来说，需要一个适应过程。这种模式适合在中低速、比较拥堵的城市行车。

图6 分屏显示模式

2.3 单后视显示模式

对于习惯常规后视镜的驾驶员，可以通过人机交互选择单后视显示模式。此时，流媒体后视镜仅显示后视图像。相比拼接模式和分屏模式，单后视显示模式只能显示图3中4所示的视野景象，在视野范围外的车况则需要驾驶员通过外后视镜来进行观测。

2.4 转向模式

当驾驶员进行转向操作时，转向指示灯亮，此时控制器在接收到CAN总线上的转向信号时，将显示模式切换到转向模式。转向模式如图7所示，此时，内后视镜被分割为2个区域，分别是转向侧图像和后侧图像。这种模式下，转向侧图像的视角范围更大，盲区更小，能够更好地辅助转向安全。

图7 转向模式

3 结论

基于Ambralla A9AQ芯片为核心的流媒体后视镜系统能够处理、显示高于55fps的720P高清视频图像，能够满足车辆在高速行驶时的实时性要求。根据数据和路试对比，本文介绍的流媒体后视镜系统相比传统的内后视镜具有更宽的视野范围，在低照度、暴雨等不良环境中能够获取更好的图像效果。同时，流媒体后视镜系统多显示模式软件设计，在驾驶体验上也能满足不同驾驶员的习惯要求，在辅助驾驶方面，具有一定的安全意义。