專利名稱：嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速公路車輛安全行駛的監(jiān)控，特別是一種用于實(shí)時(shí)識(shí)別高速公路上汽 車所行進(jìn)車道左、右標(biāo)志線，以確定汽車與車道相對(duì)關(guān)系，對(duì)汽車是否偏離車道行駛進(jìn) 行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免因車道偏離而發(fā)生交通事故的嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)。
技術(shù)背景車道偏離報(bào)警的目的是保持司機(jī)直線行駛，在司機(jī)昏昏欲睡偏離車道時(shí)發(fā)出報(bào)警以 避免交通事故。車道偏離報(bào)警裝置會(huì)在車輛高速行駛時(shí)提醒駕駛員，汽車正在偏離正常 行駛的車道，讓駕駛員及時(shí)糾正行車路線。這是繼安全帶、安全汽囊后，在汽車內(nèi)安裝 的又一項(xiàng)安全裝置。根據(jù)法國(guó)Valeo SA公司提供的資料，在2002年有超過(guò)41萬(wàn)起交通事故是由于車道 偏離或變更車道引起的。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)在美國(guó)每年大約有150萬(wàn)起交通事故是由于無(wú)意識(shí)的 車道偏離造成的。在國(guó)內(nèi)，由于車道偏離或變更車道引起的交通事故就更多了，因?yàn)閲?guó) 內(nèi)太多的交通事故是由于貨車、客車司機(jī)的超疲勞駕駛引發(fā)的，造成了許多無(wú)辜的人失 去了生命。當(dāng)前，車道偏離報(bào)警系統(tǒng)主要有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式機(jī)器視覺系統(tǒng)、基于磁引導(dǎo)信 號(hào)的系統(tǒng)、激光系統(tǒng)和ITS基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。它們的主要區(qū)別在于感知方式的不同機(jī)器 視覺系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)識(shí)別車道線，進(jìn)而可確定汽車和行駛車道的相對(duì)位置；基 于磁引導(dǎo)信號(hào)的系統(tǒng)屬于ITS安全系統(tǒng)的范疇，它通過(guò)在高速公路車道表面埋設(shè)磁信號(hào) 發(fā)射裝置，利用車上的磁感知傳感器獲取車道和車輛間的位置信息；激光系統(tǒng)則通過(guò)激 光裝置發(fā)射的激光束檢測(cè)車道位置，并對(duì)車輛的橫向位置進(jìn)行評(píng)價(jià)；ITS基礎(chǔ)設(shè)施屬于 ITS交通安全系統(tǒng)的硬件范疇，比如在彎道附近設(shè)置速度警示信號(hào)牌。同其它方式相比， 機(jī)器視覺具有檢測(cè)范圍廣、信息容量大、成本低廉等諸多優(yōu)勢(shì)，成為目前研究和開發(fā)的 主流，典型代表如Iteris公司AutoVue、 AssitWare公司的SafeTRAC、 Infmiti的LDW等， 它們均采用視覺技術(shù)識(shí)別汽車當(dāng)前行進(jìn)車道的標(biāo)志線并作為實(shí)現(xiàn)車道偏離報(bào)警的基礎(chǔ)。 但出于商業(yè)考慮，國(guó)外這些公司作為機(jī)密不對(duì)外公開其中的關(guān)鍵技術(shù)，而國(guó)內(nèi)對(duì)此尚處 于探索性的基礎(chǔ)研究階段，還沒有研發(fā)出類似產(chǎn)品。其中主流的車道偏離報(bào)警裝置大多 是通過(guò)P C I總線以插卡的形式集成在微機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過(guò)P C I總線或卡上所帶接 口進(jìn)行交換和傳輸，從而完成圖像的各種處理。這種方式不足之處是體積較大，使用起 來(lái)不是很靈活。而且目前的車道偏離報(bào)警系統(tǒng)大多是完成圖像的采集、編解碼及存貯， 并不能進(jìn)行有效檢測(cè)預(yù)警。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)易 于滿足圖像處理中運(yùn)算量大、數(shù)據(jù)傳輸率高等特點(diǎn)，提供一種嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)， 并可以不斷對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行升級(jí)，重復(fù)開發(fā)，滿足實(shí)時(shí)圖像采集、編碼、解碼等方面的 需要。本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，，其特征在于通過(guò)車載攝像頭采集被跟蹤車道線的 模擬視頻信號(hào)，經(jīng)解碼生成數(shù)字信號(hào)碼流緩沖后送到高速媒體處理器D S P的視頻接口， 然后再由視頻處理模塊對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行處理，最后將處理后的視頻信號(hào)送編碼芯片 輸出。設(shè)有模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路模塊、緩沖電路模塊、媒體處理器DSP電路模塊、編 碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模塊，模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路生成數(shù)字并行碼流信 號(hào)，經(jīng)緩沖電路處理后送媒體處理器D S P進(jìn)行車道特征值得提取，最后經(jīng)調(diào)節(jié)后送編 碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出顯示。模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路模塊采用ADV7180;緩沖電路模塊 采用SN74CBT3245芯片；D S P采用DM642多媒體數(shù)字信號(hào)處理器；編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換 電路模塊采用ADV7170。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1. 該系統(tǒng)能在一片媒體處理器DM642上實(shí)現(xiàn)圖像采集及圖像處理的幾乎全部功能， 它豐富的外圍接口使得它近乎是一個(gè)多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺(tái)；2. 它的完全可編程性，又可使得它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn)， 構(gòu)成通用的軟件平臺(tái)，使得系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方便"無(wú)須硬件的改動(dòng)就可通過(guò)更新軟件代碼 快速方便地增加系統(tǒng)功能"；3. 嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的采集視頻信號(hào)，在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的環(huán)境中、尤 其是車載環(huán)境中都能取得很好的圖像效果；


圖l是嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)的原理示意圖； 圖2是視頻解碼芯片ADV7180外部電路連接圖； 圖3是視頻編碼芯片ADV7170外部電路連接圖； 圖4是緩沖芯片SN74CBT3245外部連接電路圖； 圖5是媒體處理器DM642視頻輸入連接電路圖； 圖6是FPGA芯片XC2S3300E視頻輸出連接電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本系統(tǒng)基本信號(hào)流程如下架設(shè)在車身上的攝像頭CCD拍攝被跟蹤車道線 的模擬視頻信號(hào)圖像,通過(guò)視頻解碼器2 (ADV7180)生成數(shù)字并行碼流信號(hào)，因外圍電 路與DSP的處理速度相差甚大，故信號(hào)流要先經(jīng)SN74CBT3245芯片(圖4)緩沖，然 后送媒體處理器DM642 (其接口如圖5)，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入DM642后進(jìn)行車道特征值得提 取，判斷出車身離車道線的相對(duì)位置，速度等信息，把每幀圖像處理后，提取出來(lái)的特 征值經(jīng)FPGA芯片XC2S3300E電路(圖6)調(diào)節(jié)后送到視頻編碼器3 (ADV7170)，經(jīng) 過(guò)格式轉(zhuǎn)換后送高清TV顯示。如圖2，視頻采集應(yīng)用ADI公司40引腳的視頻解碼芯片ADV7180，它是一款多通 道輸入的視頻解碼器，支持多種視頻信號(hào)格式如PAL制、NTSC制、SECAM制等。 ADV7180對(duì)于輸入的視頻信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)并完成轉(zhuǎn)換，視頻解碼芯片ADV7180能提供捕 捉各種標(biāo)準(zhǔn)清晰度信號(hào)的高性能。它采用一個(gè)小的40引腳6x6 LQFP或5x5 LFCSP封裝，并在其中集成抗鋸齒濾波器和ADLLT (Adaptive Digital Line length tracking,自適應(yīng)數(shù)字 列長(zhǎng)度追蹤)。且支持多種視頻信號(hào)格式如PAL制、NTSC制、SECAM制等，能對(duì)于 輸入的視頻信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)并完成轉(zhuǎn)換，基于以上特性我們選用其作為視頻編碼芯片，可 以實(shí)現(xiàn)與DSP的無(wú)縫連接。芯片的外圍電路連接說(shuō)明如下為保證電路的可靠性，采用兩片解碼芯片，將視頻 信號(hào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后分別送高速媒體處理器DSP的0、 l端口。因電路部分完全相同，故在 此只對(duì)一路信號(hào)做連接說(shuō)明。ADV7180的23、 29、 30可以接多路視頻信號(hào)，本設(shè)計(jì)中 將從J18端子輸入的攝像頭信號(hào)經(jīng)上述濾波后接ADV7180的23引腳；轉(zhuǎn)換出的數(shù)字視 頻信號(hào)P0-P7對(duì)應(yīng)著引腳17、 16、 10—5接8位總線寬度開關(guān)芯片SN74CBT3245的18 一ll引腳，由其2—9引腳輸出對(duì)應(yīng)接DM642的AC8、 AD8、 AC7、 AD7、 AE7、 AC6、 AD6、 AE6、 AF6、 AF5; ADV7180的39腳水平同步信號(hào)HS接33歐的電阻后送U19— SN74CBT3245的13腳緩沖后從7腳輸出，接排阻RR34的4腳再由3腳出來(lái)最終送DM642 的AF4腳；ADV7180的VS/FIELD信號(hào)接33歐的電阻后連接U19的11腳，再由9腳輸 出接33歐電阻后送DM642的AE5腳；DM642的38腳/INTRQ信號(hào)接33歐電阻后連接 U19的13腳再經(jīng)7腳輸出接RR34的4腳送DM642的AF4腳；ADV7180的11腳LLC 信號(hào)接上33歐電阻后連接U19的11腳；DM642的19腳ELPF信號(hào)接上10nf電容同時(shí) 再并接上1.69千歐和82nf電容串接的電路后連接1.8v電壓；ADV7180DE 33、34腳SCLK 與SDA信號(hào)接DM642的E4、 D3引腳；ADV7180的32引腳通過(guò)4千歐的電阻接3.3v 電壓，同時(shí)用一單點(diǎn)按鍵控制地址(當(dāng)按鍵按下使得32引腳接地這時(shí)^C地址是42h， 反之為40h); ADV7180的12、 13引腳之間接28.63636MHz的晶振與1兆歐電阻并接的 電路，同時(shí)12、 13腳分別用一 47pf的電容接地；ADV7180的25、 26引腳之間串接O.luf 的電容，同時(shí)各自用O.luf的電容接地；ADV7180的31腳/RESET信號(hào)接DM642的復(fù)位 信號(hào)P4引腳；ADV7180的K4弓l腳接3.3v電壓，36、 14接1.8v數(shù)字電壓，27腳接1.8v 模擬電壓信號(hào)，20腳接1.8vPLL電壓，40、 3、 15、 35、 28、 21、 24、 22引腳均接地。如圖3，視頻輸出采用ADI公司的7170芯片，它支持包括Y、 U、 C; NTSCM; PAL B/D/G/H/I在內(nèi)的多種視頻格式輸出，從FPGA芯片XC2S3300E出來(lái)的數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng) 過(guò)7170轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再由Jl端子輸出送TV顯示。ADV7170的38—42、 2—4引腳 對(duì)應(yīng)的P0—P7信號(hào)接DM642的C8、 D8、 A9、 B9、 C9、 D9、 A10、 B10; ADV7170DE 27、 26引腳接Jl的7、 6; ADV7170的23、 24引腳對(duì)應(yīng)的SCLOCK、 SDATA信號(hào)接100 歐電阻后連接SCLK、 SDA網(wǎng)絡(luò)；7170的10、 19、 21、 29、 43引腳接模擬地；7170的 44引腳接27M晶振；7170的l、 11、 20、 28、 30引腳接3.3v電壓。視頻編碼芯片ADV7170是一種高品質(zhì)、單片、多格式視頻解碼器和圖形數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 這種多格式解碼器支持PAL、 NTSC和SECAM的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，能將以上的合成形式以及 S-video形式轉(zhuǎn)換為一種數(shù)字化的ITU-R BT.656格式。ADV7170還支持將RGB/YPrPb 組合的視頻信號(hào)解碼為單一的YPrPb或者RGB數(shù)字像素輸出流。ADV7401也支持圖像 數(shù)字化；它能夠?qū)GB圖形信號(hào)數(shù)字化，從VGA轉(zhuǎn)換成SXGA比率，并將它們轉(zhuǎn)換成 數(shù)字RGB或者YPrPb數(shù)字像素輸出流。由于ADV7170有能力同時(shí)處理CVBS和標(biāo)準(zhǔn)清晰度RGB信號(hào)，意味著它具有SCART和覆蓋的功能，通過(guò)快速的空引腳能夠控制這些 混合信號(hào)。如圖4，是緩沖芯片SN74CBT3245外部連接電路圖。模擬視頻信號(hào)圖像通過(guò)視頻解 碼器2 (ADV7180)生成數(shù)字并行碼流信號(hào)，因外圍電路與DSP的處理速度相差甚大， 故信號(hào)流要先經(jīng)SN74CBT3245芯片緩沖，然后送媒體處理器DM642。如圖5， DM642是TI公司專門針對(duì)數(shù)字視頻和音頻應(yīng)用開發(fā)的一款多媒體數(shù)字信號(hào) 處理器。它基于第二代高性能的Veloc汀I VL IW (Very Long In2structionWords)結(jié)構(gòu)，單指 令字長(zhǎng)32位，可同時(shí)并行處理8個(gè)指令。在時(shí)鐘主頻600 MHz下，它可達(dá)到4 800M IPS 的峰值計(jì)算速度，并具有64個(gè)32位通用寄存器和6個(gè)算術(shù)邏輯單元和2個(gè)乘法器，其乘 法單元可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行2個(gè)16 X16位的乘法或4個(gè)8 X8位的乘法。這樣 強(qiáng)大的運(yùn)算能力，使得DM642完全可以作為實(shí)時(shí)視頻處理的核心處理器。如圖6，本系統(tǒng)采用FPGA芯片XC2S3300E實(shí)現(xiàn)媒體處理器DM642視頻通道與 ADV7170視頻編碼器的連接，完成高級(jí)視頻疊加處理，其實(shí)現(xiàn)有三種操作 一是從DM642 視頻通道輸出的8bit視頻數(shù)據(jù)直接連接到ADV7170視頻編碼器；二是將DM642輸出的 16bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成8bit數(shù)據(jù)送ADV7170視頻編碼器；三是將從DM642輸入至FPGA的數(shù) 據(jù)疊加上特殊的圖像數(shù)據(jù)輸出至ADV7170視頻編碼器。FPGA芯片XC2S300E可以通過(guò) FPGA發(fā)送以實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能(如OSD)，該端口在默認(rèn)方式下直接通過(guò)視頻連接到 ADV7180視頻編碼器。這個(gè)編碼器可以進(jìn)行RGB、 HD合成視頻及NTSC、 PAL復(fù)合視 頻的編碼，也可對(duì)依靠ADV7180內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程的S-Video進(jìn)行編碼。ADV7180 的內(nèi)部編程寄存器通過(guò)DM642的I2C總線進(jìn)行配置。
權(quán)利要求
1、一種嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，，其特征在于通過(guò)車載攝像頭采集被跟蹤車道線的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)解碼生成數(shù)字信號(hào)碼流緩沖后送到高速媒體處理器DSP的視頻接口，處理器DSP對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，經(jīng)由視頻輸出口送FPGA，按需求實(shí)現(xiàn)視頻疊加處理，最后將處理后的視頻信號(hào)送編碼芯片輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有模/數(shù)轉(zhuǎn)化 及解碼電路模塊、緩沖電路模塊、媒體處理器D S P電路模塊、編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模 塊，模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路生成數(shù)字并行碼流信號(hào)，經(jīng)緩沖電路處理后 送媒體處理器D S P進(jìn)行車道特征值得提取，最后經(jīng)調(diào)節(jié)后送編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出 顯示。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路模塊采用ADV7180;緩沖電路模塊采用SN74CBT3245芯片；D S P采用DM642 多媒體數(shù)字信號(hào)處理器；編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模塊采用ADV7170。
全文摘要
一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高速公路上汽車行駛安全的嵌入式車道偏離報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)車載攝像頭采集被跟蹤車道線的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)解碼生成數(shù)字信號(hào)碼流緩沖后送到高速媒體處理器DSP的視頻接口，然后再由視頻處理模塊對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行處理，最后將處理后的視頻信號(hào)送編碼芯片輸出。設(shè)有模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路模塊、緩沖電路模塊、媒體處理器DSP電路模塊、編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模塊，模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路生成數(shù)字并行碼流信號(hào)，經(jīng)緩沖電路處理后送媒體處理器DSP進(jìn)行車道特征值得提取，最后經(jīng)調(diào)節(jié)后送編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出顯示。
文檔編號(hào)H04N7/18GK101237565SQ20071013332
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者兵 于, 張為公, 旭 李, 蔡英鳳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)