专利名称：嵌入式车道偏离报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高速公路车辆安全行驶的监控，特别是一种用于实时识别高速公路 上汽车所行进车道左、右标志线，以确定汽车与车道相对关系，对汽车是否偏离车道行 驶进行实时监测，避免因车道偏离而发生交通事故的嵌入式车道偏离报警装置。
技术背景车道偏离报警的目的是保持司机直线行驶，在司机昏昏欲睡偏离车道时发出报警以 避免交通事故。车道偏离报警装置会在车辆高速行驶时提醒驾驶员，汽车正在偏离正常 行驶的车道，让驾驶员及时纠正行车路线。这是继安全带、安全汽囊后，在汽车内安装 的又一项安全装置。根据法国Valeo SA公司提供的资料，在2002年有超过41万起交通事故是由于车道 偏离或变更车道引起的。另据统计在美国每年大约有150万起交通事故是由于无意识的 车道偏离造成的。在国内，由于车道偏离或变更车道引起的交通事故就更多了，因为国 内太多的交通事故是由于货车、客车司机的超疲劳驾驶引发的，造成了许多无辜的人失 去了生命。当前，车道偏离报警装置主要有以下几种实现方式机器视觉系统、基于磁引导信 号的系统、激光系统和ITS基础设施系统。它们的主要区别在于感知方式的不同机器 视觉系统采用计算机视觉技术识别车道线，进而可确定汽车和行驶车道的相对位置；基 于磁引导信号的系统属于ITS安全系统的范畴，它通过在高速公路车道表面埋设磁信号 发射装置，利用车上的磁感知传感器获取车道和车辆间的位置信息；激光系统则通过激 光装置发射的激光束检测车道位置，并对车辆的横向位置进行评价；ITS基础设施属于 ITS交通安全系统的硬件范畴，比如在弯道附近设置速度警示信号牌。同其它方式相比， 机器视觉具有检测范围广、信息容量大、成本低廉等诸多优势，成为目前研究和开发的 主流，典型代表如Iteris公司AutoVue、 AssitWare公司的SafeTRAC、 Infiniti的LDW等， 它们均采用视觉技术识别汽车当前行进车道的标志线并作为实现车道偏离报警的基础。 但出于商业考虑，国外这些公司作为机密不对外公开其中的关键技术，而国内对此尚处 于探索性的基础研究阶段，还没有研发出类似产品。其中主流的车道偏离报警装置大多 是通过P C I总线以插卡的形式集成在微机系统中，数据通过P C I总线或卡上所带接 口进行交换和传输，从而完成图像的各种处理。这种方式不足之处是体积较大，使用起 来不是很灵活。而且目前的车道偏离报警系统大多是完成图像的采集、编解码及存贮， 并不能进行有效检测预警。 发明内容本实用新型目的在于解决现有技术存在的问题，充分利用数字信号处理器(D S P) 易于满足图像处理中运算量大、数据传输率高等特点，提供--种嵌入式车道偏离报警装 置，并可以不断对产品性能进行升级，重复开发，满足实时图像采集、编码、解码等方 面的需要。本实用新型目的通过如下技术方案实现一种嵌入式车道偏离报警系统，，其特征在于通过车载摄像头采集被跟踪车道线的 模拟视频信号，经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器D S P的视频接口， 处理器DSP对输入数据进行算法处理，经由视频输出口送FPGA，按需求实现视频叠加 处理，最后将处理后的视频信号送编码芯片输出。设有模/数转化及解码电路模块、缓冲 电路模块、媒体处理器DSP电路模块、编码及数/模转换电路模块，模拟视频信号经过 模/数转化及解码电路生成数字并行码流信号，经缓冲电路处理后送媒体处理器D S P进 行车道特征值得提取，最后经调节后送编码及数/模转换电路输出显示。模/数转化及解码 电路模块采用ADV7180;缓冲电路模块采用SN74CBT3245芯片；D S P采用DM642 多媒体数字信号处理器；编码及数/模转换电路模块采用ADV7170。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1. 该装置能在一片媒体处理器DM642上实现图像采集及图像处理的几乎全部功能， 它丰富的外围接口使得它近乎是一个多媒体嵌入式系统的单芯片硬件平台；2. 它的完全可编程性，又可使得它能够兼容正在发展的各种多媒体信号处理标准， 构成通用的软件平台，使得将来升级方便"无须硬件的改动就可通过更新软件代码快速 方便地增加系统功能"；3. 嵌入式车道偏离报警装置能够实时的采集视频信号，在动态和静态的环境中、尤 其是车载环境中都能取得很好的图像效果；
图l是嵌入式车道偏离报警系统的原理示意图； 图2是视频解码芯片ADV7180外部电路连接图； 图3是视频编码芯片ADV7170外部电路连接图； 图4是缓冲芯片SN74CBT3245外部连接电路图； 图5是媒体处理器DM642视频输入连接电路图； 图6是FPGA芯片XC2S3300E视频输出连接电路图。
具体实施方式
如图1，本系统基本信号流程如下架设在车身上的摄像头CCD拍摄被跟踪车道线的模拟视频信号图像,通过视频解码器2 (ADV7180)生成数字并行码流信号，因外围电 路与DSP的处理速度相差甚大，故信号流要先经SN74CBT3245芯片(图4)缓冲，然 后送媒体处理器DM642 (其接口如图5),数字信号进入DM642后进行车道特征值得提 取，判断出车身离车道线的相对位置，速度等信息，把每帧图像处理后，提取出来的特 征值经FPGA芯片XC2S3300E电路(图6)调节后送到视频编码器3 (ADV7170)，经 过格式转换后送高清TV显示。如图2，视频采集应用ADI公司40引脚的视频解码芯片ADV7180，它是一款多通 道输入的视频解码器，支持多种视频信号格式如PAL制、NTSC制、SECAM制等。 ADV7180对于输入的视频信号自动检测并完成转换，视频解码芯片ADV7180能提供捕 捉各种标准清晰度信号的高性能。它采用一个小的40引脚6x6 LQFP或5x5 LFCSP封装，并在其中集成抗锯齿滤波器和ADLLT (Adaptive Digital Line length tracking,自适应数字 列长度追踪)。且支持多种视频信号格式如PAL制、NTSC制、SECAM制等，能对于 输入的视频信号自动检测并完成转换，基于以上特性我们选用其作为视频编码芯片，可 以实现与DSP的无缝连接。芯片的外围电路连接说明如下为保证电路的可靠性，采用两片解码芯片，将视频 信号模/数转换后分别送高速媒体处理器DSP的0、 l端口。因电路部分完全相同，故在 此只对一路信号做连接说明。ADV7180的23、 29、 30可以接多路视频信号，本设计中 将从J18端子输入的摄像头信号经上述滤波后接ADV7180的23引脚；转换出的数字视 频信号P0-P7对应着引脚17、 16、 10—5接8位总线宽度开关芯片SN74CBT3245的18 一ll引脚，由其2—9引脚输出对应接DM642的AC8、 AD8、 AC7、 AD7、 AE7、 AC6、 AD6、 AE6、 AF6、 AF5; ADV7180的39脚水平同步信号HS接33欧的电阻后送U19— SN74CBT3245的13脚缓冲后从7脚输出，接排阻RR34的4脚再由3脚出来最终送DM642 的AF4脚；ADV7180的VS/FIELD信号接33欧的电阻后连接U19的11脚，再由9脚输 出接33欧电阻后送DM642的AE5脚；DM642的38脚/INTRQ信号接33欧电阻后连接 U19的13脚再经7脚输出接RR34的4脚送DM642的AF4胜P; ADV7180的11脚LLC 信号接上33欧电阻后连接U19的11脚；DM642的19脚ELPF信号接上10nf电容同时 再并接上1.69千欧和82nf电容串接的电路后连接1.8v电压；ADV7180DE 33、34脚SCLK 与SDA信号接DM642的E4、 D3引脚；ADV7180的32引脚通过4千欧的电阻接3.3v 电压，同时用一单点按键控制地址(当按键按下使得32引脚接地这时I2C地址是42h， 反之为40h); ADV7180的12、 13引脚之间接28.63636MHz的晶振与1兆欧电阻并接的 电路，同时12、 13脚分别用一47pf的电容接地；ADV7180的25、 26引脚之间串接O.luf 的电容，同时各自用O.luf的电容接地；ADV7180的31脚/RESET信号接DM642的复位 信号P4引脚；ADV7180的1、 4引脚接3.3v电压，36、 14接1.8v数字电压，27脚接1.8v 模拟电压信号，20脚接1.8vPLL电压，40、 3、 15、 35、 28、 21、 24、 22引脚均接地。如图3，视频输出釆用ADI公司的7170芯片，它支持包括Y、 U、 C; NTSCM; PAL B/D/G/H/I在内的多种视频格式输出，从FPGA芯片XC2S3300E出来的数字视频信号经 过7170转变成模拟信号，再由Jl端子输出送TV显示。ADV7170的38—42、 2—4弓l脚 对应的P0~P7信号接DM642的C8、 D8、 A9、 B9、 C9、 D9、 A10、 B10; ADV7170DE 27、 26引脚接Jl的7、 6; ADV7170的23、 24引脚对应的SCLOCK、 SDATA信号接100 欧电阻后连接SCLK、 SDA网络；7170的10、 19、 21、 29、 43引脚接模拟地；7170的 44引脚接27M晶振；7170的l、 11、 20、 28、 30引脚接3.3v电压。视频编码芯片ADV7170是一种高品质、单片、多格式视频解码器和图形数字转换器， 这种多格式解码器支持PAL、 NTSC和SECAM的标准转换，能将以上的合成形式以及 S-video形式转换为一种数字化的ITU-R BT.656格式。ADV7170还支持将RGB/YPrPb 组合的视频信号解码为单一的YPrPb或者RGB数字像素输出流。ADV7401也支持图像 数字化；它能够将RGB图形信号数字化'从VGA转换成SXGA比率'并将它们转换成 数字RGB或者YPrPb数字像素输出流。由于ADV7170有能力同时处理CVBS和标准清晰度RGB信号，意味着它具有SCART和覆盖的功能，通过快速的空引脚能够控制这些 混合信号。如图4，是缓冲芯片SN74CBT3245外部连接电路图。模拟视频信号图像通过视频解 码器2 (ADV7180)生成数字并行码流信号，因外围电路与DSP的处理速度相差甚大， 故信号流要先经SN74CBT3245芯片缓冲，然后送媒体处理器DM642。如图5， DM642是TI公司专门针对数字视频和音频应用开发的一款多媒体数字信号 处理器。它基于第二代高性能的VelodTIVLIW (Very Long In2structionWords)结构，单指 令字长32位,可同时并行处理8个指令。在时钟主频600MHz下，它可达到4 800MIPS 的峰值计算速度，并具有64个32位通用寄存器和6个算术逻辑单元和2个乘法器，其乘 法单元可以在每个时钟周期内执行2个16 X16位的乘法或4个8 X8位的乘法。这样 强大的运算能力，使得DM642完全可以作为实时视频处理的核心处理器。如图6，本系统采用FPGA芯片XC2S3300E实现媒体处理器DM642视频通道与 ADV7170视频编码器的连接，完成高级视频叠加处理，其实现有三种操作 一是从DM642 视频通道输出的8bit视频数据直接连接到ADV7170视频编码器；二是将DM642输出的 16bit数据转化成8bit数据送ADV7170视频编码器；三是将从DM642输入至FPGA的数 据叠加上特殊的图像数据输出至ADV7170视频编码器。FPGA芯片XC2S300E可以通过 FPGA发送以实现高级功能(如OSD)，该端口在默认方式下直接通过视频连接到 ADV7180视频编码器。这个编码器可以进行RGB、 HD合成视频及NTSC、 PAL复合视 频的编码，也可对依靠ADV7180内部寄存器进行编程的S-Video进行编码。ADV7180 的内部编程寄存器通过DM642的I2C总线进行配置。
权利要求1、一种嵌入式车道偏离报警装置，其特征在于通过车载摄像头采集被跟踪车道线的模拟视频信号，经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器DSP的视频接口，处理器DSP对输入数据进行算法处理，经由视频输出口送FPGA，按需求实现视频叠加处理，最后将处理后的视频信号送编码芯片输出；设有模/数转化及解码电路模块、缓冲电路模块、媒体处理器DSP电路模块、编码及数/模转换电路模块，模拟视频信号经过模/数转化及解码电路生成数字并行码流信号，经缓冲电路处理后送媒体处理器DSP进行车道特征值得提取，最后经调节后送编码及数/模转换电路输出显示。
2、 根据权利要求2所述的嵌入式车道偏离报警装置，其特征在于模/数转化及解 码电路模块采用ADV7180;缓冲电路模块采用SN74CBT3245芯片；D S P采用DM642 多媒体数字信号处理器；编码及数/模转换电路模块采用ADV7170。
专利摘要一种用于实时监测高速公路上汽车行驶安全的嵌入式车道偏离报警装置，通过车载摄像头采集被跟踪车道线的模拟视频信号，经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器DSP的视频接口，然后再由视频处理模块对数字视频信号进行处理，最后将处理后的视频信号送编码芯片输出。设有模/数转化及解码电路模块、缓冲电路模块、媒体处理器DSP电路模块、编码及数/模转换电路模块，模拟视频信号经过模/数转化及解码电路生成数字并行码流信号，经缓冲电路处理后送媒体处理器DSP进行车道特征值得提取，最后经调节后送编码及数/模转换电路输出显示。
文档编号H04N7/18GK201114528SQ20072004646
公开日2008年9月10日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者兵 于, 张为公, 旭 李, 蔡英凤 申请人:东南大学