用AI视觉芯片打造舱内舱外全开放解决方案

来源 | 焉知


时下,汽车驾驶舱智能化和IVE(In-Vehicle Experience车内体验)已成为影响消费者购买决策和主机厂品牌差异化的主要因素。主机厂认识到,人们关注的重点已从实际驾乘体验转向基于个人品味、娱乐和驾驶安全的体验,各种智能座舱功能需求将使车内体验创新有增无减。
 

用AI视觉芯片打造舱内舱外全开放解决方案的图1


在深圳举行的 AWC 2021第三届汽车数字座舱论坛上,安霸半导体技术(上海)有限公司深圳分公司总经理刘清涛先生分享了“基于安霸AI视觉芯片的全开放舱内舱外解决方案”,介绍了安霸公司及其产品路线图,核心竞争优势和成熟高效的解决方案。
 
安霸历史和产品路线图
 
安霸公司成立于2004年,是一家专注于AI视觉芯片的半导体公司,专注于高清视频图像处理和人工智能计算机视觉等技术领域。2005年,安霸的第一颗广播级专业视频编码芯片面世,随即成为专业高清视频编码市场的领军者。2007年安霸(上海)半导体成立,并在深圳设立分公司。安霸上海和深圳的研发中心立足中国市场,其强大的技术专家团队不但可以迅速响应国内客户需求,而且能够更有力地支持客户打造差异化的创新产品。2012年安霸凭借其卓尔不凡的技术实力,在纳斯达克上市。2015年业界知名自动驾驶公司VisLab被安霸收购,成为了安霸意大利分公司。伴随着2018年量产出货超过3亿颗高清摄像芯片,安霸在车载,安防,消费类视觉等领域硕果累累。近些年来,安霸加大对AI计算机视觉领域的研发投入,一系列高性能低功耗搭载AI引擎的SOC问世。截止2021年第一季度,累计超过200万片CV系列AI视觉SoC随客户产品量产, 其中汽车市场累计出货量超过30万颗。
 
安霸芯片已经广泛用于汽车市场的各个领域。现有产品系列凡有CV前缀的SOC都集成了自有CVflow® 架构的AI计算机视觉(Computer Vision)硬件加速引擎。这里重点介绍的CV2x系列芯片可以广泛应用于智能座舱驾驶员监控(DMS)和乘员监控(OMS),高级驾驶辅助系统(ADAS),泊车辅助系统(APA)以及带盲区监测的电子后视镜(CMS)。所有CV2x芯片采用10纳米车规制程,并且全部实现量产。依据国内汽车市场的实际需求,CV2x系列芯片包含了宽温,AEC-Q100 Grade 2 和ASIL-B不同等级。客户可以根据自己的产品规格和需要达到的功能安全等级灵活配置选择不同等级的芯片。
 

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今年安霸推出了采用5纳米先进制程的CV5系列芯片,可以支持多达14路CMOS摄像头视频输入以及相应的AI并行处理。与上一代产品相比,CV5系列芯片编码性能和内存带宽均实现了翻番,而功耗却降低了30%。可见未来它将成为新一代自动驾驶域控制器理想选择。目前国内国外多家客户在紧锣密鼓地开发基于CV5新一代产品,预计明年上半年新产品就会面世。
 
安霸为智能汽车提供全系列解决方案,包括单路、双路及多路行车记录仪;DMS和OMS等智能座舱摄像机;符合国标的带盲区监测的电子后视镜;L2+ 前装ADAS;高速及低速L4/L5 ADAS的高算力域控制器解决方案。
 

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安霸CV2x系列芯片内置的高性能ISP,具有全硬件视频几何形变矫正,支持高达8路图像传感器输入;还集成了高性能AI硬件加速引擎CVflow®,等效算力从2T到16T;独立硬件编码单元支持多路实时视频编码。CV2x采用先进的10nm车规制程,低功耗、高性能是其核心优势,参考设计成熟稳定,已在众多汽车客户产品上实现大批量量产。
 

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2019年,安霸从全球43000家供应商中脱颖而出荣获了博世全球优秀供应商奖。安霸优秀的芯片性能,严谨的品质管理,以及稳定高效的供应链体系得到博世等行业领先企业的充分肯定。
 
技术特色和核心竞争优势
 
相比老牌半导体厂家,安霸在国内汽车市场是后起之秀,究竟是什么让安霸在强手如林的市场竞争中后来居上?实际上安霸一直是世界视频技术的领先者,多年来一直在汽车市场辛勤耕耘,积累了丰富的车规级产品量产经验。其鲜明的技术特色和独到的核心竞争优势是安霸车载解决方案广受赞誉的基础和保证。
 
图像处理技术的领先者

安霸的核心竞争力之一体现于其在影像处理技术(ISP)上的领先优势。安霸的ISP一直是业内高质量图形影像的代名词。ISP的表现不但影响人眼的感官感受,而且也影响着AI算法的有效性和准确性。安霸ISP采用专业降噪滤波技术和高动态范围处理算法,能够清晰准确地展现图像细节和色彩。我们对比同一场景下搭配相同CMOS传感器不同ISP摄录的图像,左边是用安霸ISP录制的120dB高动态范围(HDR)图像,右边是其它公司芯片录制的图像。一眼就能看出两张图片中的图像表现能力的差异。在汽车过隧道的场景下,右边的图像细节丢失严重,而安霸的图像清晰地准确还原明暗强烈对比场景下的细节和色彩,栩栩如生展现隧道外面的景象和隧道内的卡车原貌。
 

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另外安霸的ISP硬件支持高品质的镜头畸变矫正,能够将180、360度的鱼眼镜头图像通过横向纵向拉伸、矫正,完美复原成常规视角下的清晰图像。
 

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高性能低功耗
 
在智能汽车计算机视觉应用中,复杂的视觉算法离不开高效的芯片算力。安霸的CVflow®系列芯片具有强大的AI性能。 以CV2芯片对比Xavier芯片为例,在运行相同的神经网络和视频图像输入时,安霸CV2比Xavier默认模式运行速度还快,而且安霸的功耗不到对比芯片的五分之一。
 
安霸的CV芯片性能高,功耗低。低功耗不只是意味着节能,还意味着可以简化散热设计节约硬件成本,降低热量积累带来的危险隐患,提高安全性。
 

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不妨以采用10纳米制程CV2x的实际应用为例,看看安霸芯片的功耗究竟有多低。 当对800万 像素视频做图像处理,并且进行8M像素30帧编码时,四核ARM CPU和CVflow® AI硬件加速引擎火力全开,分别用80%的负载跑传统算法和卷积神经网络,这时CV22加上LPDDR4总功耗低于两瓦。 在常温工作环境下CV2X芯片甚至不需要散热片。
 

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完善成熟的工具链

高效易用的工具链和丰富成熟的生态系统对开发神经网络算法非常重要。安霸配套了完善成熟的工具链。为算法开发者提供了高效易用的部署体验。从卷积神经网络模型导入到自动模型的优化加速,再到量化、编译转换和最后的执行,通过现有工具链自动完成,可以说是一键完成,一气呵成。安霸支持包括Caffe、ONNX、PyTorch和TensorFlow在内的行业标准神经网络训练工具,支持自定义算子和客户自研自有的神经网络模型。安霸的软件架构具有足够的兼容性和扩展性,高度开放,客户和算法公司可以在上面自由搭建自己的算法。
 

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高效率视频编码

安霸的另一大技术优势是视频编码,因为安霸的技术源于广播电视级专业视频编码器,经过多年的积累,自有编码技术变得更加成熟高效。它具有很多突出技术特色, 例如:可以针对快速移动场景或静止场景做编码特别优化;支持动态调节码率及宏块级别的编码参数优化;结合AI对特定目标场景做编码优化。
 

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在汽车领域,安霸的产品在视频录制、AI训练和图片收集等多个领域被客户广泛采用。
 

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功能安全和信息安全

汽车安全是绕不开的热点话题。在系统功能安全方面,安霸拥有ASIL-B等级的CV2FS和CV22FS系列芯片。与此同时还可以选用AEC-Q100车规芯片加外置MCU方案,通过多种算法交叉冗余,对视频输入和雷达数据进行多传感器融合,实现系统功能安全ASIL-B等级。
 

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近来不 断有黑客入侵和用户隐私数据泄露等事件被曝光,信息安全受到了越来越广泛的关注。 安霸的CV系列SoC在芯片内部搭建好了信息安全的硬件基础,包括建立安全执行环境和信任链以及签名验证机制。 在此基础上,安霸推出了“磐石”可信计算架构,覆盖数据存储保护,数据传输保护,知识产权保护,用户隐私保护,系统完整性,系统加固等信息安全方方面面。 各个设计单元模块已应用在量产项目中。
 
本地团队研发支持

另一个突出竞争优势是安霸的本地研发支持团队。安霸中国专业团队有超过200名员工。上海150人,深圳60人,超过85%的员工从事专业开发和技术支持工作,核心骨干大多有10年以上的软硬件开发经验。

很多跨国企业的中国团队以纯支持为主。与他们不同,安霸中国团队立足于本地市场和客户,从底层硬件开发板做起,一直开发到操作系统、驱动、中间件、应用、算法、工具、文档等各个环节。安霸在上海和深圳建立了两个专业图像实验室。强大的本地技术专家团队不但能够快速解决客户量产过程中遇到的疑难杂症,而且可以根据客户需求量体裁衣,为其量身打造独具匠心的差异化解决方案。

舱内舱外全开放解决方案
 
智能座舱通用化平台参考设计

安霸智能座舱参考设计用的是CV25芯片,可以接入三路不同种类摄像头,通过CVflow® 加速引擎运行神经网络算法,不但可以监测驾驶员疲劳程度和有无注意力分散的行为,还能依据客户需要添加手势识别遗留物检测等多种算法。同时录制清晰流畅的30fps 高清视频图像, 保留发生交通事故时的安全证据,即使在系统全力运转情况下也能做到超低功耗。
 

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安霸的DMS方案成熟稳定可以兼容各家算法,目前已经和国内国外多家算法公司深度合作。现有方案可以准确追踪人眼运动方向,面部表情以及抽烟打电话等行为动作。由于CV25集成了高性能AI硬件加速引擎,全功能DMS实际上只占用CV25整体算力的20%左右,这为系统开发商在既有DMS应用上添加其他个性化功能提供了广阔空间。安霸参考设计还支持多种Global Shutter CMOS传感器,包括黑白、RGB、RGB-IR格式,并且在设计之初充分考虑到DMS和OMS同步工作场景,自研专利技术避免OMS和DMS相互干扰。CV2X RGB-IR解决方案支持白天彩色图像,夜晚黑白图像自动切换,而且支持RGB-IR和HDR同时工作,使得画面具备高动态还原能力,细节丰富。这套参考设计的相应产品已在多个车厂商业落地。

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在安霸智能座舱参考设计基础上,可以叠加刷脸解锁车门的应用。通过优化,系统冷启动到完成人脸识别解锁只需要不到1秒钟时间。安霸硬件参考设计基于CMOS+TOF模组,集成了人脸识别以及活体检测算法。如果客户希望使用双目立体视觉或结构光模组,安霸参考设计同样支持。
 

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ADAS参考设计

安霸和商汤联合设计了符合车规和功能安全的1V1R方案。该方案选用超低功耗10nm ASIL-B SOC CV2FS, 基于800万像素输入视频和超强算力的CVflow®可以准确检测200米外的车辆和60米外的行人。此参考设计实现了车辆及行人检测,车道线检测,可行驶区域检测,交通灯及交通标识检测等各种ADAS功能,并且支持高品质的行车记录,毫米波雷达输入,视觉感知和雷达融合。
 
CV2/CV5多V解决方案

安霸ADAS+APA+SideView参考设计是采用CV2或CV5的多V方案。CV2和CV5是安霸CV系列中的高端芯片,支持多路图像传感器输入,内部集成了高性能ISP。它们AI性能强悍,支持在多路视频流上执行复杂AI运算。其中CV5具有更高传统算法处理能力和AI算力,支持12路以上图像输入,并可通过级联进一步提高AI算力水平。
 

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电子后视镜解决方案

随着奥迪和雷克萨斯相关实车方案的推出以及我国国标即将发布,电子后视镜需求变得越来越火爆。安霸采用CV2、CV25的CMS/e-Mirror参考设计,拥有优秀的图像质量,尤其在低照度和高动态场景下表现优异。它有LED防闪烁功能,支持高清60帧输入低延迟数据流水线传输、镜头形变矫正,清晰准确还原色彩。安霸的AI引擎全面支持各种神经网络算法,例如盲区检测,超车检测,车道检测,镜头遮挡检测,自动标定等。目前多家车厂正与安霸紧密合作,争取第一时间将电子外后视镜前装产品推向市场。刘清涛现场展示了电子后视镜的实车视频。我们可以发现,相比传统后视镜,电子后视镜有更宽的FOV,视野可以动态调节,尤其在雨天、雾天、黑夜和强光照射下有着非常出色的图像表现力,还可以叠加各种AI智能算法,赋予汽车更多的智能元素。凭借出色的技术性能,安霸的CV2x系列芯片成为了这个新兴市场应用的不二之选。

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