自動駕駛汽車和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的開發(fā)和驗證是極其苛刻的過程，包括現(xiàn)實道路測試和詳盡的實驗室模擬。雖然真實世界的道路測試是發(fā)布汽車產(chǎn)品之前的最終步驟，但許多公司傾向于盡可能用現(xiàn)實的模擬或者記錄的真實世界數(shù)據(jù)來代替它，可控性更強，并普遍提高測試質(zhì)量和驗證覆蓋率。

作為ADAS系統(tǒng)的主傳感器，相機應用的測試過程除了要驗證可用性和安全性外，在開發(fā)早期還要面臨大量的訓練過程來改進算法。這個過程需要用構(gòu)建好的道路場景庫，即錄制好的大量視頻文件作為激勵，在實驗室環(huán)境回放視頻流給被測設備（DUT），通常是ADAS域控制器或者中央計算自動駕駛平臺。

視頻回灌功能極大地簡化了實驗室環(huán)境中的研發(fā)和測試。例如，計算機視覺系統(tǒng)可以在實驗室調(diào)試，根據(jù)特定的駕駛情況循環(huán)，無需額外的試駕。

1

技術(shù)要求

在回灌視頻時，ECU和相機斷開連接，需要一個特定的板卡來回放原始視頻數(shù)據(jù)，并且保證回放的準確度和精度。

VX1161是專為高帶寬數(shù)據(jù)采集和傳輸設計的可配置的多通道接口設備，其中面向Streaming應用的VX1161.5x系列板卡具有下述特點：

圖1 VX1161實物

1.

支持廣泛的標準的攝像頭接口

通常ECU和相機之間是通過串行解串技術(shù)來傳輸視頻流，常見的串行解串協(xié)議有FPD-LINK III和GMSL2等。VX1161.5x系列具有多種型號的板卡可以接收、發(fā)送和路由不同協(xié)議的數(shù)據(jù)流，例如：

VX1161.51A 2xTAP TI954/TI953支持兩路FPD-LINK III協(xié)議的視頻流記錄和回放；

VX1161.51C 2xTAP MX9296A/MX9295A支持兩路GMSL2協(xié)議的視頻流記錄和回放。

2.

實時性和高帶寬

在有效地復現(xiàn)完整的測試車輛多攝像頭視頻系統(tǒng)和車載數(shù)據(jù)總線時，通常數(shù)據(jù)量可能高達幾個G，需要保證從讀取文件到傳輸數(shù)據(jù)的高帶寬，從而保證回放的時間準確度。

VX1161的10G以太網(wǎng)接口可以高效接收來自回灌工作站（Replay Station）的視頻流。

3.

同步性

VX1161板卡支持PTP同步功能，可以實現(xiàn)多通道的時間同步，同時其他支持PTP的總線設備也可以在一個時間域內(nèi)同步回放，確保同步傳感器和總線數(shù)據(jù)回放，且抖動最小。

4.

模塊化

VX1161板卡均為模塊化設計，可根據(jù)使用需求靈活組合。同時VX1161板卡的回放API可以被CANoe的CAPL腳本調(diào)用，從而便于集成其它的系統(tǒng)測試過程。

2

視頻回灌原理

圖2 視頻回灌原理

通過VX1161視頻回灌的基本過程如下：

1）

CANoe作為系統(tǒng)的主控軟件

負責控制CAPL腳本的編輯和執(zhí)行；

2）

CAPL腳本調(diào)用Stream Provider動態(tài)鏈接庫中的API函數(shù)

負責加載視頻文件（MF4）；

連接VX1161板卡；

控制VX1161板卡開始和停止回灌；

3）

VP75xx回灌工作站（Replay Station）

負責存儲和讀取視頻文件的視頻流；

通過10G以太網(wǎng)將視頻流輸出到視頻硬件板卡；

4）

VX1161作為視頻回灌硬件

負責接收來自VP75xx回灌工作站的視頻流；

接收來自CANoe的控制命令；

通過各個板卡的GMSL2或FPDLINKIII串行器傳輸視頻流到ECU接收端。

視頻回灌中的時間同步機制

在視頻回灌中，如果涉及以下場景通常需要設計同步機制：

1）

多通道的視頻同步回灌，例如自動泊車（APA）環(huán)視攝像頭；

2）

在回灌視頻的同時，回灌其他傳感器或者ECU系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，例如CAN總線數(shù)據(jù)等等。

VX1161在回灌時通常使用PTP同步機制（亦支持其它同步機制，如GPIO），VTSS（Vector Time Synchronization Service）同步服務確保連接在VP75xx上的多個設備可以同步到一個時間域，板卡的視頻流按照PTP時間進行回放，每幀的播放時間需要在Stream Provider中計算并發(fā)送給板卡。具體過程如下：

圖3 視頻回灌系統(tǒng)的同步連接

1）

PTP主時鐘提供整個仿真系統(tǒng)的時間。

所有設備作為PTP從節(jié)點（Slave）被同步，包括VX1161的所有板卡，VN56xx等支持PTP功能的以太網(wǎng)接口卡；

其他不支持PTP的板卡可通過同步線連接到VN56xx來實現(xiàn)硬線同步。

2）

在開始回灌時，CANoe通過CAPL腳本從支持PTP的接口卡（如VN56xx，VX1161.41A/B）獲取PTP時鐘。

3）

CANoe調(diào)用并初始化Stream Provider。

4）

Stream Provider打開本地的視頻回灌文件并讀取圖像的時間戳，通過相對時間換算每一幀圖像的播放時間。

5）

VX1161.51板卡接收緩存圖像和播放時間，比較PTP時間和預設的播放時間，當?shù)竭_播放時間時，圖像會按照CSI包送到串行器；ECU通過解串器接收視頻流。

以四路回放為例，CANoe在獲取當前的PTP時間后并沒有控制板卡立即回放，而是緩存圖像等待第一幀圖像時間對齊后同時回放。

在回放后的每一幀都是對齊的，因為：

所有圖像幀的第一幀啟動時間是相同的；

所有通道的文件里每幀時間是對齊的；

每一個板卡的通道都同步在一個PTP時間域，板卡是按照PTP絕對時間進行回放。

每一幀的實際回放時間就是由三部分累加產(chǎn)生的：

Presentation time = CANoe PTP time (start replay) + delay time + MDF frame time stamp

圖4 視頻回灌系統(tǒng)的同步時間

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實例解析

圖5 回灌系統(tǒng)的實例

本實例通過另外一組VX1161板卡來接收回灌數(shù)據(jù)，從而模擬ECU接收視頻流的過程，同時驗證回灌視頻的同步性。

在回灌系統(tǒng)中，設置VX1161.51板卡通道2和通道4為發(fā)送模式（TX only），并將其IP地址分別設為192.168.10.12和192.168.10.13，這樣可以回放4路視頻。這些通道都已集成CSI串行器，并配置相應的寄存器。

與之對應的，設置VX1161.51板卡通道1和通道3為接收模式（RX only），并將其IP地址分別設為192.168.20.12和192.168.20.14的，這樣可以同時接收4路視頻。這些通道上都已集成CSI解串器，并配置相應的寄存器。

圖6 VX1161板卡的模式配置

圖7 CANoe的視頻回灌4路發(fā)送界面

在CANoe中通過Panel面板可以設置管理回灌板卡的IP和通道，并關(guān)聯(lián)回灌的視頻MF4文件。在點擊Group control Start/Stop時，CANoe會觸發(fā)相應的CAPL腳本控制板卡開始或停止回灌。

圖8 CANape接收4路回灌的視頻界面

與此同時，CANape可以同時接收4路視頻并預覽圖像，每個接收通道之間也是PTP同步的，這樣可以判斷每路視頻的幀同步的情況。