汽車攝像頭鏈接技術(shù)挑戰(zhàn)和解決方案

作者：Joe Triggs and Derek Burke

攝像頭系統(tǒng)和攝像頭鏈接技術(shù)正被部署在越來(lái)越多的車輛應(yīng)用中，以協(xié)助駕駛員并增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)。采用單個(gè)攝像頭的傳統(tǒng)后視攝像頭（RVC）系統(tǒng)正在被具有4個(gè)或更多攝像頭的環(huán)視系統(tǒng)（SVS）所取代，這些攝像頭可提供車輛的360°視角。行車記錄儀、盲點(diǎn)監(jiān)控、夜視、路標(biāo)識(shí)別、車道偏離監(jiān)視器、自適應(yīng)巡航控制、緊急制動(dòng)和低速防撞系統(tǒng)都有助于減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。為了增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)，還引入了攝像頭，用于駕駛員生命體征監(jiān)測(cè)、乘員檢測(cè)和人機(jī)接口 （HMI） 的手勢(shì)識(shí)別等各種應(yīng)用。攝像頭系統(tǒng)的發(fā)展甚至允許汽車制造商通過(guò)替換后視鏡等傳統(tǒng)功能來(lái)重新構(gòu)想車輛輪廓。

列出的許多不同的攝像頭應(yīng)用都起源于標(biāo)準(zhǔn)清晰度（SD）RVC系統(tǒng)，這些系統(tǒng)仍然在當(dāng)今許多車輛中具有特色。十多年來(lái)，SD攝像頭系統(tǒng)一直在汽車應(yīng)用中常規(guī)部署，根據(jù)立法要求和客戶期望，從高檔汽車擴(kuò)展到更廣泛的車輛系列。標(biāo)清視頻解決方案為汽車原始設(shè)備制造商提供了許多寶貴的優(yōu)勢(shì)：由于消費(fèi)電視行業(yè)多年來(lái)成熟的技術(shù)成熟，風(fēng)險(xiǎn)低，低帶寬需求導(dǎo)致能夠使用廉價(jià)電纜和連接器，同時(shí)保持受控的發(fā)射，以及一系列成熟的視頻編碼器和解碼器，可對(duì)潛在的不穩(wěn)定視頻輸入進(jìn)行經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的處理。

如今，超高清（UHD）顯示器在消費(fèi)類設(shè)備中的普及推動(dòng)了所有類型的車輛對(duì)更大、更高清顯示器的需求。雖然標(biāo)清視頻解決方案在較小的顯示器上可能看起來(lái)令人滿意，但今天的消費(fèi)者很容易在較大的顯示器上察覺(jué)到它的缺點(diǎn)（例如，由于標(biāo)清視頻帶寬有限而導(dǎo)致的高頻細(xì)節(jié)缺失，或者在調(diào)制信號(hào)中將亮度和色度信號(hào)彼此分離時(shí)引入交叉色彩偽影）。大尺寸顯示器的趨勢(shì)導(dǎo)致汽車原始設(shè)備制造商面臨將其其余攝像頭架構(gòu)升級(jí)到高清的挑戰(zhàn)。解決這一挑戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是選擇將圖像數(shù)據(jù)從相機(jī)傳輸?shù)浇邮諉卧ɡ鏓CU或顯示器）的相機(jī)鏈路技術(shù)。

為應(yīng)用選擇新的相機(jī)鏈路技術(shù)時(shí)，第一個(gè)用例特征是所需的帶寬。攝像系統(tǒng)在帶寬要求方面范圍很廣。使用標(biāo)清視頻分辨率的傳統(tǒng) RVC 系統(tǒng)需要低帶寬（例如 6 MHz）。SVM 系統(tǒng)通常在低速下使用，使用低刷新率（例如 30 Hz）來(lái)最大化曝光，這可能會(huì)限制所需的帶寬。后視鏡更換系統(tǒng)在車輛的整個(gè)工作速度范圍內(nèi)運(yùn)行，使用更高的刷新率（例如，60 Hz或更高）來(lái)最大限度地減少延遲，這需要增加帶寬。用于自動(dòng)駕駛應(yīng)用的前置攝像頭需要超高分辨率（例如，18+ MPixel），因此具有非常高的帶寬要求。許多攝像頭鏈路技術(shù)可以提供廣泛的帶寬能力——它們的選擇受到攝像頭系統(tǒng)和整個(gè)車輛的多個(gè)方面的影響，并可能影響這些方面。

圖像質(zhì)量

相機(jī)鏈接技術(shù)實(shí)現(xiàn)的圖像質(zhì)量是架構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。通過(guò)無(wú)法提供足夠帶寬的相機(jī)鏈路技術(shù)發(fā)送視頻數(shù)據(jù)可能會(huì)導(dǎo)致圖像完整性丟失或圖像完全丟失。相機(jī)鏈接技術(shù)引起的圖像退化可以通過(guò)測(cè)量圖像清晰度和動(dòng)態(tài)范圍等因素來(lái)評(píng)估。

電纜屬性

現(xiàn)代車輛的完整電纜組件或線束是其最復(fù)雜、最重且最難安裝的組件之一。由于普通汽車的布線遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一公里，因此線束需要認(rèn)真考慮。首先，具有更高帶寬要求的應(yīng)用（例如，用于自動(dòng)駕駛汽車的超高分辨率前置攝像頭）需要高質(zhì)量、重型電纜。近年來(lái)，電纜重量已成為越來(lái)越受到嚴(yán)格審查的話題，因?yàn)槿藗兊闹攸c(diǎn)是使汽車更輕、更高效，以增加內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。對(duì)于涉及通過(guò)車輛的復(fù)雜布線的應(yīng)用，電纜支撐的彎曲半徑可能很重要。對(duì)于攝像機(jī)位于鉸鏈主體部件中的應(yīng)用（例如，SVM 系統(tǒng)的門或 RVC 和 SVM 系統(tǒng)的行李箱蓋），電纜在打開(kāi)和關(guān)閉循環(huán)中的堅(jiān)固性至關(guān)重要。對(duì)于電纜可能暴露在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，可能需要防水性。

無(wú)論選擇哪種攝像頭鏈接技術(shù)和電纜類型，每一厘米的電纜都有成本，當(dāng)線束的所有成本都經(jīng)過(guò)整理時(shí)，它可能導(dǎo)致線束成為車輛最昂貴的三個(gè)元素之一。

傳統(tǒng)的標(biāo)清視頻解決方案由于其低帶寬需求，便于使用極具成本效益的光纜。在許多情況下，非屏蔽雙絞線（UTP）電纜（類似于通常用于CAN等低速控制鏈路的電纜）用于標(biāo)清視頻解決方案。

連接

線束及其連接模塊的另一個(gè)關(guān)鍵元件是電連接器。除了將線束連接到控制模塊、傳感器或電機(jī)外，連接器還用于連接線束內(nèi)同一電纜的不同部分（直插式連接器）。直插式連接器廣泛用于汽車行業(yè)，以簡(jiǎn)化線束的結(jié)構(gòu)、安裝和可維護(hù)性。例如，使用非常靠近攝像頭的直列式連接器意味著，如果攝像頭損壞，可以更換攝像頭，而不會(huì)對(duì)車輛線束的其余部分造成重大干擾。

連接器選擇與上述電纜選擇一樣，可以決定相機(jī)系統(tǒng)的總體成本。高分辨率系統(tǒng)通常需要支持更高帶寬的連接器，因此價(jià)格更高。

其他連接器注意事項(xiàng)包括連接器在PCB和ECU表面上的封裝，連接器是否必須密封或未密封，以及是否需要顏色編碼/鍵控。

傳統(tǒng)的標(biāo)清視頻解決方案有助于在攝像機(jī)和ECU或主機(jī)（HU）上使用經(jīng)濟(jì)高效的連接器解決方案。例如，SD視頻RVC系統(tǒng)的視頻信號(hào)通常與多針連接器上的其他信號(hào)（例如，控制網(wǎng)絡(luò)和所需的電源信號(hào)）一起路由到ECU或HU;數(shù)字鏈路通常需要專用連接器，這會(huì)給ECU帶來(lái)PCB和封裝限制。

車輛架構(gòu)

所涉及的車輛的架構(gòu)會(huì)對(duì)選擇合適的攝像頭鏈接技術(shù)產(chǎn)生多種影響。標(biāo)準(zhǔn)車輛的電纜長(zhǎng)度通常可達(dá)幾米，隨著消費(fèi)者傾向于更大的運(yùn)動(dòng)型多功能車，電纜長(zhǎng)度正在增加。一些車輛架構(gòu)具有額外的功能，可能會(huì)帶來(lái)新的電纜長(zhǎng)度挑戰(zhàn)，例如拖車倒車輔助以支持拖車的倒車和操縱。商用車是攝像頭系統(tǒng)將電纜拉伸到最大長(zhǎng)度的另一個(gè)架構(gòu)挑戰(zhàn)。大多數(shù)攝像頭鏈路技術(shù)可以支持這些車輛架構(gòu)和功能中的任何一種，但有些可能需要額外的模塊，如中繼器或轉(zhuǎn)發(fā)器來(lái)支持長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度。

電磁兼容

電纜解決方案的電磁輻射和抗擾度魯棒性是攝像頭鏈路技術(shù)選擇過(guò)程中的另一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)殡娎|可能成為車輛內(nèi)的天線，從而產(chǎn)生有害結(jié)果。車輛中電氣和電子系統(tǒng)的激增導(dǎo)致越來(lái)越依賴以兼容方式共存的此類系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)（例如，RVC 系統(tǒng)）影響或受另一個(gè)系統(tǒng)（例如，電動(dòng)汽車牽引電機(jī)或電動(dòng)座椅機(jī)構(gòu)）的影響時(shí)，這是不可接受的。為此，在選擇鏈接技術(shù)解決方案之前考慮其排放和抗擾度性能至關(guān)重要。

為了確保內(nèi)部或外部侵略者不會(huì)干擾車輛中的系統(tǒng)，汽車制造商將根據(jù)其特定的EMC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試所有系統(tǒng)。這些測(cè)試首先在系統(tǒng)級(jí)別（例如，后視攝像頭或環(huán)視系統(tǒng)）完成。這種測(cè)試昂貴、耗時(shí)且具有挑戰(zhàn)性，但可確保每個(gè)模塊在集成到車輛之前都具有高水平的魯棒性。一旦成功完成系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，汽車制造商還必須通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)在受到高功率輻射信號(hào)（輻射抗擾度）轟擊時(shí)的運(yùn)行能力來(lái)驗(yàn)證車輛中的系統(tǒng)運(yùn)行和性能。制造商還將測(cè)量車輛中所有天線（例如，F(xiàn)M，GPS，蜂窩，Wi-Fi等）的接收頻段，以確保不存在干擾信號(hào)。在車輛級(jí)別解決EMC問(wèn)題可能既昂貴又耗時(shí)。

其他要求

除了已經(jīng)概述的要求外，還有無(wú)數(shù)其他要求指導(dǎo)相機(jī)鏈路技術(shù)的選擇，例如控制通道可用性、像素精度和ASIL等級(jí)。

總結(jié)

在設(shè)計(jì)相機(jī)系統(tǒng)時(shí)，相機(jī)鏈接技術(shù)的選擇受到多種因素的影響。攝像頭鏈接技術(shù)的選擇也會(huì)影響其集成的車輛的幾個(gè)方面?；跇?biāo)清視頻技術(shù)構(gòu)建的傳統(tǒng)RVC系統(tǒng)為汽車OEM提供了一種極其可靠且經(jīng)濟(jì)高效的車內(nèi)視頻傳輸方法。然而，近年來(lái)，消費(fèi)趨勢(shì)已經(jīng)出現(xiàn)，使得標(biāo)清視頻系統(tǒng)在大型顯示器上越來(lái)越難以接受。立法發(fā)展和消費(fèi)者的期望也結(jié)合在一起，繼續(xù)增加每輛新車的攝像頭數(shù)量。

這些趨勢(shì)和發(fā)展為當(dāng)今汽車攝像頭系統(tǒng)中使用的幾種攝像頭鏈接技術(shù)的出現(xiàn)提供了背景。今天的攝像機(jī)鏈路技術(shù)仍然從傳統(tǒng)標(biāo)清RVC系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的標(biāo)清視頻技術(shù)（例如CVBS），到高清模擬鏈路技術(shù)，再到高清數(shù)字鏈路技術(shù)。

圖2.C2B 體系結(jié)構(gòu)概述。

標(biāo)清視頻技術(shù)只能支持低帶寬應(yīng)用，但反過(guò)來(lái)需要非常經(jīng)濟(jì)高效的電纜和連接器。數(shù)字鏈路技術(shù)支持高帶寬應(yīng)用，并提供像素精度等優(yōu)勢(shì)，但通常需要更昂貴的電纜和連接器。高清模擬鏈路技術(shù)在上述兩種解決方案之間提供了折衷方案 — 通過(guò)經(jīng)濟(jì)高效的電纜和連接器提供高清視頻。

C2B?就是這樣一種高清模擬鏈路技術(shù)，它使用經(jīng)濟(jì)高效的電纜和連接器為汽車原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商提供了對(duì)符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的高清視頻的有吸引力的支持。

C2B 汽車攝像頭鏈路技術(shù)

C2B是ADI公司推向市場(chǎng)的高清模擬視頻傳輸技術(shù)。

從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)為汽車攝像頭鏈接技術(shù)，C2B 支持以高達(dá) 2 MPixel （1920 × 1080） 的分辨率將高清視頻從發(fā)射器傳輸?shù)?a target="_blank">接收器。C2B 旨在利用傳統(tǒng)上用于標(biāo)清視頻系統(tǒng)的 UTP 電纜和連接器的最大帶寬容量。C語(yǔ)言的創(chuàng)新均衡器架構(gòu)2B 允許支持長(zhǎng)達(dá) 30 m 的電纜，而無(wú)需重新傳輸。確保 C2B滿足所有汽車要求，具有針對(duì)EMC的多項(xiàng)優(yōu)化（優(yōu)化的信號(hào)結(jié)構(gòu)、抗混疊濾波器、頻譜整形濾波器），并受益于ADI公司作為汽車供應(yīng)商的可靠聲譽(yù)。

C2B 具有一個(gè)控制通道，可以處理高達(dá) 400 kHz 的 I 2 C 信號(hào)、多達(dá) 4 個(gè) GPIO 信號(hào)和來(lái)自攝像頭模塊的中斷信號(hào)的傳輸。這有利于系統(tǒng)架構(gòu)，不僅包括本地配置（攝像頭模塊中的微控制器單元（MCU）和ECU/HUU中的MCU），還包括遠(yuǎn)程配置（ECU/HU中的MCU配置攝像頭模塊）。四個(gè) GPIO 用于在 C 之間傳輸靜態(tài)信號(hào)2B 鏈接。提供兩個(gè)中斷信號(hào)以允許 C2B 變送器將狀態(tài)信息傳送給 C2B 接收器。C2B 對(duì)控制通道數(shù)據(jù)應(yīng)用 CRC 檢查，并在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)重新傳輸。

C2B 支持汽車客戶的增值功能，例如電纜診斷（有關(guān)電纜對(duì)電池短路和對(duì)地短路事件的信息收集）和幀計(jì)數(shù)收集、生成、解碼和傳輸，以深入了解傳輸數(shù)據(jù)的完整性。

專為汽車應(yīng)用定義和設(shè)計(jì)，C2B 采用多個(gè)模塊來(lái)確保低成本 UTP 電纜和低成本非屏蔽連接器的 EMC 合規(guī)性。其中包括阻抗不匹配的回聲消除、寬帶共模抑制（使用 UTP 電纜時(shí)很重要）和輸出信號(hào)的頻譜整形以減少輻射。C2B 經(jīng)過(guò)測(cè)試并符合國(guó)際設(shè)備級(jí) EMC 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際系統(tǒng)級(jí) EMC 標(biāo)準(zhǔn)（CISPR 25 5 類 [輻射]、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3 [抗擾度]、ISO 10605 [ESD]）。

圖3.數(shù)字鏈路與 C 的視頻幀捕獲比較2B 鏈接。

圖4.數(shù)字鏈路與 C 的視頻幀捕獲比較2B 鏈接。

這些功能使 C2B 對(duì)于兩種類型的汽車制造商來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)有吸引力的解決方案：那些仍在使用SD相機(jī)解決方案并尋求低風(fēng)險(xiǎn)升級(jí)路徑的汽車制造商，以及那些已經(jīng)轉(zhuǎn)向基于數(shù)字鏈路技術(shù)的相機(jī)解決方案并正在尋求從高清模擬鏈路技術(shù)降低成本的汽車制造商。

C 中的應(yīng)用程序空間2與后視攝像頭、環(huán)視攝像頭系統(tǒng)、電子后視鏡和乘員監(jiān)控系統(tǒng)等其他技術(shù)相比，B具有顯著的系統(tǒng)成本優(yōu)勢(shì)。獨(dú)立驗(yàn)證的 C 語(yǔ)言的視覺(jué)無(wú)損特性2B可以提供與數(shù)字鏈路技術(shù)類似的高清性能，同時(shí)節(jié)省大量系統(tǒng)級(jí)成本。

結(jié)論

C2B為汽車制造商提供了一個(gè)引人注目的鏈路技術(shù)解決方案，可用于促進(jìn)將現(xiàn)有的SD攝像機(jī)解決方案升級(jí)到高清，或者促進(jìn)使用數(shù)字鏈路技術(shù)的系統(tǒng)遷移，以降低系統(tǒng)成本。關(guān)于 C 的信息2B技術(shù)和可用于汽車應(yīng)用的產(chǎn)品可在 analog.com/c2b 或聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐腁DI公司銷售辦事處找到。用于 C 語(yǔ)言的評(píng)估板2B 發(fā)射器 （ADV7992） 和 C2ADI公司提供B接收器（ADV7382/ADV7383），以加速技術(shù)研究和系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)期間，C2B變送器評(píng)估板可用作C2B源如果開(kāi)發(fā)接收器，而C源2B 接收器評(píng)估板可用作 C2B 下沉，如果開(kāi)發(fā)相機(jī)。

審核編輯：郭婷