發布日期：2022-04-28 點擊率：51
【導讀】越來越多的汽車應用開始部署攝像頭系統和攝像頭接口技術來協助駕駛員，并增強駕駛體驗。傳統的后視攝像頭(RVC)系統只搭載了一個攝像頭，如今開始被搭載四個或更多攝像頭的環視 系統(SVM)所取代，這些新系統具有360°實時汽車監控功能。行車記錄儀、盲區監測、夜視、道路標志辨識、車道偏離監測、自適應巡航、緊急剎車和低速防撞系統都可以減輕駕駛員的工作負擔。為增強駕駛體驗，駕駛人員生命體征監測、乘員檢測和人機接口手勢識別等多種應用中也開始引入攝像頭。由于攝像頭系統的發展，汽車制造商甚至可以通過替換傳統的后視鏡等功能來重新設計汽車輪廓。
圖1. 攝像頭在現代化汽車中廣泛應用。
許多不同的攝像頭應用與現在大量汽車中部署的標清(SD) RVC的工作原理相同。十多年來，SD攝像頭已成為汽車應用中的常規部署，并從高端汽車擴展到大眾車型，以滿足法規要求和客戶 期望。SD方案為汽車OEM帶來了許多寶貴的優勢：經過在消費電視行業多年的實踐證明，該技術成熟穩定，因此風險低；對帶寬的需求低，因而可以使用低成本線纜和連接器，同時還可以確保輻射性能在可控范圍內；還有一系列技術成熟的視頻編碼器和解碼器，經過實踐證明可處理穩定性不高的視頻輸入。
如今，超高清(UHD)顯示器在消費電子設備中迅速普及，使得所有類型的車輛對更大、更高清顯示的需求不斷上升。雖然SD視頻方案對于小尺寸顯示屏似乎還不錯，但用于大尺寸顯示屏 時，其缺點就非常明顯（例如：由于SD視頻帶寬有限，導致高頻細節不足，或在分離調制信號中的亮度和色度信號時產生串色偽影）。市場追求大尺寸顯示的發展趨勢，使得汽車OEM面臨挑戰，需要將攝像頭架構升級到高清。解決這一挑戰的一個關鍵構建就是將圖像數據從攝像頭傳輸到接收單元（例如：ECU或顯示器）的攝像頭接口技術。
在選擇新的攝像頭接口技術時，首要應用特性就是所需帶寬。攝像頭系統的帶寬要求非常廣泛。采用SD視頻分辨率的傳統RVC系統需要較低的帶寬（例如：6 MHz）。通常低速應用的環視系 統采用較低的刷新速率（例如：30 Hz）實現充分曝光，這可能會限制所需帶寬。側面后視鏡替代系統需在車輛的整個行駛速度范圍內運行，因此采用較高的刷新速率（例如：60 Hz或更 高）盡可能減少延遲，這需要更高帶寬。自動駕駛應用中的前置攝像頭需要超高分辨率（例如：18+ MPixel），因此帶寬要求也非常高。目前有許多攝像頭接口技術，可提供較大范圍的帶 寬，而帶寬范圍的選擇與攝像頭系統和整個車輛的多個方面會相互影響。
圖像質量
攝像頭接口技術實現的圖像質量是架構設計中的一個關鍵因素。通過無法提供足夠帶寬的攝像頭接口技術發送視頻數據，可能會影響圖像完整性或導致圖像完全丟失。通過測量圖像的銳度和動態范圍等因素，可以評估攝像頭接口技術引起的圖像質量下降情況。
線纜屬性
車輛的整個線纜總成或線束是其最復雜、最重且最難安裝的組件之一。通常，汽車的整體布線長度超過一千米，因此需要認真考慮其線束要求。首先，帶寬要求較高的應用（例如：自動 駕駛汽車的超高分辨率前置攝像頭）需要使用高質量的重型線纜。近年來，為了增加內燃機汽車和電動汽車等的行駛里程，汽車制造商開始專注于制造更輕且更節能的汽車，因此線纜重量已成為越來越受關注的一個話題。對于涉及在車輛中復雜布線的應用，線纜支持的彎曲半徑可能非常重要。對于攝像頭位于鉸鏈部件（例如：放置SVM系統的車門、或RVC和SVM系統的后備箱蓋）的應用，線纜在開合周期中的穩固性至關重要。對于線纜可能暴露于惡劣環境下的應用，線纜還需要防水性。
不管選擇了哪種攝像頭接口技術和線纜類型，每一厘米線纜都有成本，當核算線束的所有成本時，我們會發現線束是三大最昂貴組件之一。
由于其低帶寬需求，傳統的SD視頻方案可使用極具成本效益的輕型電纜。在許多情況下，SD視頻解決方案采用非屏蔽雙絞線(UTP)電纜，類似于常用于CAN等低速控制鏈路的那些電纜。
連接器
線束及其連接模塊的另一個關鍵元件是連接器。除了將線束連接至控制模塊、傳感器或電機，連接器還用于連接線束內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，以簡化線束的結構、安裝和使用。例如：在非常靠近攝像頭的位置使用直插式連接器意味著，如果攝像頭受損，就可以在不對車輛其余線束產生明顯影響的情況下更換受損攝像頭。
與上面描述的線纜選擇一樣，連接器選擇是攝像頭系統總成本的一個重要決定因素。高分辨率系統通常需要使用支持更高帶寬的連接器，因此成本也更高。
其他連接器考慮因素包括PCB和ECU上的連接器尺寸，連接器是否必須密封或不密封，以及是否需要顏色編碼/鍵控。
傳統SD視頻方案允許在攝像頭和ECU或多媒體主機(HU)上使用具有成本效益的連接器方案。例如：SD視頻RVC系統的視頻信號通常與多引腳連接器上的其他信號（例如：控制網絡和所需的電 源信號）一起接入到ECU或HU；數字鏈路通常需要使用專用連接器，從而使ECU受到PCB和封裝限制。
車輛架構
車輛架構對選擇適當的攝像頭接口技術具有多方面影響。標準車輛中的線纜距離通常可以達到幾米，且隨著消費者開始傾向于購買更大的運動型多用途汽車，線纜長度也在不斷增加。一 些車輛架構具有額外的功能，如支持泊車倒車和操控的泊車倒車輔助功能，這也可能會要求提供更長的線纜。商用汽車帶來另一個架構挑戰。在此車輛架構中，攝像頭系統需要將線纜延伸至最大長度。大多數攝像頭接口技術均支持這些車輛架構和功能，但一些可能需要使用附加模塊，如中繼器或中繼發射機，以支持較長的線纜長度。
EMC
線纜方案的電磁輻射抑制和抗干擾性是攝像頭接口技術的另一個關鍵因素，因為線纜可能會成為車輛內部的天線，從而帶來不利影響。車輛中電子電氣系統的普及導致人們越來越依賴于 這些以兼容方式共存的系統。當系統啟動時，一個系統（例如：RVC系統）影響另一系統（例如：電動汽車牽引電機或電動座椅機構）或受其影響均不可接受。為此，在選擇接口技術方案之前必須考慮其輻射和抗干擾性。
為確保內部或外部干擾不會影響車輛內的系統，汽車制造商將根據其特定的EMC標準對所有系統進行測試。首先，對系統級組件（例如：后視攝像頭或環視攝像頭）進行這些測試。此類測 試成本高又耗時，而且還具有挑戰性，但可確保每個模塊在集成到車輛之前具有較高的魯棒性。成功完成系統級測試后，汽車制造商還必須測試系統在持續面對高功率輻射信號時的運行能力（射頻電磁場輻射抗擾度），以驗證系統在車輛中的運行情況和性能。制造商還需測量車輛中所有天線的接收頻段（例如：FM、GPS、移動電話、Wi-Fi等），以確保不存在干擾信號。解決車輛的EMC問題既耗時又要耗費高昂成本。
其它要求
除了上述要求之外，攝像頭接口技術的選擇還需滿足許多其他要求，如控制通道可用性、像素精度和功能安全等級。
概要
設計攝像頭系統時，攝像頭接口技術的選擇受多種因素的影響。此外，攝像頭接口技術的選擇也會對集成該技術的車輛產生多方面影響。傳統的RVC系統基于SD視頻技術，為汽車OEM提供了一種可在車輛內實現視頻傳輸的非常可靠、經濟有效的方法。但是，近幾年的消費產品趨勢致使SD視頻越來越不適用于大尺寸顯示。同時隨著立法發展以及消費者期望，使得每輛新車上的攝像頭數量繼續增加。
在這些趨勢和發展的背景之下，出現了幾種可用于當今汽車攝像頭系統的攝像頭接口技術。當今的攝像頭接口技術范圍廣泛，從經過傳統SD RVC系統驗證的SD視頻技術（例如：CVBS）到 高清模擬接口技術，再到高清數字接口技術。
圖2 C2B架構概述。
SD視頻技術僅適用于低帶寬應用，但只需使用極具成本效益的線纜和連接器。數字接口技術適用于高帶寬應用，且具有像素精度等優勢，但通常需要使用更昂貴的線纜和連接器。高清模 擬接口技術是上述兩種解決方案的折中方案，只需使用性價比高的線纜和連接器即可確保高清視頻傳輸。
C2B?就是這樣一種高清模擬接口技術，只需使用性價比高的線纜和連接器即可為汽車OEM和一級供應商提供極具吸引力的、兼容EMC的高清視頻方案。
C2B汽車攝像頭接口技術
C2B是ADI公司推出的一種高清模擬視頻傳輸技術，
C2B從一開始就是作為一種汽車級接口技術而設計的，可將高清視頻從發送端傳輸到接收端，分辨率最高可達2百萬像素(1920 × 1080)。C2B 旨在充分利用用于SD視頻系統的UTP線纜和連接器的最大帶寬容量。 C2B B的創新型均衡器架構支持最長30 m的線纜長度，且出現問題時無需重連機制。為確保C2B 滿足所有的汽車要求，它針對EMC進行了一些優化（優化信號結構、抗混疊濾波器、頻譜整形濾波器），并且ADI公司作為可靠的汽車電子供應商也值得信賴。
C2B 具有一個控制通道，可以處理高達400 kHz的I2C信號傳輸，最多4個GPIO信號，以及來自攝像頭模塊的中斷信號，從而簡化了包括本地配置和遠程配置的系統架構。4個GPIO用于在 C2B 鏈路中傳送靜態信號。2個中斷信號用于允許C2B發送端向C2B 接收端傳送狀態信息。C2B對控制通道數據運用CRC校驗，并且能夠在出現問題時自動啟動重新傳送。
C2B支持面向汽車應用的附加功能，如線纜診斷（線纜對電池或對地短路等）和幀數采集、生成、解碼和傳輸，以提供對所傳輸數據完整性的洞察力。
C2B針對汽車應用定義和設計，采用了多種機制來確保低成本UTP線纜和低成本非屏蔽連接器傳輸、符合EMC要求。這包括針對阻抗不匹配的回波消除、寬帶下共模抑制（使用UTP線纜時很重 要）、以及輸出信號的頻譜整形以減少輻射。C2B經過測試符合設備級和系統級EMC國際標準（CISPR 25第5類[輻射]、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3 [抗干擾]、ISO 10605 [ESD]等）。
圖3. 數字鏈路與C2B鏈路的視頻幀采集比較。
圖4. 數字鏈路與C2B鏈路的視頻幀采集比較。
這些特性使得C2B成為極具吸引力的解決方案，尤其是以下兩類汽車制造商：仍在使用SD攝像頭方案并尋求低風險升級途徑的汽車制造商；以及已轉向基于數字接口技術的高清攝像頭方案但尋求降低成本的汽車制造商。
與其他技術相比，C2B 在下述應用領域具有明顯的系統成本優勢：后視攝像頭、環視攝像頭系統、電子后視鏡和乘員監控系統等。經過獨立驗證的 C2B 視覺無損性具有類似于數字接口技術的高清性能，同時還可以節省大量系統成本。
結論
C2B 為汽車制造商提供了一個極具吸引力的接口技術方案，有助于將現有SD攝像頭解決方案升級為HD解決方案，或促進數字接口技術系統的降本遷移。有關C2B技術和適合汽車應用的產品信息，請訪問：analog.com/c2b或聯系當地ADI銷售辦事處。ADI公司提供C2B發送器(ADV7992)和C2B接收器發送器(ADV7382/ADV7383)的評估板，以加快技術研究和系統原型設計。進行系統原型設計時，如果開發接收器，則C2B發送器評估板可用作為C2B 源端，而如果開發攝像頭，則C2B接收器評估板則可用作為C2B接收端。
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