許多不同的攝像頭應(yīng)用與現(xiàn)在大量汽車中部署的標(biāo)清(SD) RVC的工作原理相同。十多年來(lái),SD攝像頭已成為汽車應(yīng)用中的常規(guī)部署,并從高端汽車擴(kuò)展到大眾車型,以滿足法規(guī)要求和客戶期望。SD方案為汽車OEM帶來(lái)了許多寶貴的優(yōu)勢(shì):經(jīng)過(guò)在消費(fèi)電視行業(yè)多年的實(shí)踐證明,該技術(shù)成熟穩(wěn)定,因此風(fēng)險(xiǎn)低;對(duì)帶寬的需求低,因而可以使用低成本
線纜和連接器,同時(shí)還可以確保輻射性能在可控范圍內(nèi),還有一系列技術(shù)成熟的視頻編碼器和解碼器,經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明可處理穩(wěn)定性不高的視頻輸入。
如今,超高清(UHD)顯示器在消費(fèi)電子設(shè)備中迅速普及,使得所有類型的車輛對(duì)更大、更高清顯示的需求不斷上升。雖然SD視頻方案對(duì)于小尺寸顯示屏似乎還不錯(cuò),但用于大尺寸顯示屏 時(shí),其缺點(diǎn)就非常明顯(例如:由于SD視頻帶寬有限,導(dǎo)致高頻細(xì)節(jié)不足,或在分離調(diào)制信號(hào)中的亮度和色度信號(hào)時(shí)產(chǎn)生串色偽影)。市場(chǎng)追求大尺寸顯示的發(fā)展趨勢(shì),使得汽車OEM面臨挑戰(zhàn),需要將攝像頭架構(gòu)升級(jí)到高清。解決這一挑戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)建就是將圖像數(shù)據(jù)從攝像頭傳輸?shù)浇邮諉卧ɡ纾篍CU或顯示器)的攝像頭接口技術(shù)。
在選擇新的攝像頭接口技術(shù)時(shí),首要應(yīng)用特性就是所需帶寬。攝像頭系統(tǒng)的帶寬要求非常廣泛。采用SD視頻分辨率的傳統(tǒng)RVC系統(tǒng)需要較低的帶寬(例如:6 MHz)。通常低速應(yīng)用的環(huán)視系統(tǒng)采用較低的刷新速率(例如:30 Hz)實(shí)現(xiàn)充分曝光,這可能會(huì)限制所需帶寬。側(cè)面后視鏡替代系統(tǒng)需在車輛的整個(gè)行駛速度范圍內(nèi)運(yùn)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(dòng)駕駛應(yīng)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(shù),可提供較大范圍的帶寬,而帶寬范圍的選擇與攝像頭系統(tǒng)和整個(gè)車輛的多個(gè)方面會(huì)相互影響。
圖像質(zhì)量
攝像頭接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)的圖像質(zhì)量是架構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。通過(guò)無(wú)法提供足夠帶寬的攝像頭接口技術(shù)發(fā)送視頻數(shù)據(jù),可能會(huì)影響圖像完整性或?qū)е聢D像完全丟失。通過(guò)測(cè)量圖像的銳度和動(dòng)態(tài)范圍等因素,可以評(píng)估攝像頭接口技術(shù)引起的圖像質(zhì)量下降情況。
線纜屬性
車輛的整個(gè)線纜總成或線束是其最復(fù)雜、最重且最難安裝的組件之一。通常,汽車的整體布線長(zhǎng)度超過(guò)一千米,因此需要認(rèn)真考慮其線束要求。首先,帶寬要求較高的應(yīng)用(例如:自動(dòng) 駕駛汽車的超高分辨率前置攝像頭)需要使用高質(zhì)量的重型線纜。近年來(lái),為了增加內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車等的行駛里程,汽車制造商開(kāi)始專注于制造更輕且更節(jié)能的汽車,因此線纜重量已成為越來(lái)越受關(guān)注的一個(gè)話題。對(duì)于涉及在車輛中復(fù)雜布線的應(yīng)用,線纜支持的彎曲半徑可能非常重要。對(duì)于攝像頭位于鉸鏈部件(例如:放置SVM系統(tǒng)的車門、或RVC和SVM系統(tǒng)的后備箱蓋)的應(yīng)用,線纜在開(kāi)合周期中的穩(wěn)固性至關(guān)重要。對(duì)于線纜可能暴露于惡劣環(huán)境下的應(yīng)用,線纜還需要防水性。
不管選擇了哪種攝像頭接口技術(shù)和線纜類型,每一厘米線纜都有成本,當(dāng)核算線束的所有成本時(shí),我們會(huì)發(fā)現(xiàn)線束是三大最昂貴組件之一。
由于其低帶寬需求,傳統(tǒng)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(gè)關(guān)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(jī),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)、安裝和使用。例如:在非??拷鼣z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(duì)車輛其余線束產(chǎn)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(tǒng)總成本的一個(gè)重要決定因素。高分辨率系統(tǒng)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(tǒng)SD視頻方案允許在攝像頭和ECU或多媒體主機(jī)(HU)上使用具有成本效益的連接器方案。例如:SD視頻RVC系統(tǒng)的視頻信號(hào)通常與多引腳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))一起接入到ECU或HU;數(shù)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(gòu)
車輛架構(gòu)對(duì)選擇適當(dāng)?shù)臄z像頭接口技術(shù)具有多方面影響。標(biāo)準(zhǔn)車輛中的線纜距離通??梢赃_(dá)到幾米,且隨著消費(fèi)者開(kāi)始傾向于購(gòu)買更大的運(yùn)動(dòng)型多用途汽車,線纜長(zhǎng)度也在不斷增加。一 些車輛架構(gòu)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(huì)要求提供更長(zhǎng)的線纜。商用汽車帶來(lái)另一個(gè)架構(gòu)挑戰(zhàn)。在此車輛架構(gòu)中,攝像頭系統(tǒng)需要將線纜延伸至最大長(zhǎng)度。大多數(shù)攝像頭接口技術(shù)均支持這些車輛架構(gòu)和功能,但一些可能需要使用附加模塊,如中繼器或中繼發(fā)射機(jī),以支持較長(zhǎng)的線纜長(zhǎng)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(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵因素,因?yàn)榫€纜可能會(huì)成為車輛內(nèi)部的天線,從而帶來(lái)不利影響。車輛中電子電氣系統(tǒng)的普及導(dǎo)致人們?cè)絹?lái)越依賴于 這些以兼容方式共存的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),一個(gè)系統(tǒng)(例如:RVC系統(tǒng))影響另一系統(tǒng)(例如:電動(dòng)汽車牽引電機(jī)或電動(dòng)座椅機(jī)構(gòu))或受其影響均不可接受。為此,在選擇接口技術(shù)方案之前必須考慮其輻射和抗干擾性。
為確保內(nèi)部或外部干擾不會(huì)影響車輛內(nèi)的系統(tǒng),汽車制造商將根據(jù)其特定的EMC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。首先,對(duì)系統(tǒng)級(jí)組件(例如:后視攝像頭或環(huán)視攝像頭)進(jìn)行這些測(cè)試。此類測(cè) 試成本高又耗時(shí),而且還具有挑戰(zhàn)性,但可確保每個(gè)模塊在集成到車輛之前具有較高的魯棒性。成功完成系統(tǒng)級(jí)測(cè)試后,汽車制造商還必須測(cè)試系統(tǒng)在持續(xù)面對(duì)高功率輻射信號(hào)時(shí)的運(yùn)行能力(射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度),以驗(yàn)證系統(tǒng)在車輛中的運(yùn)行情況和性能。制造商還需測(cè)量車輛中所有天線的接收頻段(例如:FM、GPS、移動(dòng)電話、Wi-Fi等),以確保不存在干擾信號(hào)。解決車輛的EMC問(wèn)題既耗時(shí)又要耗費(fèi)高昂成本。
其它要求
除了上述要求之外,攝像頭接口技術(shù)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(jí)。
概要
設(shè)計(jì)攝像頭系統(tǒng)時(shí),攝像頭接口技術(shù)的選擇受多種因素的影響。此外,攝像頭接口技術(shù)的選擇也會(huì)對(duì)集成該技術(shù)的車輛產(chǎn)生多方面影響。傳統(tǒng)的RVC系統(tǒng)基于SD視頻技術(shù),為汽車OEM提供了一種可在車輛內(nèi)實(shí)現(xiàn)視頻傳輸?shù)姆浅?煽?、?jīng)濟(jì)有效的方法。但是,近幾年的消費(fèi)產(chǎn)品趨勢(shì)致使SD視頻越來(lái)越不適用于大尺寸顯示。同時(shí)隨著立法發(fā)展以及消費(fèi)者期望,使得每輛新車上的攝像頭數(shù)量繼續(xù)增加。
在這些趨勢(shì)和發(fā)展的背景之下,出現(xiàn)了幾種可用于當(dāng)今汽車攝像頭系統(tǒng)的攝像頭接口技術(shù)。當(dāng)今的攝像頭接口技術(shù)范圍廣泛,從經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)SD RVC系統(tǒng)驗(yàn)證的SD視頻技術(shù)(例如:CVBS)到高清模擬接口技術(shù),再到高清數(shù)字接口技術(shù)。
圖2 C2B架構(gòu)概述。
SD視頻技術(shù)僅適用于低帶寬應(yīng)用,但只需使用極具成本效益的線纜和連接器。數(shù)字接口技術(shù)適用于高帶寬應(yīng)用,且具有像素精度等優(yōu)勢(shì),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(shù)是上述兩種解決方案的折中方案,只需使用性價(jià)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(shù),只需使用性價(jià)比高的線纜和連接器即可為汽車OEM和一級(jí)供應(yīng)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(shù)
C2B是ADI推出的一種高清模擬視頻傳輸技術(shù),C2B從一開(kāi)始就是作為一種汽車級(jí)接口技術(shù)而設(shè)計(jì)的,可將高清視頻從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?,分辨率最高可達(dá)2百萬(wàn)像素(1920 × 1080)。C2B 旨在充分利用用于SD視頻系統(tǒng)的UTP線纜和連接器的最大帶寬容量。C2B的創(chuàng)新型均衡器架構(gòu)支持最長(zhǎng)30 m的線纜長(zhǎng)度,且出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)無(wú)需重連機(jī)制。為確保C2B 滿足所有的汽車要求,它針對(duì)EMC進(jìn)行了一些優(yōu)化(優(yōu)化信號(hào)結(jié)構(gòu)、抗混疊濾波器、頻譜整形濾波器),并且ADI作為可靠的汽車電子供應(yīng)商也值得信賴。
C2B 具有一個(gè)控制通道,可以處理高達(dá)400 kHz的I2C信號(hào)傳輸,最多4個(gè)GPIO信號(hào),以及來(lái)自攝像頭模塊的中斷信號(hào),從而簡(jiǎn)化了包括本地配置和遠(yuǎn)程配置的系統(tǒng)架構(gòu)。4個(gè)GPIO用于在 C2B 鏈路中傳送靜態(tài)信號(hào)。2個(gè)中斷信號(hào)用于允許C2B發(fā)送端向C2B 接收端傳送狀態(tài)信息。C2B對(duì)控制通道數(shù)據(jù)運(yùn)用CRC校驗(yàn),并且能夠在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)重新傳送。
C2B支持面向汽車應(yīng)用的附加功能,如線纜診斷(線纜對(duì)電池或?qū)Φ囟搪返龋┖蛶瑪?shù)采集、生成、解碼和傳輸,以提供對(duì)所傳輸數(shù)據(jù)完整性的洞察力。
C2B針對(duì)汽車應(yīng)用定義和設(shè)計(jì),采用了多種機(jī)制來(lái)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(duì)阻抗不匹配的回波消除、寬帶下共模抑制(使用UTP線纜時(shí)很重要)、以及輸出信號(hào)的頻譜整形以減少輻射。C2B經(jīng)過(guò)測(cè)試符合設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(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(shù)字鏈路與C2B鏈路的視頻幀采集比較。
圖4. 數(shù)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(fēng)險(xiǎn)升級(jí)途徑的汽車制造商;以及已轉(zhuǎn)向基于數(shù)字接口技術(shù)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(shù)相比,C2B 在下述應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的系統(tǒng)成本優(yōu)勢(shì):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。經(jīng)過(guò)獨(dú)立驗(yàn)證的 C2B 視覺(jué)無(wú)損性具有類似于數(shù)字接口技術(shù)的高清性能,同時(shí)還可以節(jié)省大量系統(tǒng)成本。
結(jié)論
C2B 為汽車制造商提供了一個(gè)極具吸引力的接口技術(shù)方案,有助于將現(xiàn)有SD攝像頭解決方案升級(jí)為HD解決方案,或促進(jìn)數(shù)字接口技術(shù)系統(tǒng)的降本遷移。ADI提供C2B發(fā)送器(ADV7992)和C2B接收器發(fā)送器(ADV7382/ADV7383)的評(píng)估板,以加快技術(shù)研究和系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)。進(jìn)行系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)時(shí),如果開(kāi)發(fā)接收器,則C2B發(fā)送器評(píng)估板可用作為C2B 源端,而如果開(kāi)發(fā)攝像頭,則C2B接收器評(píng)估板則可用作為C2B接收端。