C2B：一種適合汽車(chē)應用的新型車(chē)用攝像頭及視頻鏈路

隨著(zhù)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的應用日益廣泛，需要更多汽車(chē)傳感器的需求日趨明顯。攝像頭是推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵傳感器之一。隨著(zhù)新應用不斷涌現，車(chē)載攝像頭的數量也在迅速增加。此外，隨著(zhù)攝像頭的應用從保有量較低的高檔汽車(chē)轉向更大的主流汽車(chē)市場(chǎng)，攝像頭的采用率持續上升。圖1顯示了車(chē)用攝像頭市場(chǎng)的快速增長(cháng)。

圖1 車(chē)用攝像頭市場(chǎng)

這一增長(cháng)趨勢預計將持續到2025年以后。在不遠的將來(lái)，裝配多達20個(gè)攝像頭的汽車(chē)將成為現實(shí)。

隨著(zhù)攝像頭數量增加，對更高分辨率的需求也隨之出現。分辨率提高主要由兩個(gè)因素推動(dòng)。第一個(gè)因素是需要支持更多的ADAS特性，因為需要更高的分辨率來(lái)實(shí)現更強大更準確的視覺(jué)探測功能。第二個(gè)因素是需要顯示更高質(zhì)量的圖像，因為消費者要求汽車(chē)攝像頭的圖像質(zhì)量能與智能手機的高分辨率顯示屏相媲美。

這里存在一個(gè)問(wèn)題，智能手機的使用周期明顯比汽車(chē)短，因此，汽車(chē)制造商需要確保新款汽車(chē)推出時(shí)采用最新的顯示技術(shù)，使其顯示系統盡可能長(cháng)時(shí)間不過(guò)時(shí)。

汽車(chē)OEM仍在不斷提高車(chē)載顯示器的尺寸和分辨率。因此，要在這些尺寸更大、分辨率更高的顯示屏上顯示攝像頭圖像，就需要采用分辨率更高的攝像頭，而使用現有的標清(SD)攝像頭會(huì )導致非常糟糕的用戶(hù)體驗（圖像分辨率非常低）。低分辨率攝像頭拍攝的視頻質(zhì)量會(huì )很差。此外，這些顯示畫(huà)面上會(huì )呈現很多干擾視覺(jué)偽像，例如點(diǎn)狀斑紋和顏色泄漏——因此，使用SD攝像頭來(lái)驅動(dòng)這些顯示屏不再可行。為了提供更好的客戶(hù)體驗，需要使用高清(HD)攝像頭。

加裝這些攝像頭需要付出額外的成本。不僅是增加傳感器數量和圖像處理的成本，還包括通過(guò)車(chē)輛線(xiàn)束將視頻數據從攝像頭傳輸至處理單元的成本。車(chē)用攝像頭鏈路需要更多線(xiàn)纜，這似乎不是什么大問(wèn)題，但是考慮到車(chē)輛線(xiàn)束成本在汽車(chē)組件中排第三位（前兩位分別為發(fā)動(dòng)機和底盤(pán)），對于汽車(chē)OEM來(lái)說(shuō)，線(xiàn)纜和連接器的選擇就至關(guān)重要了。線(xiàn)束一次只能設計一種，且會(huì )耗費整車(chē)50%的人力成本。線(xiàn)束重量也在汽車(chē)組件中排第三位（前兩位分別是底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機）。隨著(zhù)在車(chē)輛中不斷加入這些線(xiàn)束，汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)呈現越來(lái)越多的問(wèn)題，任何額外的生產(chǎn)步驟都會(huì )進(jìn)一步增加成本。另外必須避免額外增加車(chē)輛的重量，因為隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)普及，額外增加重量會(huì )直接影響車(chē)輛的行駛里程。隨著(zhù)許多新型傳感器不斷推出，并且預計到2020年汽車(chē)傳感器將多達220億個(gè)，這個(gè)問(wèn)題還會(huì )進(jìn)一步惡化。任何能夠降低線(xiàn)束重量和成本的技術(shù)都會(huì )大受歡迎，對汽車(chē)OEM具有極大的吸引力。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，ADI公司開(kāi)發(fā)出一種新型車(chē)用攝像頭鏈路技術(shù)，稱(chēng)為車(chē)用攝像頭及視頻總線(xiàn)(C2B?)，這是唯一一種針對車(chē)用攝像頭鏈路進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)，且能夠解決上述這些問(wèn)題。C2B涵蓋三個(gè)主要的解決方案定義標準：

?復用現有的SD標清非屏蔽雙絞(UTP)線(xiàn)和連接器鏈路，提供最簡(jiǎn)單的HD攝像頭鏈路升級。

?使用這種鏈路來(lái)傳輸具有出色畫(huà)質(zhì)的高清視頻。

?使用這種鏈路來(lái)滿(mǎn)足汽車(chē)級EMI/EMC要求。

圖2 C2B為攝像頭系統提供許多好處

攝像頭是汽車(chē)中數據帶寬最高的傳感器之一。采用分辨率更高的攝像頭后，帶寬進(jìn)一步增加?，F有的SD車(chē)用攝像頭鏈路解決方案使用低帶寬的線(xiàn)纜，例如非屏蔽雙絞線(xiàn)和非屏蔽連接器。由于SD攝像頭對帶寬的要求比HD低，而且SD傳輸標準（例如NTSC）使用多級傳輸方案來(lái)進(jìn)一步減少電纜和連接器的帶寬，所以這是可行的。SERDES（也稱(chēng)為L(cháng)VDS）等解決方案要求采用帶寬遠高于UTP的線(xiàn)纜和連接器，例如同軸或屏蔽雙絞線(xiàn)(STP)。這是因為目前的SERDES解決方案使用不歸零(NRZ)信令，而不是多級信令，因此對電纜和連接器帶寬的要求更高。這些性能和帶寬更高的線(xiàn)纜和連接器會(huì )增加線(xiàn)束的成本和重量。

C2B支持通過(guò)現有的SD UTP線(xiàn)纜和連接器鏈路來(lái)傳送HD分辨率的視頻。利用C2B可以從SD攝像頭輕松升級至HD攝像頭，而且無(wú)需更改現有的線(xiàn)纜和連接器鏈路，對于OEM而言，這是一個(gè)經(jīng)濟高效且用途廣泛的重要解決方案。

復用非屏蔽雙絞線(xiàn)還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它可以使用主機和攝像頭電子 控制裝置(ECU)上已有的排插連接器的未用引腳。這樣可以避免使用SERDES技術(shù)所需的專(zhuān)用單獨連接器，也不會(huì )占用主機和攝像頭ECU模塊中有限的寶貴PCB空間，且不增加系統解決方案的成本。

選擇C2B傳輸旨在為這種汽車(chē)應用提供最高的魯棒性。與其他解決方案相比，信令方案可以使電纜帶寬需求降低10倍?，F有的鏈路已在實(shí)際現場(chǎng)應用中得到驗證，因此無(wú)需評估鑒定新的鏈路，大大簡(jiǎn)化HD攝像頭的升級方式。此外，由于C2B技術(shù)采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的傳輸方案，支持更長(cháng)的線(xiàn)纜長(cháng)度（最長(cháng)30米），使得OEM能夠自由決定其鏈路設計，避免其他技術(shù)帶來(lái)的一些限制。

之所以選擇這種C2B傳輸，是為了通過(guò)現有的線(xiàn)纜和連接器鏈路提供出色的視頻質(zhì)量和EMI/EMC性能。在支持較低帶寬的鏈路上確保HD視頻質(zhì)量，尤其是保持所有高頻率視頻細節，并提供真正出色的視頻體驗。我們按照最新標準進(jìn)行了大量視頻質(zhì)量測試，出色的視頻質(zhì)量已得到驗證。

雖然C2B技術(shù)可以通過(guò)低成本線(xiàn)纜和連接器支持高分辨率攝像頭，但同樣也存在挑戰。由于鏈路沒(méi)有屏蔽功能，不提供抗擾保護，也無(wú)法直接衰減輻射，所以為了確保低輻射和高抗擾性能，以滿(mǎn)足嚴格的汽車(chē)EMI/EMC要求，收發(fā)器的設計至關(guān)重要。從一開(kāi)始，C2B的定義和設計就旨在滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)的這種要求，并且已證明性能強健，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)EMI/EMC要求。

圖3 C2B信號鏈

C2B支持許多其他功能，包括通過(guò)同一非屏蔽雙絞線(xiàn)進(jìn)行邊帶控制通信，從而支持攝像頭模塊的遠程配置，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化攝像頭設計。C2B也提供凍結幀檢測，對于許多OEM而言，這是一項關(guān)鍵要求。

圖4 C2B集成電路

C2B產(chǎn)品包括ADV7990、ADV7991、ADV7380和ADV7381 ，這些產(chǎn)品目前已經(jīng)投產(chǎn)。

C2B提供了一個(gè)優(yōu)化的解決方案，支持利用現有的視頻鏈路從NTSC輕松升級到HD攝像頭，同時(shí)提供出色的視頻質(zhì)量和魯棒的EMI/EMC性能。這項令人欣喜的新技術(shù)具有許多優(yōu)勢，并提供最佳系統解決方案，可解決在車(chē)內連接多個(gè)攝像頭面臨的日益復雜的問(wèn)題。

參考文獻

“汽車(chē)以太網(wǎng)：概述?！盜xia，2014年5月。

作者簡(jiǎn)介

Fionn Hurley是位于愛(ài)爾蘭利默里克的ADI公司汽車(chē)座艙電子業(yè)務(wù)部的營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理。他于2007年加入ADI公司。在此之前，他是RF設計工程師。他畢業(yè)于愛(ài)爾蘭科克大學(xué)(UCC)，獲得電氣與電子工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：fionn.hurley@analog.com。