車載攝像頭總線(C2B)—經(jīng)濟(jì)高效的攝像頭連接

摘要

科技正在改變汽車行業(yè)，帶來更安全、更舒適的駕駛體驗(yàn)。汽車攝像頭連接是一項(xiàng)關(guān)鍵的支持技術(shù)，預(yù)計(jì)到2024年，每輛汽車平均會(huì)配備4個(gè)攝像頭。1而該行業(yè)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)就是如何在不顯著增加成本的情況下，在車輛中額外再增配攝像頭。本文從成本和性能方面，探討各種不同的汽車攝像頭接口；并提出了一種優(yōu)化解決方案，可以提供出色的視頻性能，同時(shí)支持使用低成本線束。

簡介

汽車攝像頭連接的增加伴隨著應(yīng)用成本的大幅增加，但支持汽車實(shí)現(xiàn)新的安全和舒適性功能。據(jù)最新的市場研究估計(jì)，隨著市場響應(yīng)消費(fèi)者需求并遵循監(jiān)管要求，到2024年，每輛汽車平均會(huì)配備4個(gè)攝像頭。1在攝像頭技術(shù)的爆炸式增長浪潮中，環(huán)視監(jiān)控(SVM)、駕駛員狀態(tài)監(jiān)控(DSM)和行駛記錄(DVR)等都是發(fā)展前沿的一些新應(yīng)用。SVM和后視攝像頭可以幫助提高停車的安全性。DSM攝像頭則用于監(jiān)測駕駛員的位置和眼球運(yùn)動(dòng)，以檢測并防止駕駛員注意力分散。駕駛記錄攝像頭用于記錄事故過程。聯(lián)合國《自動(dòng)車道保持系統(tǒng)2 (ALKS)》法規(guī)強(qiáng)制要求采用DSM和駕駛記錄攝像頭，這項(xiàng)法規(guī)已于2021年1月正式施行。已有60多個(gè)國家和地區(qū)采用ALKS，該系統(tǒng)使用3級(jí)汽車自動(dòng)駕駛（自動(dòng)駕駛功能，要求駕駛員在必要時(shí)重新接手駕駛），使汽車保持在預(yù)定的駕駛路線上。DSM也是Euro NCAP 2020輔助駕駛評(píng)級(jí)系統(tǒng)的基本要求。3汽車制造業(yè)已是全球負(fù)債率最高4、利潤最低的行業(yè)之一。該行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是：如何在不大幅增加成本的情況下提供所需的攝像頭性能。

SVM攝像頭系統(tǒng)可以在停車時(shí)，提供車輛外部的360°環(huán)繞視圖。這些系統(tǒng)有助于降低發(fā)生低速事故的風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于行人和有視覺障礙的行人。亞洲國家和地區(qū)70%的車輛都將安裝SVM，在這些國家和地區(qū)，擁堵的街道和狹小的停車空間使停車尤為困難。SVM這個(gè)攝像頭應(yīng)用示例很好地體現(xiàn)了它們?cè)谕炀壬痛蛟斐錾鸟{駛體驗(yàn)方面的作用。SVM也可以作為有趣的案例，用于對(duì)汽車攝像頭系統(tǒng)開展性能-成本分析。每個(gè)SVM系統(tǒng)使用4個(gè)攝像頭來創(chuàng)建全景視圖。高清攝像頭通常使用同軸電纜，它們價(jià)格昂貴、笨重，且很難部署到狹小空間中。SVM使用同軸線束的話，需要使用價(jià)格昂貴的同軸連接器，使得汽車OEM需要額外支付數(shù)百萬美元的車型成本。汽車行業(yè)正面臨一大問題：攝像頭的哪個(gè)視頻接口能提供優(yōu)化成本點(diǎn)？

依然使用SD解決方案不是一個(gè)好選擇

多年以來，大部分汽車攝像頭設(shè)計(jì)都使用標(biāo)清(SD)攝像頭。它們使用低成本線纜和連接器，以最大限度降低SVM模塊的系統(tǒng)成本。但是，標(biāo)清攝像頭系統(tǒng)通常只能提供100mA大電流注入(BCI)，而如今大部分OEM都要求200mA BCI性能。隨著駕駛室內(nèi)的顯示屏尺寸增大，標(biāo)清攝像頭系統(tǒng)的視頻性能不再令人滿意。標(biāo)清視頻(720 × 480)的畫面非常小，需要縮放以適應(yīng)現(xiàn)代的汽車顯示屏大小（例如1920 × 720）。縮放涉及插入或創(chuàng)建新像素來填充該空間。插入過程會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)許多視覺偽影，包括（例如）對(duì)角線上的鋸齒。消費(fèi)者已經(jīng)習(xí)慣智能手機(jī)提供的高清攝像頭性能，無法再接受標(biāo)清性能。雖然標(biāo)清視頻提供成本極低的解決方案，但其有限的EMC/I (BCI)和視頻性能使許多OEM都計(jì)劃在2025年之前，在所有車型上棄用標(biāo)清攝像頭。

LVDS實(shí)施成本高昂

低壓數(shù)字信號(hào)(LVDS)攝像頭鏈路為汽車高清攝像頭提供高性能但成本高昂的解決方案。LVDS是一種數(shù)字串行傳輸方案，可以將視頻從攝像頭準(zhǔn)確地傳輸至電子控制單元(ECU)。LVDS攝像頭解決方案非常適合400-800萬像素的高端前置攝像頭。在汽車攝像頭中，前置攝像頭要求最高的視頻分辨率，以支持自適應(yīng)巡航控制、目標(biāo)檢測、交通標(biāo)志識(shí)別和防撞。LVDS使用高帶寬，要求使用屏蔽電纜，以便通過汽車EMC和EMI測試。LVDS鏈路通常使用同軸和微型同軸電纜。這些電纜的彎曲率，以及經(jīng)歷多次彎曲的耐久性，使得這些電纜的制造成為汽車OEM需要面對(duì)的一個(gè)問題，例如，需要穿過門鉸鏈部署電纜，以便將攝像頭安裝在鏡子上，或安裝在車內(nèi)頂棚上，以實(shí)現(xiàn)乘客狀態(tài)監(jiān)測，或者甚至安裝在前座椅背后以便進(jìn)行視頻會(huì)議。同軸連接器的成本使高清攝像頭連接成本高昂，讓低端和中端車輛望而卻步。

圖1 車載C2B的攝像頭和連接器

C2B支持實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先的技術(shù)解決方案

一個(gè)替代選項(xiàng)是：使用專門設(shè)計(jì)的技術(shù)應(yīng)對(duì)這些汽車挑戰(zhàn)。車載攝像頭總線? (C2B?)是一種汽車高清攝像頭鏈路技術(shù)，其性能與LVDS接口難分伯仲。C2B可以通過低成本UTP線束提供高清性能，從而避免使用成本高昂的同軸連接器。C2B可以在線束中復(fù)用排插連接器來實(shí)現(xiàn)極低的線束成本。此外，汽車OEM將采用C2B視頻接口配合現(xiàn)有的UTP線束，以降低從標(biāo)清攝像頭升級(jí)為高清攝像頭的成本。C2B提供經(jīng)優(yōu)化的視頻編碼、差模信號(hào)傳輸及內(nèi)部濾波，能夠憑借UTP基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分外穩(wěn)健的EMC性能，包括符合200mA BCI測試要求。通過同一雙絞線上的高速反向通道，可從ECU遠(yuǎn)程控制C2B攝像頭。反向通道允許制造商基于照明條件優(yōu)化攝像頭性能，這一點(diǎn)明顯優(yōu)于NTSC攝像頭。C2B的系統(tǒng)成本更低，使汽車OEM能夠在低端和中端車型中實(shí)現(xiàn)高清攝像頭分辨率。

表1 技術(shù)比較

結(jié)論

C2B是適用于汽車行業(yè)的一項(xiàng)出色解決方案，能夠以可持續(xù)的合理系統(tǒng)成本提供出色的高清攝像頭性能，滿足大眾市場需求。C2B使所有汽車都能夠配備攝像頭系統(tǒng)，支持部署安全關(guān)鍵型系統(tǒng)，為所有交通參與者帶來福音。有關(guān)C2B技術(shù)的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問analog.com/C2B、analog.com/ADV7992、analog.com/ADV7382或analog.com/ADV7383。

參考資料

1 “2020年度ADAS車輛的檢測和計(jì)算。”Yole Développement，2020年。

2 “聯(lián)合國《自動(dòng)車道保持系統(tǒng)》法規(guī)

是安全引入自動(dòng)駕駛車輛的一大里程碑事件。”UNECE，2020年6月。

3 “2020年輔助駕駛測試：2020年有何新進(jìn)展？”Euro NCAP，2020年。

4 Andrew Edgecliffe-Johnson、Peggy Hollinger、Joe Rennison、Robert Smith?！靶鹿谝咔槭欠駮?huì)引發(fā)企業(yè)債務(wù)危機(jī)?”金融時(shí)報(bào)，2020年3月。

Pandey, Anchal。“美國NTSB建議使用駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)。”PathPartner，2020年7月。

作者簡介

Paul Slattery是ADI公司汽車連接和傳感產(chǎn)品部的戰(zhàn)略營銷經(jīng)理，他于2016年加入營銷團(tuán)隊(duì)，在此之前，曾任職于應(yīng)用和產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)。Paul非常了解汽車連接解決方案，并幫助定義了C2B產(chǎn)品系列。他擁有愛爾蘭利默里克大學(xué)的工程學(xué)學(xué)士學(xué)位和工商管理碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：paul.slattery@analog.com。