汽车摄像头链接技术挑战和解决方案

作者：Joe Triggs and Derek Burke

摄像头系统和摄像头链接技术正被部署在越来越多的车辆应用中，以协助驾驶员并增强驾驶体验。采用单个摄像头的传统后视摄像头（RVC）系统正在被具有4个或更多摄像头的环视系统（SVS）所取代，这些摄像头可提供车辆的360°视角。行车记录仪、盲点监控、夜视、路标识别、车道偏离监视器、自适应巡航控制、紧急制动和低速防撞系统都有助于减轻驾驶员的负担。为了增强驾驶体验，还引入了摄像头，用于驾驶员生命体征监测、乘员检测和人机接口 （HMI） 的手势识别等各种应用。摄像头系统的发展甚至允许汽车制造商通过替换后视镜等传统功能来重新构想车辆轮廓。

列出的许多不同的摄像头应用都起源于标准清晰度（SD）RVC系统，这些系统仍然在当今许多车辆中具有特色。十多年来，SD摄像头系统一直在汽车应用中常规部署，根据立法要求和客户期望，从高档汽车扩展到更广泛的车辆系列。标清视频解决方案为汽车原始设备制造商提供了许多宝贵的优势：由于消费电视行业多年来成熟的技术成熟，风险低，低带宽需求导致能够使用廉价电缆和连接器，同时保持受控的发射，以及一系列成熟的视频编码器和解码器，可对潜在的不稳定视频输入进行经过验证的处理。

如今，超高清（UHD）显示器在消费类设备中的普及推动了所有类型的车辆对更大、更高清显示器的需求。虽然标清视频解决方案在较小的显示器上可能看起来令人满意，但今天的消费者很容易在较大的显示器上察觉到它的缺点（例如，由于标清视频带宽有限而导致的高频细节缺失，或者在调制信号中将亮度和色度信号彼此分离时引入交叉色彩伪影）。大尺寸显示器的趋势导致汽车原始设备制造商面临将其其余摄像头架构升级到高清的挑战。解决这一挑战的一个关键组成部分是选择将图像数据从相机传输到接收单元（例如ECU或显示器）的相机链路技术。

为应用选择新的相机链路技术时，第一个用例特征是所需的带宽。摄像系统在带宽要求方面范围很广。使用标清视频分辨率的传统 RVC 系统需要低带宽（例如 6 MHz）。SVM 系统通常在低速下使用，使用低刷新率（例如 30 Hz）来最大化曝光，这可能会限制所需的带宽。后视镜更换系统在车辆的整个工作速度范围内运行，使用更高的刷新率（例如，60 Hz或更高）来最大限度地减少延迟，这需要增加带宽。用于自动驾驶应用的前置摄像头需要超高分辨率（例如，18+ MPixel），因此具有非常高的带宽要求。许多摄像头链路技术可以提供广泛的带宽能力——它们的选择受到摄像头系统和整个车辆的多个方面的影响，并可能影响这些方面。

图像质量

相机链接技术实现的图像质量是架构设计中的关键因素。通过无法提供足够带宽的相机链路技术发送视频数据可能会导致图像完整性丢失或图像完全丢失。相机链接技术引起的图像退化可以通过测量图像清晰度和动态范围等因素来评估。

电缆属性

现代车辆的完整电缆组件或线束是其最复杂、最重且最难安装的组件之一。由于普通汽车的布线远远超过一公里，因此线束需要认真考虑。首先，具有更高带宽要求的应用（例如，用于自动驾驶汽车的超高分辨率前置摄像头）需要高质量、重型电缆。近年来，电缆重量已成为越来越受到严格审查的话题，因为人们的重点是使汽车更轻、更高效，以增加内燃机汽车和电动汽车的续航里程。对于涉及通过车辆的复杂布线的应用，电缆支撑的弯曲半径可能很重要。对于摄像机位于铰链主体部件中的应用（例如，SVM 系统的门或 RVC 和 SVM 系统的行李箱盖），电缆在打开和关闭循环中的坚固性至关重要。对于电缆可能暴露在恶劣环境中的应用，可能需要防水性。

无论选择哪种摄像头链接技术和电缆类型，每一厘米的电缆都有成本，当线束的所有成本都经过整理时，它可能导致线束成为车辆最昂贵的三个元素之一。

传统的标清视频解决方案由于其低带宽需求，便于使用极具成本效益的光缆。在许多情况下，非屏蔽双绞线（UTP）电缆（类似于通常用于CAN等低速控制链路的电缆）用于标清视频解决方案。

连接

线束及其连接模块的另一个关键元件是电连接器。除了将线束连接到控制模块、传感器或电机外，连接器还用于连接线束内同一电缆的不同部分（直插式连接器）。直插式连接器广泛用于汽车行业，以简化线束的结构、安装和可维护性。例如，使用非常靠近摄像头的直列式连接器意味着，如果摄像头损坏，可以更换摄像头，而不会对车辆线束的其余部分造成重大干扰。

连接器选择与上述电缆选择一样，可以决定相机系统的总体成本。高分辨率系统通常需要支持更高带宽的连接器，因此价格更高。

其他连接器注意事项包括连接器在PCB和ECU表面上的封装，连接器是否必须密封或未密封，以及是否需要颜色编码/键控。

传统的标清视频解决方案有助于在摄像机和ECU或主机（HU）上使用经济高效的连接器解决方案。例如，SD视频RVC系统的视频信号通常与多针连接器上的其他信号（例如，控制网络和所需的电源信号）一起路由到ECU或HU;数字链路通常需要专用连接器，这会给ECU带来PCB和封装限制。

车辆架构

所涉及的车辆的架构会对选择合适的摄像头链接技术产生多种影响。标准车辆的电缆长度通常可达几米，随着消费者倾向于更大的运动型多功能车，电缆长度正在增加。一些车辆架构具有额外的功能，可能会带来新的电缆长度挑战，例如拖车倒车辅助以支持拖车的倒车和操纵。商用车是摄像头系统将电缆拉伸到最大长度的另一个架构挑战。大多数摄像头链路技术可以支持这些车辆架构和功能中的任何一种，但有些可能需要额外的模块，如中继器或转发器来支持长电缆长度。

电磁兼容

电缆解决方案的电磁辐射和抗扰度鲁棒性是摄像头链路技术选择过程中的另一个关键因素，因为电缆可能成为车辆内的天线，从而产生有害结果。车辆中电气和电子系统的激增导致越来越依赖以兼容方式共存的此类系统。当一个系统（例如，RVC 系统）影响或受另一个系统（例如，电动汽车牵引电机或电动座椅机构）的影响时，这是不可接受的。为此，在选择链接技术解决方案之前考虑其排放和抗扰度性能至关重要。

为了确保内部或外部侵略者不会干扰车辆中的系统，汽车制造商将根据其特定的EMC标准测试所有系统。这些测试首先在系统级别（例如，后视摄像头或环视系统）完成。这种测试昂贵、耗时且具有挑战性，但可确保每个模块在集成到车辆之前都具有高水平的鲁棒性。一旦成功完成系统级测试，汽车制造商还必须通过测试系统在受到高功率辐射信号（辐射抗扰度）轰击时的运行能力来验证车辆中的系统运行和性能。制造商还将测量车辆中所有天线（例如，FM，GPS，蜂窝，Wi-Fi等）的接收频段，以确保不存在干扰信号。在车辆级别解决EMC问题可能既昂贵又耗时。

其他要求

除了已经概述的要求外，还有无数其他要求指导相机链路技术的选择，例如控制通道可用性、像素精度和ASIL等级。

总结

在设计相机系统时，相机链接技术的选择受到多种因素的影响。摄像头链接技术的选择也会影响其集成的车辆的几个方面。基于标清视频技术构建的传统RVC系统为汽车OEM提供了一种极其可靠且经济高效的车内视频传输方法。然而，近年来，消费趋势已经出现，使得标清视频系统在大型显示器上越来越难以接受。立法发展和消费者的期望也结合在一起，继续增加每辆新车的摄像头数量。

这些趋势和发展为当今汽车摄像头系统中使用的几种摄像头链接技术的出现提供了背景。今天的摄像机链路技术仍然从传统标清RVC系统中经过验证的标清视频技术（例如CVBS），到高清模拟链路技术，再到高清数字链路技术。

图2.C2B 体系结构概述。

标清视频技术只能支持低带宽应用，但反过来需要非常经济高效的电缆和连接器。数字链路技术支持高带宽应用，并提供像素精度等优势，但通常需要更昂贵的电缆和连接器。高清模拟链路技术在上述两种解决方案之间提供了折衷方案 — 通过经济高效的电缆和连接器提供高清视频。

C2B™就是这样一种高清模拟链路技术，它使用经济高效的电缆和连接器为汽车原始设备制造商和一级供应商提供了对符合EMC标准的高清视频的有吸引力的支持。

C2B 汽车摄像头链路技术

C2B是ADI公司推向市场的高清模拟视频传输技术。

从一开始就设计为汽车摄像头链接技术，C2B 支持以高达 2 MPixel （1920 × 1080） 的分辨率将高清视频从发射器传输到接收器。C2B 旨在利用传统上用于标清视频系统的 UTP 电缆和连接器的最大带宽容量。C语言的创新均衡器架构2B 允许支持长达 30 m 的电缆，而无需重新传输。确保 C2B满足所有汽车要求，具有针对EMC的多项优化（优化的信号结构、抗混叠滤波器、频谱整形滤波器），并受益于ADI公司作为汽车供应商的可靠声誉。

C2B 具有一个控制通道，可以处理高达 400 kHz 的 I 2 C 信号、多达 4 个 GPIO 信号和来自摄像头模块的中断信号的传输。这有利于系统架构，不仅包括本地配置（摄像头模块中的微控制器单元（MCU）和ECU/HUU中的MCU），还包括远程配置（ECU/HU中的MCU配置摄像头模块）。四个 GPIO 用于在 C 之间传输静态信号2B 链接。提供两个中断信号以允许 C2B 变送器将状态信息传送给 C2B 接收器。C2B 对控制通道数据应用 CRC 检查，并在出现问题时自动启动重新传输。

C2B 支持汽车客户的增值功能，例如电缆诊断（有关电缆对电池短路和对地短路事件的信息收集）和帧计数收集、生成、解码和传输，以深入了解传输数据的完整性。

专为汽车应用定义和设计，C2B 采用多个模块来确保低成本 UTP 电缆和低成本非屏蔽连接器的 EMC 合规性。其中包括阻抗不匹配的回声消除、宽带共模抑制（使用 UTP 电缆时很重要）和输出信号的频谱整形以减少辐射。C2B 经过测试并符合国际设备级 EMC 标准和国际系统级 EMC 标准（CISPR 25 5 类 [辐射]、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3 [抗扰度]、ISO 10605 [ESD]）。

图3.数字链路与 C 的视频帧捕获比较2B 链接。

图4.数字链路与 C 的视频帧捕获比较2B 链接。

这些功能使 C2B 对于两种类型的汽车制造商来说，这是一个有吸引力的解决方案：那些仍在使用SD相机解决方案并寻求低风险升级路径的汽车制造商，以及那些已经转向基于数字链路技术的相机解决方案并正在寻求从高清模拟链路技术降低成本的汽车制造商。

C 中的应用程序空间2与后视摄像头、环视摄像头系统、电子后视镜和乘员监控系统等其他技术相比，B具有显著的系统成本优势。独立验证的 C 语言的视觉无损特性2B可以提供与数字链路技术类似的高清性能，同时节省大量系统级成本。

结论

C2B为汽车制造商提供了一个引人注目的链路技术解决方案，可用于促进将现有的SD摄像机解决方案升级到高清，或者促进使用数字链路技术的系统迁移，以降低系统成本。关于 C 的信息2B技术和可用于汽车应用的产品可在 analog.com/c2b 或联系您当地的ADI公司销售办事处找到。用于 C 语言的评估板2B 发射器 （ADV7992） 和 C2ADI公司提供B接收器（ADV7382/ADV7383），以加速技术研究和系统原型设计。在系统原型设计期间，C2B变送器评估板可用作C2B源如果开发接收器，而C源2B 接收器评估板可用作 C2B 下沉，如果开发相机。

审核编辑：郭婷