【導(dǎo)讀】越來(lái)越多的汽車應(yīng)用開始部署攝像頭系統(tǒng)和攝像頭接口技術(shù)來(lái)協(xié)助駕駛員，并增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)。傳統(tǒng)的后視攝像頭(RVC)系統(tǒng)只搭載了一個(gè)攝像頭，如今開始被搭載四個(gè)或更多攝像頭的環(huán)視 系統(tǒng)(SVM)所取代，這些新系統(tǒng)具有360°實(shí)時(shí)汽車監(jiān)控功能。行車記錄儀、盲區(qū)監(jiān)測(cè)、夜視、道路標(biāo)志辨識(shí)、車道偏離監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)巡航、緊急剎車和低速防撞系統(tǒng)都可以減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。為增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)，駕駛?cè)藛T生命體征監(jiān)測(cè)、乘員檢測(cè)和人機(jī)接口手勢(shì)識(shí)別等多種應(yīng)用中也開始引入攝像頭。由于攝像頭系統(tǒng)的發(fā)展，汽車制造商甚至可以通過(guò)替換傳統(tǒng)的后視鏡等功能來(lái)重新設(shè)計(jì)汽車輪廓。
圖1. 攝像頭在現(xiàn)代化汽車中廣泛應(yīng)用。
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？煽俊⒔?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公司推出的一種高清模擬視頻傳輸技術(shù)，
C2B從一開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 B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公司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。有關(guān)C2B技術(shù)和適合汽車應(yīng)用的產(chǎn)品信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：analog.com/c2b或聯(lián)系當(dāng)?shù)谹DI銷售辦事處。ADI公司提供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，而如果開發(fā)攝像頭，則C2B接收器評(píng)估板則可用作為C2B接收端。
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