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克服汽车相机链接挑战

文章：Joe Triggs和Derek Burke

摄像机系统和相机链接技术正在部署在越来越多的车辆中的应用范围内，以帮助驱动程序和增强驾驶体验

摄像机系统和相机链接技术正在促进车辆中不断增加的应用范围，以帮助驱动程序和增强驾驶体验。传统的后视相机（RVC）系统采用单个摄像头的系统，由四个或更多相机提供360°透视的围绕式系统（SVS）。驱动录像机，盲点监控，夜视，道路标志识别，车道出发监视器，自适应巡航控制，紧急制动和低速碰撞避免系统都有助于缓解驱动器上的负载。为了增强驾驶经验，还将相机作为多样化的应用程序作为驱动器生命符号监测，乘员检测和人机接口（HMI）的手势识别等多样化。相机系统的开发甚至允许汽车制造商通过更换像翼镜等传统功能来重新思考车辆轮廓。

图1.现代车辆中相机的激增。（资料来源：模拟设备）

许多不同的相机应用程序中列出的标准定义（SD）RVC系统中的一个创世纪仍然在今天的许多车辆中得到推出。SD摄像机系统经常部署在多十年内，从高端车辆中扩散到更广泛的车辆线上，以应对立法要求和客户预期。SD视频系统提供汽车OEM许多有价值的好处：由于在多年来消费电视行业的技术成熟，低带宽需求的低风险，导致使用廉价电缆和连接器的能力，同时保持受控排放，以及维持受控排放具有成熟范围的视频编码器和解码器，具有证明处理潜在的不稳定视频输入。

如今，消费者设备中的超高定义（UHD）的无处不通的显示是在所有类型的车辆中驾驶较大和更高的定义的要求。While SD video may appear satisfactory on a smaller display, today’s consumers can easily perceive its shortcomings on a larger display (for example, the lack of high frequency detail caused by the limited bandwidth of SD video or cross-color artifacts introduced when separating the luminance and chrominance signals from one another in the modulated signal). The trend toward larger displays has resulted in automotive OEMs being challenged to upgrade the rest of their camera architectures to high definition. One key building block involved in addressing this challenge is the camera link technology selected to transfer image data from the camera to the receiving unit (for example, ECU or display).

选择新的摄像机链接技术时，第一个用例特性是所需的带宽。相机系统在带宽要求方面的广泛范围。使用SD视频分辨率的传统RVC系统需要低带宽（例如，6 MHz）。通常在低速下使用的SVM系统，使用低刷新速率（例如，30 Hz）来最大化曝光，这可以限制所需的带宽。翼镜更换系统，在车辆的运行速度范围内操作，使用更高的刷新率（例如，60 Hz或更高）来最小化延迟，这需要增加带宽。用于自主驾驶应用的前置摄像机需求超高分辨率（例如，18+ mpixel），因此具有非常高的带宽要求。许多相机链路技术存在以提供广泛的带宽能力 - 它们的选择受到影响的影响，可以影响相机系统和整体车辆的几个方面。

画面质量

相机链路技术启用的图像质量是架构设计中的关键因素。在不提供足够的带宽提供的相机链路技术上发送视频数据可能导致图像完整性或完整的图像丢失丢失。可以通过测量图像清晰度和动态范围等因素来评估由相机链路技术引起的图像劣化。

电缆属性

现代化车辆的完整电缆组件或线束是其最复杂，沉重，难以安装的组件之一。随着普通汽车在一公里的接线上，线束需要严重的考虑因素。到一个具有更高带宽要求的应用程序（例如，用于自主车辆的超高速分辨率前置摄像机）需要高质量的重型电缆。近年来，近年来，近年来，近年来的电缆重量已经成为使汽车更轻，更有效地增加燃烧发动机车辆和电动汽车的范围。对于涉及通过车辆的复杂路由的应用，电缆支撑的弯曲半径可能是重要的。对于摄像机位于铰接体部件的应用（例如，用于SVM系统或RVC和SVM系统的后备箱盖的门），电缆打开和关闭周期的鲁棒性至关重要。对于电缆可能暴露于恶劣环境的应用，可能需要耐水性。

无论选择相机链路技术和选择电缆类型，每厘米的电缆都有成本，并且当整理线束的所有成本时，它可能导致线束是车辆的三个最昂贵的元件之一。

传统的SD视频系统由于它们的带宽需求低，便于使用极其经济高效的轻电缆。在许多情况下，非屏蔽双绞线（UTP）电缆，类似于通常用于低速控制链路的电缆，用于SD视频。

连接器

布线及其连接模块的另一个重要元件是电连接器。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相同电缆的不同部分（在线连接器）。在线连接器广泛用于汽车行业，简化了线束的结构，安装和可维护性。例如，使用非常接近相机的线连接器意味着，如果相机损坏，则可以更换，而不会对车辆其余的线束进行显着干扰。

与上述电缆选择共同的连接器选择可以是相机系统的总成本的重要确定。高分辨率系统通常需要支持更高带宽的连接器，因此更昂贵。

其他连接器注意事项包括PCB和ECU表面上的连接器的占地面积，连接器是否必须密封或未密封，并且如果需要颜色编码/键控。

传统的SD视频系统有助于在相机和ECU或头部单元（HU）上使用经济高效的连接器。例如，SD视频RVC系统的视频信号通常在MuliPin连接器上用其他信号（例如，控制网络和所需的电源信号）路由到ECU或HU;数字链路通常需要专用连接器，它在ECU上引入PCB和包装限制。

车辆架构

所涉及的车辆的架构可以对合适的相机链路技术的选择具有几个影响。标准车辆中的电缆长度可以频繁地距离多达数米，随着消费者趋向于较大，运动型多用途车辆，电缆长度正在增加。一些车辆架构具有额外的功能，可以提高新的电缆长度挑战，例如拖车反向辅助，以支持拖车的逆转和机动。

商用车辆是另一个建筑挑战，其中相机系统将电缆拉伸到其最大长度。大多数相机链路技术可以支持这些车辆架构和功能中的任何一种，但有些则可能要求其他模块（如中继器或重传）以支持长电缆长度。

emc.

电缆的电磁排放和免疫稳健性是相机链路技术选择过程中的另一个关键因素，因为电缆可以成为车辆内的天线，具有不利的结果。车辆中的电气和电子系统的增殖导致了对兼容时尚一起存在的这种系统的依赖性增加。对于一个系统（例如，RVC系统）来影响或受到另一系统（例如，电动车辆牵引电动机或电座椅机构）的影响是不可接受的，当时都是通过。为此，重要的是在选择之前考虑链接技术的排放和免疫表现至关重要。

为了确保内部或外部侵略者不会干扰车辆中的系统，汽车制造商将对所有系统测试到其特定的EMC标准。这些测试首先在系统级完成（例如，后视相机或环绕式系统）。这种测试昂贵，耗时和具有挑战性，但确保在集成到车辆之前，每个模块具有高水平的鲁棒性。一旦系统级测试已成功完成，汽车制造商也必须通过测试通过高功率辐射信号（辐射免疫）轰击时的系统操作能力来验证车辆中的系统操作和性能。制造商还将测量车辆中所有天线的接收带（例如，FM，GPS，蜂窝，Wi-Fi等）以确保不存在干扰信号。解决车辆水平的EMC问题可能是昂贵且耗时的。

其他需求

除了已经概述的要求外，其他需求的无数指导指导选择相机链路技术，例如控制信道可用性，像素精度和ASIL评级。

选择相机链接技术

设计摄像机系统时的相机链路技术的选择受到多种因素的影响。相机链路技术的选择也影响了集成的车辆的若干方面。在SD Video Technologies上建立的传统RVC系统提供了汽车OEM的一种极其可靠且经济高效的方法，用于在车内传输视频。然而，近年来，消费者趋势已经出现在较大的显示器上越来越少，在较大的显示器上越来越少。立法发展和消费者的期望也结合在一起，继续增加每辆新车辆中的摄像机数量。

这些趋势和发展担任了几种相机链路技术的出现，这些技术在当今在当今的汽车上使用的汽车相机系统的频谱。Camera Link Technologies今天仍然是SD视频技术（例如，CVBS）在传统的SD RVC系统中经过验证，通过高清模拟链接技术，高清数字链路技术。

SD视频技术只能实现低带宽应用，但相反需要非常有效的电缆和连接器。数字链路技术使高带宽应用能够提供高效益，如像素精度，但通常需要更昂贵的电缆和连接器。高清模拟链接技术如汽车相机巴士（C²b）在两种上述方法之间提供妥协 - 在经济高效的电缆和连接器上传送符合EMC标准的高清视频。

高清模拟相机链接技术

使用高清模拟视频传输技术C的一个优点²B是它们从一开始就设计为汽车摄像机链路。C²B通过非屏蔽双绞线（UTP）电缆和非屏蔽连接器支持高清视频。这使得可以从SD升级到高清摄像机，而无需更改现有电缆和连接器基础架构。

C²B通过最多2 mmixel（1920×1080）的分辨率，支持从发射器到接收器的HD视频传输HD视频。它旨在利用传统上用于SD视频系统的UTP电缆和连接器的最大带宽容量，并允许在没有重传的情况下使用最多30米的电缆长度。确保c²B符合所有汽车要求，它利用特征对EMC的几种优化，包括优化的信号结构，抗锯齿滤波器和光谱整形滤波器。

C²B具有控制通道，可以处理高达400 kHz的I2C信号的传输，最多四个GPIO信号，以及来自相机模块的中断信号。这便于系统架构，不仅包括在CAMER模块中包括微控制器单元（MCU）的本地配置以及ECU / Hubut中的MCU，也使用ECU / HU中的MCU配置远程配置，配置相机模块。四个GPIO用于传输C的静态信号²B链接。提供两个中断信号以允许c²B变送器将状态信息通信给C²B接收器。C²b将CRC检查应用于控制信道数据，如果发生问题，可以自动启动重传。

图2. C.²B架构概述。（资料来源：模拟设备）

C²b支持汽车客户的价值添加功能，如电缆诊断（在电缆短路的情况下收集的信息和短到地面事件）和帧计数收集，发电，解码和传输，以了解洞察的完整性传输数据。

为汽车应用程序定义和设计，C²B采用多个块以确保EMC符合低成本UTP电缆和低成本的非屏蔽连接器。这些包括阻抗失配的回声消除，宽带共模抑制（使用UTP电缆时的重要）和输出信号的频谱整形以提供减少的排放。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第5级[排放]，ISO 11452-2 / ISO 11452-4 / ISO 11452-9，ISO 7637-3 [免疫力]，ISO 10605 [ESD]）。

这些功能使c²B有吸引力的两种汽车制造商解决方案：那些仍在使用SD摄像机解决方案的人，正在寻求低风险升级路径，以及已经转换为基于数字链路技术的相机解决方案的人，并正在寻求降低成本降低路径高清模拟链接技术。

C的应用空间²B通过替代技术提供显着的系统成本优势，包括后视摄像机，环绕式摄像机系统，电子镜和乘员监控系统。独立验证的视觉无损性质²B可以为数字链路技术提供类似的高清性能，同时提供显着的系统级成本节约。
图3.视频帧捕获数字链路与A C的比较²B链接。（资料来源：模拟设备）
图4.视频帧捕获数字链路与C的视频帧比较²B链接。（资料来源：模拟设备）

C²B使汽车制造商能够将现有的SD摄像机升级到高清或促进系统使用数字链路技术迁移系统以降低系统成本。与C的评估板²B变送器（Adv7992.）和C.²B接收器（Adv7382./Adv7383.），例如可从中获得模拟设备，OEM可以加速技术调查和系统原型设计。在系统原型期间，C²B变送器评估板可用作C.²B源代码如果开发接收器，而C²B接收器评估板可用作C.²如果开发相机，就会接收。