汽車攝像頭系統已經取得了很大的進步，從單一后備攝像頭和簡單傳感器檢測物體，發展到了諸如碰撞避免和信號識別等智能駕駛輔助系統。這些系統要求高帶寬、低延時、多攝像頭同步工作和可擴展的特性，而且必須滿足眾多通用的汽車要求，如低成本、少維護、減小重量，且能以用靈活線束實現。

　　這些系統要求是相互關連的。例如，市場上有許多高帶寬解決方案，但沒有哪種能夠同時滿足低延時、多部攝像頭同步工作，且同時低成本的要求。

　　典型的系統

　　典型的駕駛輔助系統包含一個攝像頭控制器，用于連接多個圖像傳感器（攝像頭）。控制器與攝像頭通信以提供配置信息，攝像頭與控制器通信以提供狀態和圖像流數據。控制器接收每個攝像頭發送的圖像流數據，經過處理后確定諸如與目標物體的距離、相對速度和車道信息等參數。實時計算多個相關流對網絡有特殊要求，需要通過設計1394汽車攝像頭系統來滿足。

　　高帶寬

　　有多種因素推動了對高帶寬的需求：例如未壓縮或稍作壓縮的視頻、視頻分辯率、色彩深度和幀速率等因素。在駕駛輔助應用中，視頻一般是未壓縮或稍有壓縮的數據，這主要有兩方面的原因：從圖像傳感器幀捕獲到幀處理開始的延時必須很小，并且可預測；只能容忍非常少（如果有的話）的圖像壓縮。

　　根據系統的不同，視頻分辯率范圍可以從640×480至2048×1536，色彩深度可以從8位至24位，幀速率從15fps至60fps。1394汽車攝像頭系統基于IEEE-1394-2008標準，這個標準支持98.304Mbps至3.932Gbps（S3200），其中983.04Mbps（S800）芯片是目前大批量出貨的產品。獲得更高的速度也不難，因為基于8B10B的技術如今很常見，S1600和S3200設備也已有成功演示。

　　在S800數據速率下，6臺未壓縮640×480@30fps、8位單色攝像頭加上1臺未壓縮640×480@30fps、16位彩色攝像頭用于司機觀察是可行的，剩余還有近200Mbps帶寬用于反向通道或其它網絡設備。

　　在S3200數據速率下，可以有4臺未壓縮2048×1536@30fps、8位單色攝像頭用于專用攝像頭網絡，余下125Mbps帶寬留給反向通道或其它網絡設備。

　　低延時

　　足夠的帶寬可以帶來更低的延時。然而，足夠的帶寬并不會總是能保證低延時。1394標準具有足夠的帶寬發送來自多部攝像頭的未壓縮視頻，可顯著減小延時。另外，1394的同步功能能使每部攝像頭的圖像數據到達攝像頭控制器的時間可被預測，并能保證最大延時為250μs。

　　如果需要少量壓縮，就必須滿足駕駛輔助系統的延時要求。安全至關重要的應用只能容忍從傳感器幀捕獲到幀處理開始（從編碼到解碼）間存在很短的延時。對于安全至關重要的應用來說，這是最嚴格的參數，可以容忍的最大延時為5ms。最大延時為250μs的1394汽車攝像頭系統加上富士通的SmartCodec可以提供4倍壓縮和5ms的編碼至解碼延時。

　　這意味著在S3200速率時，1394可以支持兩臺最大分辯率、幀速率和色彩深度的攝像頭（2048×1526@60fps和24位色彩），并具有足夠的帶寬支持6部有壓縮的1024×768@30fps和16位色彩攝像頭，同時所有攝像頭的最大延時保證在5ms以內。

　　多部攝像頭同步工作

　　從攝像頭發出的圖像以每秒8000次的實時速度形成數據流。在每個125μs間隔之前，一個40ns分辯率的時間戳數據包被廣播到所有設備，實現所有設備的再同步。這個時間戳是硬件產生的，不受非1394系統加載的影響，因此能實現高精度的三角計算。40ns分辯率的時間戳加上VersaPHY遠端傳感器配置可支持高精度“預見型”攝像頭觸發器，用于實現像素和線的精確同步，并且延時遠小于通常要求的10μs。

　　可擴展性

　　可擴展性對不同的工程師有不同的含義。1394汽車攝像頭系統覆蓋了從數據速率到拓撲結構到電纜到協議到系統的所有對象。1394規范幾乎在每個方向都能擴展：

　　數據速率：98.304Mbps（S100）至3.932Gbps（S3200）

　　拓撲結構：支持點到點，菊花鏈，樹狀和環狀（環形）拓撲

　　線纜：1394的媒介層支持銅纜、塑料光纖、鎧裝塑料光纖和玻璃光纖。

　　協議：IEEE-1394是一種功能強大的傳輸協議，支持本地攝像頭、音視頻設備、大容量存儲器和VersaPHY配置以及互聯網協議。IEEE-1394同時支持存儲器映射（對大容量存儲器來說非常有效）和通道架構（對音/視頻數據流來說非常有效）。

　　系統：1394汽車攝像頭系統的成本從簡單的點到點攝像頭和顯示器到復雜的用相同硬件實現的多攝像頭駕駛輔助系統變化很大。

　　1394汽車攝像機系統。

　　靈活的線束

　　IEEE-1394是一種對等網絡，支持點到點、菊花鏈、樹和環形拓撲。另外，1394汽車攝像頭系統支持多種媒介類型，如屏蔽雙絞線、屏蔽四絞線、同軸線纜和塑料光纖。1394汽車攝像頭系統的工作距離至少8米，并支持5個內聯連接。所有這些靈活性給攝像頭系統設計者提供了功能強大的工具，可形成最強功能、重量輕和極具成本效益的駕駛輔助網絡線束方案。

　　無需要軟件

　　汽車實現變化很大，從簡單攝像頭到通過連接著攝像頭控制器的多臺攝像頭的顯示應用，并且這些控制器上運行著復雜的碰撞檢測算法。1394汽車攝像頭系統使用1394同步數據流功能，支持在網絡總線架構上實現簡單的點到點模擬類連接。這種簡單性基于1394的同步數據流架構，可以百分之百用硬件實現。這意味著來自傳感器的視頻放到總線上以及從總線上接收、顯示或處理都不需要1394軟件的參與。這樣就極大地簡化了攝像頭設計，因為這些攝像頭無需軟件或處理器就能使用。

　　另外，在1394中新增VersaPHY后允許攝像頭在內部沒有軟件、控制器中只有少量簡單軟件的情況下受控。對于像單個攝像頭到顯示器這樣的應用，在攝像頭或顯示器中要求絕對沒有軟件。

　　降低成本

　　成本非常關鍵——1394汽車攝像頭系統在成本方面具有很大的優勢。S800 1394芯片已經非常普及，并且可以使用在許多其它大批量應用中使用的主流Serdes技術擴展到S3200，從而允許1394 汽車攝像頭系統進一步擴展，以簡單和極具成本效益的方式提供更大的帶寬。

　　如上所述，未壓縮視頻的最差延時是250μs，這意味著攝像機只需緩沖最大250μs的數據。有限的緩存要求減少了芯片門數量，使得單芯片1394解決方案和雙芯片、傳感器和1394、攝像頭實現具有無與倫比的成本效益。

　　雖然其它技術經常要求獨立的觸發或時鐘信號來觸發和/或同步網絡上的設備，但1394數據流設備的同步是架構的基礎，是用硬件實現的，因此1394 汽車攝像頭系統無需額外成本就能實現這個功能。

　　因為1394汽車攝像頭系統有多種擴展方式，汽車制造商可以為大多數型號選擇1394，從而提高產量、降低成本。從點到點拓撲到大型攝像頭網絡，1394都能輕松應對。

　　線束策略在降低實現成本過程中也很重要，實現了對多種媒介類型和拓撲安排的最大化支持。這種靈活性允許汽車制造商選擇能夠滿足系統級成本目標的媒介，并在性能、可擴展性和重量等各個方面取得平衡。

　　因為視頻流是1394的基本特性，這樣做的成本是最小的。從降低的硅片成本到非常低的管理開銷，1394成本可媲美點到點解決方案，卻能提供網絡技術的全部優點。

　　小結：1394汽車攝像頭系統可以提供汽車應用需要的所有特性和功能，同時保持極具競爭力的價格優勢。

　　作者：Richard Mourn

　　作者簡介：Aztek公司的Richard Mourn是1394行業協會副主席，也是火線原始開發人員之一。