車載向け カメラ・リンク技術の課題とソリューション

Technical Article 車載向け カメラ・リンク技術の課題と ソリューション Joe Triggs、アプリケーション・マネージャ Derek Burke、 アプリケーション・マネージャ 様々な車載アプリケーションが登場する中、カメラ・システムや までサイド・ミラーなどが果たしていた機能をカメラが担うこと カメラ・リンク技術の導入が進み、運転者を支援し、運転満足度 で、自動車の輪郭を再構成することも可能となりました。 の向上が図られています。搭載カメラがたった1台の従来のリア 図に示したようなカメラを様々に配置したアプリケーションの多 ビュー・カメラ（RVC）システムは、今日、最低でも4台のカメ くは、今日なお多くの車に搭載されている標準解像度（SD）の ラを搭載し、自動車の周囲を360º見渡すことのできるサラウン RVCシステムを共通の起源としています。SDカメラ・システム ドビュー・システム（SVS）に取って代わりつつあります。ドラ は、10年以上前から車載アプリケーションに慣習的に導入され イブ・レコーダやブラインド・スポットのモニタリング、ナイト・ ており、法的条件や顧客の要望に応じて高級車をはじめ様々な ビジョン、道路標識認識、レーン・ディパーチャ・モニタ、アダ 車種に搭載されています。SDビデオ・ソリューションは、車載 プティブ・クルーズ・コントロール、エマージェンシ・ブレーキ OEMに多大な恩恵をもたらしました。すなわち、テレビ放送業 ング、低速衝突回避システムといったすべての機能が、運転者の 界で長年実績を収めた成熟技術であることから低リスクであるこ 負荷軽減に役立っています。運転満足度を向上させる目的でも、 と。また狭い帯域幅しか必要としないため、エミッションの抑制 カメラの搭載が進み、運転者のバイタル・サイン・モニタリング、 が維持された安価なケーブルやコネクタを使用できること。そし 乗員検知、ジェスチャ認識といった、ヒューマン・マシン・イン て不安定になりがちなビデオ入力処理に、実績があるビデオ・エ ターフェース（HMI）の様々なアプリケーションに導入されてい ンコーダおよびデコーダが豊富に揃っていることなどです。 ます。カメラ・システムの開発により、自動車メーカーは、これ Side-View SVM Camera Wing-Mirror Replacement Blind Spot Monitor Drive Recording Gesture Rear-View RecognitionOccupant Front-View Front-View ADAS CameraSVM Camera Sensing SVM Camera Road Sign RecognitionRear View Camera Driver Monitoring Night Vision Wing-Mirror Replacement Blind Spot Monitor Side-View SVM Camera 図1　最新の自動車におけるカメラの普及 VISIT ANALOG.COM/JP

今日、民生機器において超高解像度（UHD）ディスプレイが普 カメラを設置するアプリケーション（SVMシステムのドアやRVC 及したことで、あらゆるタイプの車に、大型で高解像度のディス およびSVMシステムのトランク・リッドなど）では、開閉サイク プレイを搭載したいという要求が高まっています。小型のディス ルに耐久性のあるケーブルが不可欠です。ケーブルが過酷な環境 プレイにはSDビデオ・ソリューションで十分かもしれませんが、 にさらされるおそれのあるアプリケーションでは、耐水性が求め 大型ディスプレイでは、SDビデオの欠点（SDビデオの帯域幅 られることがあります。 制限により高周波成分がなくなることで精細さが損なわれたり、 選択するカメラ・リンク技術やケーブルの種類に関わらず、ケー 変調信号において輝度信号と色信号を互いに分離する際にクロス ブルはセンチメートル単位でコストが増し、ハーネスのコスト全 カラー妨害が発生する等）が消費者に簡単に認識されてしまいま 体を照合すると、ハーネスが車で最も高価な3つの要素のうちの す。ディスプレイの大型化が求められる中で、車載OEMはその 1つとなる場合があります。 カメラ構成の残りの部分をアップグレードして解像度を高めると いう課題に迫られています。この課題に対処するために必要とな 従来のSDビデオ・ソリューションでは狭い帯域幅しか必要とし る1つの主要な構成要素が、画像データをカメラから受信ユニッ ないため、極めてコスト効率が高く、軽量のケーブルを使用する ト（ECUやディスプレイなど）に転送するために選択されるカメ ことができます。SDビデオ・ソリューションでは、多くの場合、 ラ・リンク技術です。 CANなどの低速コントロール・リンクで一般に使用されている ケーブルに類似したシールドなしツイスト・ペア（UTP）ケーブ アプリケーションに対応する新しいカメラ・リンク技術を選択す ルが使用されています。 る際に最初に考慮すべき特性は、必要な帯域幅です。カメラ・シ ステムは帯域幅条件によって様々なものがあります。SDビデオ の解像度を使用した従来のRVCシステムで必要となるのは、狭 コネクタ い帯域幅（6MHzなど）です。一般に低速で使用されるSVMシ もう1つ重要な要素として、ワイヤ・ハーネスとモジュールを連 ステムでは、1コマの時間を長くするため低い更新レート（30Hz 結するための電気コネクタがあります。このコネクタは、ハーネ など）を使用します。これにより、必要な帯域幅を制限できます。 スをコントロール・モジュールやセンサー、モータなどに接続す 車の動作速度の全範囲で動作するサイド・ミラーの代替システム るだけでなく、ハーネス内の他の部分同士を同一のケーブルで接 では、より速い更新レート（60Hz以上など）を使用して、遅延 続するのにも使用されています（インライン・コネクタ）。インラ を最小限に抑えています。このシステムでは、帯域幅を増加させ イン・コネクタは、ハーネスの組立て、取付け、保守を簡素化す る必要があります。自動運転用のフロント・カメラは、超高解像 るために自動車業界で広く使用されています。例えば、カメラの 度（18Mピクセル以上など）が要求されるため、非常に広い帯 すぐ近くにインライン・コネクタを使用すれば、カメラが損傷し 域幅が必要です。多くのカメラ・リンク技術が存在し、広範囲に た場合に、自動車のワイヤ・ハーネスのそれ以外の部分にはほと わたる帯域幅を提供しています。どのカメラ・リンク技術を選択 んど影響を与えずにカメラを交換できます。 するかが、カメラ・システムはもとより自動車全体の様々な側面 上述のケーブルの選択と同様、コネクタの選択もカメラ・システ に影響を及ぼし、またカメラ・システム自体によってカメラ・リ ム全体のコストを決定する重要な要素となる場合があります。高 ンク技術が影響を受けることになります。 解像度のシステムでは一般に、より広い帯域を通すコネクタを必 要とするため、コストが上昇します。 画質 コネクタに関する他の考慮事項として、PCBおよびECU表面の カメラ・リンク技術によって実現できる画質は、アーキテクチャ コネクタのフットプリント、コネクタを密封する必要性の有無、 設計において重要な要素です。十分な帯域幅を確保できないカメ カラー・コーディング／キーイングする必要性の有無があります。 ラ・リンク技術を通してビデオ・データを送ると、画像の完全性 が失われたり、完全に画像が損なわれたりする可能性があります。 従来のSDビデオ・ソリューションでは、カメラとECUの両方、 カメラ・リンク技術に起因する画質の劣化は、画像鮮鋭度やダイ またはヘッド・ユニット（HU）にコスト効率の高いコネクタ・ソ ナミック・レンジなどの要素を測定することで評価できます。 リューションを使用できます。例えば、SDビデオを用いたRVC システムのビデオ信号は、多くの場合、マルチピン・コネクタ上 ケーブルの特性 の他の信号（コントロール・ネットワーク、必要な電源信号など） 現代の自動車のケーブル・アセンブリ（ワイヤ・ハーネス）は、 と共にECUまたはHUに配線されています。一方、デジタル・リ 全体として非常に複雑で、重く、取り付けが面倒なコンポーネン ンクでは一般に専用コネクタが必要であるため、ECU上でPCB トの1つです。標準の車でさえも配線は優に1kmを超えるため、 および実装方法に制約がかかります。 ハーネスは考慮すべき重大事項となってきます。最優先事項とし て、より広い帯域幅が求められるアプリケーション（自動運転車 車両アーキテクチャ 用の超高解像度のフロント・カメラなど）では、重量のある高品 関連する車両アーキテクチャは、適切なカメラ・リンク技術を選 質のケーブルが必要です。内燃機関自動車、電気自動車の区別な 択するうえで様々な影響を及ぼす可能性があります。標準的な自 く走行可能距離を延ばす努力がなされ、自動車の軽量化と効率化 動車のケーブル長は、一般に数メートルにも及ぶことがあり、消 に焦点が当てられている今日、ケーブルの重量は厳しく精査すべ 費者が大型のスポーツ用多目的車を求める傾向と相まって、ケー き項目として浮上しています。車内に複雑な配線を通す必要のあ ブル長は更に長くなってきています。トレーラが上手くバックで るアプリケーションでは、ケーブルが対応可能な曲げ半径が重要 きるように支援するトレーラ・リバース・アシスタンスなどの付 となる場合があります。ちょうつがいで連結されたボディ部分に 加機能を搭載した車両アーキテクチャでは、新たにケーブル長の 2 車載向けカメラ・リンク技術の課題とソリューション

課題が発生する可能性があります。商用車では、カメラ・システ 他の条件 ムによってケーブルが最大長で張り巡らされるというアーキテク 既に概説した条件に加え、おびただしい数の要求事項がコントロー チャ上の課題も存在します。ほとんどのカメラ・リンク技術はこ ル・チャンネルの可用性、画素の精度、ASIL定格といったカメラ・ れらすべての車両アーキテクチャや装備に対応できますが、カメ リンク技術の選択に影響を及ぼします。 ラ・リンク技術の中には長いケーブル長に対応するために、リピー タやレトランスミッタといったモジュールを付加する必要がある ここまでのまとめ ものもあります。 カメラ・システムの設計時には、多くの要因がカメラ・リンク技 術の選択に影響を及ぼします。逆に、選択したカメラ・リンク技 EMC 術によって、この技術が搭載された車のいくつかの側面が影響を ケーブルは車両においてアンテナとなって有害な影響を及ぼすお 受けます。SDビデオ技術で構成された従来のRVCシステムを用 それがあるため、ケーブル・ソリューションの電磁エミッション いた場合、車載OEMは車内のビデオ転送において、極めて信頼 およびイミュニティ耐性もまた、カメラ・リンク技術の選択過程 性が高く、コスト効率の高い方法を実現できました。しかしなが において重要な要素になります。車内に搭載される電気電子機器 ら最近の消費者動向から、SDビデオ・システムは大型のディス が普及したことより、このような機器との共存・両立が可能なシ プレイでは次第に受け入れられなくなってきています。更に、法 ステムへの依存度が増しています。2つのシステムが動作してい 的整備や消費者の要望と相まって、新車1台に搭載されるカメラ るとき、一方のシステム（RVCシステムなど）と、もう一方のシ 台数は増加の一途をたどっています。 ステム（電気自動車のトラクション・モータや電動椅子機構など） このような情勢が、今日、あらゆる車載カメラ・システムに対応 が互いに影響を及ぼすことは許されません。このため、リンク技 するいくつものカメラ・リンク技術が出現してきた背景となって 術のソリューションでは、選択に先立って、それらのエミッショ います。カメラ・リンク技術は、従来のSD RVCシステムで実績 ンとイミュニティの性能を考慮に入れる必要があります。 あるSDビデオ技術（CVBSなど）が今なお使用されていますが、 内部または外部からの障害波が車内のシステムに干渉しないこと 高解像度のアナログ・リンク技術から高解像度のデジタル・リン を確認するため、自動車メーカーは特定のEMC規格に対して全 ク技術へと範囲が広がっています。 システムをテストしています。このようなテストは、まずシステ SDビデオ技術では、狭帯域幅のアプリケーションしか実現でき ム・レベル（リアビュー・カメラまたはサラウンドビュー・シス ませんが、コスト効率の高いケーブルとコネクタを使用できます。 テムなど）で行われます。このテストにはコストと時間がかかり、 デジタル・リンク技術では、広帯域幅のアプリケーションを実現 難易度も高いものになりますが、各モジュールは自動車に搭載さ でき、画素の精度などで有利である反面、一般に高価なケーブル れる前に、高いレベルの耐性を確実に持つことができます。シス とコネクタが必要になります。高解像度のアナログ・リンク技術 テム・レベルのテストに合格すると、自動車メーカーは高出力の を用いると、上述の2つのソリューションの折衷案をとることが 放射信号を照射時のシステムの動作をテストすることによって、 でき、コスト効率の高いケーブルとコネクタによって高解像度ビ 車内でのシステムの動作と性能を検証する必要があります（放 デオを伝送することができます。 射イミュニティ）。メーカーは、干渉信号が存在しないことを確 認するため、車内のすべてのアンテナが受信する（FM、GPS、 C2B™は、このような高解像度のアナログ・リンク技術の1つで、 セルラ、Wi-Fiなどの）帯域も測定しています。自動車レベルで コスト効率の高いケーブルとコネクタを使用しながら、EMC準 EMC問題を解決するには、コストと時間がかかる可能性があり 拠の高解像度ビデオをサポートするという魅力的な複合ソリュー ます。 ションを車載OEMや一次サプライヤに提供します。 Camera Module Video Channel INT Camera ECU GPI/INT Video (Downstream) Image C2B C2B Sensor ISP Tx Rx GPO GPIO (Bidirectional) SoC I2C I2C (Bidirectional) I2C Interrupt (Downstream) Control Channel 図2　C2Bアーキテクチャ概略図 VISIT ANALOG.COM/JP 3

C2B：車載向けのカメラ・リンク技術 C2Bは、カメラ・モジュールからの最大4本のGPIO信号と割込み C2Bは、アナログ・デバイセズが市場に導入した高解像度アナロ 信号で構成されるI2C信号を、最大400kHzで伝送処理できるコ グ・ビデオ伝送技術です。 ントロール・チャンネルを搭載しています。これによって、局所的 な構成（カメラ・モジュール内のマイクロコントローラ・ユニット C2Bは最初から車載向けのカメラ・リンク技術として立案され、 （MCU）およびECU/HU内のMCU）だけでなく、遠隔の構成（カ 最大2Mピクセル（1920 × 1080）の解像度でトランスミッタか メラ・モジュールを構成するECU/HU内のMCU）でシステムを らレシーバーまでのHDビデオ転送をサポートします。C2Bは、 容易に構成することができます。4本のGPIO信号は、C2Bのリン 以前からSDビデオ・システムに使用されているUTPケーブルと ク全体で静的信号を転送するために使用されます。2本の割込み UTPコネクタが持つ最大帯域幅を使用できるように設計されてい 信号は、C2BトランスミッタがC2Bレシーバーにステータス情報 ます。革新的なイコライザ・アーキテクチャを採用しているため、 を伝送できるように提供されます。C2Bは、コントロール・チャン ケーブル長が最長30mまで再伝送の必要はありません。すべて ネル・データに対してCRCチェックを行い、万一問題が発生した の車載条件を確実に満たせるように、C2BにはEMCに対して様々 場合、自動的に再伝送を開始することができます。 な最適化（信号構成、アンチエイリアス・フィルタ、スペクトル・ シェーピング・フィルタの最適化）が行われています。その上、 C2Bには、ケーブル診断（ケーブルでバッテリへの短絡やグラウ 車載向けサプライヤとして高い評価を得ているアナログ・デバイ ンドへの短絡発生時の情報収集）やデータが正しく伝送されてい セズの強みも備えています。 るかを確認するためのフレーム数の収集、生成、デコーディング、 伝送などの高付加価値機能が、車載関連の顧客向けに追加されて います。 Video Frame Capture, Digital Link (HDMI) Video Frame Capture, C2B Link 図3　デジタル・リンクのビデオ・フレームとC2Bリンクのビデオ・フレームを取り込んだ場合の比較 Video Frame Capture, Digital Link (HDMI) Video Frame Capture, C2B Link 図4　デジタル・リンクのビデオ・フレームとC2Bリンクのビデオ・フレームを取り込んだ場合の比較 4 車載向けカメラ・リンク技術の課題とソリューション

C2Bは、車載アプリケーション向けに規定・立案された技術で、 複数のブロックを使用して、低価格のUTPケーブルと低価格の 著者について シールドなしコネクタに対しEMCコンプライアンスを確保できる Joe Triggs ようにしています。これらのブロックには、インピーダンス・ミ アナログ・デバイセズのオートモーティブ・ビジネス・ユ スマッチに対応するエコー・キャンセレーション、広帯域同相ノ ニットのオートモーティブ・コネクティビティおよびセン イズ除去（UTPケーブル使用時に重要）、エミッションを低減す シング（ACS）グループでアプリケーション・マネージャ る出力信号のスペクトル・シェーピングなどの機能が搭載されて を務める。ACSグループは、C2B、A2B、および、ハンズ います。C2Bは、デバイス・レベルのEMC国際規格およびシステ オン検知やTime of Flightといったアナログ・デバイセズ ム・レベルのEMC国際規格（CISPR25クラス5［エミッション］、 のキャビン・センシング技術をサポートしています。2002 ISO11452-2/ISO11452-4/ISO11452-9、ISO7637-3［イミュニ 年ユニバーシティ・カレッジ・コークで1つめの学位（工 ティ］、ISO10605［ESD］）に準拠しています。 学の学士号）、2004年リムリック大学で工学の修士号を取 これらの特長を有するC2Bは、以下の2つに分類される自動車メー 得。2012年リムリック大学のケミー・ビジネス・スクール カーのいずれにも、魅力的なソリューションとなります。すなわち、 でM.B.A.を取得。 引き続きSDカメラ・ソリューションを使用し、低リスクのアップ 連絡先：joe.triggs@analog.com グレード・パスを求めているメーカーに対しても、また既にデジ タル・リンク技術をベースとするカメラ・ソリューションに切替え Derek Burke 済みで、高解像度のアナログ・リンク技術からのコスト削減方法 アナログ・デバイセズ（アイルランドのリムリック）のIPC を探し求めているメーカーに対しても最適なソリューションと言え ビデオ・プロダクト・グループにてアプリケーション・マ ます。 ネージャを務める。2010年アナログ・デバイセズにシニ C2Bが他の技術と比べて、システム・コストの面で格段の優位性 ア・アプリケーション・エンジニアとして入社し、アナロ を持つアプリケーションとして、リアビュー・カメラ、サラウンド グ、デジタル、およびAPIXビデオ製品におけるオートモー ビュー・カメラ・システム、eミラー、乗員モニタリング・システ ティブ・カスタマ・デザインインをサポート。アナログ・ ムなどがあります。単独で実証されたC2Bが持つ画質劣化のない デバイセズ入社以前は、インテルでプラットフォーム・ア 特性によって、システム・レベルのコストを大幅に削減しつつ、デ プリケーション・エンジニアとして通信プラットフォーム ジタル・リンク技術と同等の高解像度を実現できます。 のサポートに2年間、従事した他、アボセント（エマーソン） でハードウェア・デザイン・エンジニアとして8年間KVM まとめ 拡張システムの開発に従事。リムリック工科大学で電子工 学の学位を取得。 C2Bは、リンク技術の魅力的なソリューションを自動車メーカーに 提供します。この技術を使用すると、既存のSDカメラ・ソリュー 連絡先：derek.burke@analog.com ションからHDカメラ・ソリューションへのアップグレードが容易 になるだけでなく、デジタル・リンク技術を使用するシステムの システム・コストを削減するための移行が容易になります。車載 アナログ・デバイセズのオンライン・サポート・コミュニ アプリケーションに使用可能なC2B技術および製品の詳細につい ティに参加すれば、各種の分野を専門とする技術者との連 ては、analog.com/jp/c2bから入手するか、最寄りのアナログ・ 携を図ることができます。難易度の高い設計上の問題につ デバイセズ販売代理店にお問い合わせください。C2Bトランスミッ いて問い合わせを行ったり、FAQを参照したり、ディス タ（ADV7992）およびC2Bレシーバー（ADV7382/ADV7383） カッションに参加したりすることが可能です。 の評価用ボードは、アナログ・デバイセズから入手可能で、技術 的検討やシステムのプロトタイピングを迅速に進めることができ ます。システムのプロトタイピング中に、レシーバーを開発する 場合は、C2Bトランスミッタの評価用ボードをC2Bのソースとして Visit ez.analog.com 使用できます。また、カメラを開発する場合は、C2Bレシーバー の評価用ボードをC2Bシンクとして使用できます。 ＊英語版技術記事はこちらよりご覧いただけます。 地域ごとの現地法人、販売拠点、お問合せ、技術支援については、 ©2020 Analog Devices, Inc. All rights reserved. VISIT ANALOG.COM/JP analog.com/jp/contactをご覧ください。 本紙記載の商標および登録商標は、各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possible はアナログ・デバイセズの EngineerZoneオンライン・サポート・コミュニティでは、アナログ・ 商標です。 デバイセズの専門家に高度な質問を投げかけることや、FAQの閲覧、 議論への参加などができます。 ez.analog.comにアクセス TA21993-4/20