高速數(shù)據(jù)保障交通安全(II)—逆視頻通道數(shù)據(jù)方向驅(qū)動控制數(shù)據(jù)

作者：Andy McLean

在本博客的第1 部分，我們解決了汽車系統(tǒng)設(shè)計人員在實施視覺安全系統(tǒng)時的部分設(shè)計挑戰(zhàn)。我們將在這個部分詳細(xì)討論逆視頻通道數(shù)據(jù)方向驅(qū)動控制數(shù)據(jù)的選項。

隨著汽車中所使用的顯示器、攝像頭和傳感器數(shù)量的倍增，這些模塊與主機(jī)設(shè)備之間所需的連接數(shù)量也在不斷增加。線束內(nèi)每增加一條線纜，都會增加成本和重量，影響生產(chǎn)裝配成本與可靠性。然而還有個不太明顯的問題，那就是隨著視頻鏈路數(shù)量的增長，用于控制和更新攝像頭及顯示器的數(shù)據(jù)連接數(shù)量也在增加。例如，在初始化及工作過程中，主機(jī)設(shè)備經(jīng)常向攝像頭發(fā)送控制設(shè)置信息。駕駛室內(nèi)基于駕駛員設(shè)置或傳感器的中央控制器可自動調(diào)整亮度和背景照明設(shè)置。

另一個實例是提供觸摸屏顯示器，其中的位置或多觸摸信息需要發(fā)送回中央單元。關(guān)鍵點在于控制數(shù)據(jù)傳輸方向與視頻數(shù)據(jù)流傳輸方向相反。

要實施這種控制通道，標(biāo)準(zhǔn)方法是分別運行與視頻鏈路并行的控制線路 — 從攝像頭到主機(jī)設(shè)備或從主機(jī)設(shè)備到顯示屏。設(shè)計挑戰(zhàn)在于如何更高效地利用已有線路及連接器充分滿足視頻、控制與數(shù)據(jù)信號的需求。

想象一下在高速公路上逆行開車而且不會撞到對面來車的這種情形。這并不是建議使用碰撞避免系統(tǒng)，而是一個比喻，用來形容提供數(shù)據(jù)流方向與主要高速視頻數(shù)據(jù)方向相反的控制路徑所面臨的挑戰(zhàn)。如前文所述，理想的解決方案是只使用現(xiàn)有配線提供這種控制通道，而且實際上可采用好幾種方法實施。

顯示器傾向于利用源自老 CRT 顯示器時代的視頻消隱期來發(fā)送非視頻數(shù)據(jù)。CRT 顯示器要求將消隱期添加到每個有源視頻線路和區(qū)域的末端，以實現(xiàn)波束的“反激”時間。經(jīng)過多年發(fā)展，創(chuàng)意視頻系統(tǒng)設(shè)計人員現(xiàn)已利用消隱期傳輸字幕文本或視頻時間代碼等信息。

圖1.在視頻消隱期實施的控制通道

LCD 等較新的顯示技術(shù)一直保留著消隱期，盡管它們確實已不再需要了。圖 1 是利用視頻消隱期發(fā)送控制信息的方法，但是所傳輸數(shù)據(jù)的量局限于消隱期的長度和頻率。如果支持 30Hz 典型幀速率的系統(tǒng)只使用垂直消隱期，這就特別有局限性。此外，業(yè)界還有一種趨勢是大幅消除這一浪費的開銷，因為這將對功耗和像素時鐘速率產(chǎn)生直接影響。

這種方法的其它不足還在于控制數(shù)據(jù)必須排隊等待傳輸。所產(chǎn)生的延遲會導(dǎo)致無法確定的時延，這對很多應(yīng)用來說是無法接受的，例如需要微秒級響應(yīng)時間的碰撞避免系統(tǒng)。此外，這也會限制控制數(shù)據(jù)的精確定時具有相關(guān)性的應(yīng)用。例如，要使用這種方法同步多攝像頭系統(tǒng)就是一個挑戰(zhàn)。

圖2 使用視頻數(shù)據(jù)共模調(diào)制實施的控制通道

另一種方法利用的是主視頻通道中信號的差分屬性，如圖 2 所示。控制數(shù)據(jù)可作為數(shù)字化視頻信號的共模調(diào)制信號有效耦合在線纜中，但這可帶來基本的 EMI 問題。汽車應(yīng)用還可實施非常嚴(yán)格的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，以避免電子子系統(tǒng)之間的干擾。還記得為最大限度降低 EMI 所做的良好工作（將差分信號發(fā)送與數(shù)據(jù)隨機(jī)化、解擾以及 DC 均衡配合使用，以避免任何殘留共模信號）嗎？故意引入作為傳輸控制數(shù)據(jù)方法的共模信號將大幅抵消所做的良好工作。因此這種方法顯然又是一個死胡同。

德州儀器 (TI) FPD-Link III 串行解串器芯片組可使用完全不同的方法克服以上方法的局限性。FPD-Link III 技術(shù)可通過單條線路對或同軸線纜同時傳輸高速視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。雙向控制通道可在傳輸視頻與音頻數(shù)據(jù)的同時繼續(xù)運行。串行器及解串器中的接收器可從反向傳輸（接收器至發(fā)送器）的較低速數(shù)據(jù)中將正向（發(fā)送器到接收器）通道數(shù)據(jù)分離出來。這種方法的實現(xiàn)主要基于所傳送數(shù)據(jù)與混合數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。點擊這里，了解有關(guān)串行解串器芯片組的更多詳情。

原文請參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2013/11/01/driving-high-speed-data-against-the-traffic-part-2.aspx

審核編輯：符乾江