In modernen Autos befinden sich immer mehr Kameras, sei es für videobasierte Fahrassistenzsysteme wie Spurhalte- und Spurwechselassistent, Notbremsassistent und adaptive Geschwindigkeitsregelung, oder für Rückfahrmonitor und virtueller Vogelperspektive. Damit wächst auch die Zahl der nötigen Signalleitungen und Eingänge der Steuergeräte. Um Videolösungen auch in preiswertere Fahrzeuge einführen zu können, setzen OEMs hier auf analoge Kameras und Displays. Intersil bedient diesen Markt mit einem Multiplex-Baustein, der die Komplexität und damit die Systemkosten senken soll.

Automotive Driver Assistance Systems (ADAS) beinhalten immer mehr Sicherheitsfunktionen.

Automotive Driver Assistance Systems (ADAS) beinhalten immer mehr Sicherheitsfunktionen.Intersil

Laut einer Studie des „US Insurance Institute of Highway Safety“ würde die Zahl der Unfalltoten innerhalb von drei Jahren um mehr als ein Drittel sinken, wenn alle Neuwagen mit aktueller Sicherheitstechnik ausgestattet wären. Der technische Fortschritt hat die Unfallzahlen mit Todesfolge bereits erheblich verringert. Für die Fahrzeughersteller ergibt sich damit ein positiver Geschäftszyklus – sie haben gute Gründe, die Fahrer davon zu überzeugen, dass sie sich ein neues Auto besser früher als später anschaffen sollten.

Eine der interessantesten und am schnellsten wachsenden Sicherheitsanwendungen sind Fahrerassistenzsysteme. Sie kombinieren Sensoren, Kameras und Displays, um dem Fahrer eine bessere Übersicht zu ermöglichen, und sie reagieren auch auf gefährliche Situationen, wenn der Fahrer abgelenkt ist.

Eck-Daten

Der im TW9984 enthaltene Video-Decoder übersetzt vier analoge FBAS-Kanäle in ein digitales Component-YCbCr-Signal. Jeder Eingangskanal (wahlweise differenziell oder single-ended) enthält einen NTSC/PAL-Video-Decoder bestehend aus 10-Bit-A/D-Wandler und 4H-Kammfilter zur Bildaufbereitung. Der digitale Ausgang ist konfigurierbar als Standard-ITU-R-BT.656 oder Zeitmultiplex für zwei oder vier Kanäle und kann optional im Video-Encoder des TW9984 als FBAS zurückgewandelt werden.

Rückfahrkamera und Bildanzeige sind mittlerweile Grundausstattung in Fahrzeugen der Mittel- und Oberklasse. Sie vermeiden uneinsehbare Bereiche und tote Winkel und senken damit das Unfallrisiko. Die US National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) schätzt, dass Rückfahrkameras die Zahl der Todesfälle beim Rückwärtsfahren um mehr als 50 % verringern könnten. Für US-Neufahrzeuge ab dem Jahr 2018 hat die US-Regierung nun diese Sicherheitsanforderung vorgeschrieben. Ähnliche Bestimmungen sollen auch in Europa und Asien folgen. Die meisten Fahrzeughersteller verbauen Kamerasysteme bereits in zahlreiche Modelle.

Entwicklungsfragen

Wenn Kamerasysteme zur Grundausstattung werden, sind Kosten und Zuverlässigkeit zwei wichtige Entwicklungskriterien für Autohersteller und Zulieferer. Zu den zwei wesentlichen Kostenpunkten zählen Kamera und Display. Erste Umsetzungen zur Bilddarstellung basierten auf einem einfachen Display im Rückspiegel. Mit dem Aufkommen der Navigationssysteme in den Mittelkonsolen, haben sich dort integrierte Displays etabliert. Erste Entwicklungen nutzten zur Bilddatenaufbereitung den Hauptprozessor des Infotainment-Subsystems. Diese fortschrittlichen SoCs (System-on-Chip) waren allerdings nicht zuverlässig genug, da der langsame Boot-Vorgang insbesondere unmittelbar nach dem Fahrzeugstart zu einer verzögerten Bilddarstellung der Rückfahrkamera führte.

Der LCD-Videoprozessor TW8834 erhöht die Fahrzeugsicherheit und erweitert die Anzeigeeinheit um die Darstellung weiterer Videoquellen.

Der LCD-Videoprozessor TW8834 erhöht die Fahrzeugsicherheit und erweitert die Anzeigeeinheit um die Darstellung weiterer Videoquellen.Intersil

Mit zunehmendem Systemumfang steigt die Auslastung des SoC auf Kosten einer flüssigen Datenverarbeitung. Alternativ kann eine Einheit aus festverdrahtetem Video-Decoder und LCD-Controller den SoC überbrücken und die Bilder der Rückfahrkamera in nahezu Echtzeit auf dem Display anzeigen. Damit ist innerhalb von 500 ms eine zuverlässige Bilddarstellung gewährleistet.

Anzahl der Eingänge reduzieren

Eine weitere Herausforderung stellt die wachsende Zahl von Videoeingängen dar. Die meisten digitalen SoCs haben zwar genügend Leistungsreserven, um diese Daten zu verarbeiten, aber zu wenige Anschlüsse, um jedes Videosignal einzeln zu erfassen. Also gilt es, mehrere Videosignale über einen gemeinsamen Datenbus an den Applikationsprozessor zu senden. Der SoC kann die verschiedenen Videokanäle dann wieder auftrennen und einzeln verarbeiten. Um zusätzliche Videoeingänge verfügbar zu machen, wird das Datenstrom-Multiplexing weiter zunehmen. Ein mehrkanaliger Analog-Video-Decoder beispielsweise verschachtelt mehrere analoge Eingangssignale in ein digitales Ausgangssignal.

Diese Analog-Digital-Lösung bietet auch Kostenvorteile, die vor allem bei mehreren Kameras pro Fahrzeug in niedrigere Fahrzeugklassen relevant sind. Hochauflösende Kameras erfordern eine komplexere und teure Datenverarbeitung und Verkabelung, die aber in diesen Fahrzeugklassen nicht kosteneffizient ist. Analogtechnik hingegen bietet alle Funktionen und Zuverlässigkeit zu wesentlich geringeren Kosten.

Der TW9984-Video-Decoder/-Encoder vereint vier analoge Eingangskanäle in einem digitalen Ausgangskanal. Dieser kann extern weiterverarbeitet und optional im selben Baustein als Analogsignal zurückgewandelt werden.

Der TW9984-Video-Decoder/-Encoder vereint vier analoge Eingangskanäle in einem digitalen Ausgangskanal. Dieser kann extern weiterverarbeitet und optional im selben Baustein als Analogsignal zurückgewandelt werden.Intersil

Aus der Vogelperspektive

Während Rückfahrkameras mittlerweile als Selbstverständlichkeit gelten, werden Surround-View-Funktionen immer beliebter. Diese verarbeiten Bilder von bis zu vier Fahrzeugkameras und vereinen sie zu einem 360°-Panorama aus der Vogelperspektive. Der Fahrer sieht damit die Fahrzeugposition in Bezug zur näheren Umgebung und zu Hindernissen, was das Manövrieren und Einparken vereinfacht. Infinity Research prognostiziert für Surround-View eine durchschnittliche Wachstumsrate von 33 % bis zum Jahr 2018.

Dank der Entwicklung von Mehrkanal-Video-Konvertern, speziell für die Surround-View-Einparkhilfe, wurde der Einsatz dieses Systems im Laufe der Zeit immer kostengünstiger und zuverlässiger. Entscheidend für den Einsatz in einem Fahrzeugmodell ist der Integrationsaufwand. Eine Lösung von Intersil unterstützt vier unabhängige Analogkamera-Eingänge gleichzeitig. Jeder Kanal enthält einen hochqualitativen NTSC/PAL Analog-Video-Decoder bestehend aus 10-Bit-A/D-Wandler und 4H-Kammfilter zur Signalaufbereitung. Eine digitale Ausgangsschnittstelle sendet die Bilddaten zu einem externen Prozessor, der die vier Bilder zu einem digitalen Surround-View-Bild kombiniert. Zurückgesendet an den Video-Chip wandelt der integrierte Encoder das kombinierte Bild in ein Standard-Analog-Composite-Signal, das anschließend im Display in der Mittelkonsole zur Anzeige kommt. Die Möglichkeit, differenzielle Analog-Videoeingänge direkt zu empfangen erübrigt einen externen Operationsverstärker in jedem Eingangskanal und verringert die Anzahl an Bauteilen. Der hohe Integrationsgrad vereinfacht das Systemdesign, benötigt weniger Platz auf der Leiterplatte und verringert die Gesamtsystemkosten.

Funktionsblockschaltbild vom Intersil-Videokonverter TW9984.

Funktionsblockschaltbild vom Intersil-Videokonverter TW9984.Intersil

Signalvarianten

Eine weitere Besonderheit des Videokonverters liegt in der Flexibilität der digitalen Ausgangsschnittstelle, die mehrere Konfigurationen unterstützt:

  • Standard-ITU-R-BT.656-Ausgang an vier 8-Bit-Bussen mit 27 MHz
  • Byte-verschachtelter Zeitmultiplex-Ausgang für zwei Kanäle auf einem 8-Bit-Bus mit 54 MHz
  • Byte-verschachtelter Zeitmultiplex-Ausgang für vier Kanäle auf einem 8-Bit-Bus mit 108 MHz

Entwickler können das Videosystem ohne eine Neuentwicklung unterschiedlichsten bestehenden Fahrzeugbordnetzen anpassen. Bei der Auswahl von Videokonvertern sind jene mit Funktionen zur Gebäudeüberwachung nicht empfehlenswert, denn ihnen fehlen spezielle Automotive-Diagnosefunktionen wie Kurzschlusserkennung gegen Batterie und Masse. Zudem bedeuten überflüssige Funktionen unnötige Bauteilmehrkosten.

Ausblick

Fahrzeugsicherheit ist inzwischen ein Auswahlkriterium für Verbraucher beim Autokauf. Damit hat sich auch die Vermarktungsstrategie dieser neuen Funktionen bei den Fahrzeugherstellern geändert. Anstatt Geld für ein besseres Radio oder ein Navigationssystem auszugeben, sind Autofahrer eher bereit, in die Sicherheit zu investieren. Daher rechtfertigen Sicherheitsfunktionen wie die Beseitigung toter Winkel und der Spurhalteassistent bei Automobilhersteller den Einsatz eines zentralen Infotainment-Systems.

Sonderausstattungen für einfache Fahrzeuge konzentrieren sich zunehmend auf bessere Sicht und mehr Bedienungssicherheit. Für die Fahrzeughersteller sind sie zudem ein lukrativeres Geschäft. Für eine Verbesserung und Erweiterung der Sichtbedingungen finden immer mehr Kameras Einzug in unsere Fahrzeuge. Mit der Bereitstellung von zuverlässigen, einfach integrierbaren und kostengünstigen Videolösungen nehmen die Zulieferer Einfluss auf die Weiterentwicklung der nächsten Generation an Fahrassistenzsystemen, auf die Erhöhung der Fahrersicherheit und auf die Bedienung der Kundennachfrage an Fahrzeugen mit neuer Technologie.