기술기고문
C²B: 자동차 애플리케이션을 위한 새로운 자동차 카메라 링크
C²B: 자동차 애플리케이션을 위한 새로운 자동차 카메라 링크
자율 주행차가 대중화의 길로 거침없이 질주할수록 점점 더 많은 자동차 센서가 사용되어야 하는 필요성 또한 명백해지고 있다. 카메라는 자율 주행차의 발전을 돕는 데 필요한 핵심 센서 중 하나이다. 카메라를 활용하는 새로운 애플리케이션이 속속 등장하고 있으며, 그에 따라 자동차에 탑재되는 카메라 수 역시 빠르게 증가하고 있다. 이와 함께 카메라 기반 애플리케이션이 일부 프리미엄 자동차 시장에서 대량 표준 자동차 시장으로 확대되면서 카메라 애플리케이션의 채택은 꾸준히 증가하고 있다. 그림 1은 빠르게 성장하는 자동차 카메라 시장을 나타낸다.
그림 1. 자동차 카메라 시장
이러한 성장 추세는 2025년 이후에도 지속될 것으로 예상되며, 머지않아 최대 20대의 카메라를 지원하는 자동차가 실제로 등장할 것으로 기대된다.
카메라 탑재 수가 늘어나면서 더 높은 카메라 해상도에 대한 요구도 계속되고 있다. 카메라 해상도 증가를 견인하는 요인은 크게 두 가지. 하나는 더 많은 ADAS 기능을 지원해야 하는 필요성이다. ADAS 기능은 더 뛰어나고 정교한 기능을 달성하기 위해 보다 높은 해상도를 필요로 한다. 또 다른 요인은 소비자들이 스마트폰의 고해상 디스플레이에 필적할 만한 탁월한 화질을 요구하기 때문에 더 높은 화질을 표시해야 할 수 있어야 한다는 점이다.
문제는 스마트폰의 수명이 자동차 수명보다 상당히 짧기 때문에, 자동차 메이커는 디스플레이 시스템이 가능한 오랫동안 적합성을 유지하도록 생산 시작 단계에서 최신 디스플레이 기술을 구현할 필요가 있다는 데 있다.
OEM은 사용하는 디스플레이 크기와 해상도를 계속 높이고 있다. 대형 고해상 디스플레이에서 카메라 영상을 표시하는 경우, 기존의 표준 화질(SD) 카메라는 매우 열악한 사용자 경험을 제공하므로 고해상 카메라가 요구된다. 저해상 카메라는 화질이 좋지 않다. 또한 도트 크롤(dot crawl), 색상 누출과 같은 바람직하지 않은 많은 시각적 아티팩트가 발생하므로 SD 카메라를 사용하여 이러한 디스플레이를 구동하는 것은 피해야 한다. 보다 나은 고객 경험을 제공하기 위해서는 고화질(HD) 카메라가 필수이다.
HD 카메라를 추가하는 데에는 비용이 든다. 이러한 비용은 증가하는 센서와 이미지 처리에 머물지 않고, 자동차 하네스에 통합된 구리 배선을 통해 카메라에서부터 처리 장치까지 비디오 데이터를 전송하는 비용도 포함된다. 자동차 카메라 링크를 위한 추가적인 구리 배선은 큰 문제가 아닌 것처럼 보일 수도 있지만, 자동차 하네스는 자동차에서 엔진과 섀시 다음으로 세 번째로 비싼 부품이므로 배선과 커넥터 선택은 자동차 OEM에게 매우 중요하다. 하네스는 한 번에 하나씩 제작되며, 전체 자동차에 들어가는 인건비의 최대 50%를 차지한다. 또한 배선 하네스는 자동차에서 섀시와 엔진에 이어 세 번째로 무거운 부품1 이다. 이러한 배선 하네스를 차량에 삽입하는 일은 추가적인 제조 단계로 인해 비용이 더욱 높아지면서 자동차 생산 라인에서 점점 더 문제가 되고 있다. 뿐만 아니라 전기차 이용이 늘어나고 있는 데다, 전기차에 추가되는 모든 무게는 자동차 주행거리에 직접적인 영향을 미치기 때문에 자동차 무게가 늘어나지 않도록 해야 한다. 새로운 많은 센서들이 속속 등장하는 가운데 2020년에는 자동차 센서가 최대 220억 개에 이를 것이라는 예측이 나오고 있어 이러한 문제는 더욱 악화될 전망이다. 케이블 하네스의 무게와 비용을 줄일 수 있는 모든 기술은 환영받고 자동차 OEM에게 큰 매력을 제공할 수 있다.
이를 해결하기 위해 아나로그디바이스(ADI)는 자동차 카메라 링크만을 위해 최적화된 유일한 기술 중 하나이면서 앞서 언급한 문제들을 해결하는 “C²B™(Car Camera Bus)”라는 새로운 자동차 카메라 링크 기술을 개발했다. C²B는 다음 세 가지 주요 솔루션 정의 기준을 포괄한다.
그림 2. C²B는 카메라 시스템에 많은 장점을 제공한다.
카메라는 자동차에서 가장 높은 데이터 대역폭 센서의 하나이다. 더 높은 해상도의 카메라로 옮겨갈수록 대역폭은 계속 증가한다. 기존 SD 자동차 카메라 링크 솔루션은 비차폐 연선(unshielded twisted pair, UTP) 케이블 및 비차폐 커넥터 같은 낮은 대역폭을 지원하는 인프라를 사용한다. 이것이 가능한 이유는 우선, SD 카메라에 대한 대역폭 요구사항이 HD보다 낮고, 둘째로 NTSC 같은 SD 전송 표준이 다중레벨 전송 방식을 사용함으로써 UTP 케이블 및 커넥터가 지원해야 하는 대역폭을 추가로 감소시키기 때문이다. LVDS라고도 하는 SERDES 같은 솔루션은 UTP보다 훨씬 높은 대역폭을 지원할 수 있는 동축 또는 차폐 연선(STP) 같은 케이블과 커넥터를 사용해야 한다. 그 이유는 현재 SERDES 솔루션이 NRZ(non-return to zero) 신호전송을 사용하고 다중레벨 신호전송을 사용하지 않으므로, 훨씬 높은 케이블 및 커넥터 대역폭 요구사항을 갖기 때문이다. 이러한 고성능, 고대역폭을 지원하는 케이블과 커넥터는 케이블 하네스의 비용과 무게를 증가시킨다.
C²B는 기존 SD UTP 케이블과 커넥터 인프라를 통해 HD 해상도 비디오를 전송할 수 있게 한다. 이를 위해 C²B는 다중레벨 신호전송을 사용하여 고화질 비디오 전송을 위한 대역폭 요구사항을 낮춰준다. 따라서 C²B는 기존 케이블 및 커넥터 인프라를 변경할 필요 없이 SD 카메라에서 HD 카메라로 가장 쉬운 업그레이드 경로를 제공한다. 이는 OEM에게 유용하고 비용효율적이면서 자원이 풍부한 솔루션을 제공한다.
UTP 케이블링을 재사용하는 또 다른 이점은 이렇게 하면 헤드 유닛과 카메라 전자 제어장치(ECU)에서 이미 사용 가능한 다목적 블록 커넥터의 자유 핀에 연결할 수 있다는 점이다. 따라서 SERDES 기술이 필요로 하는 전용 개별 커넥터를 사용하지 않아도 된다. 전용 개별 커넥터는 시스템 솔루션 비용을 늘릴 뿐 아니라, 지금도 이미 공간이 제한적인 헤드 유닛과 카메라 ECU 모듈에서 물리적 공간을 추가로 요구한다.
C²B 전송 형식은 자동차 용례를 위해 강건성을 극대화하도록 선택되었다. 신호전송 방식은 다른 솔루션에 비해 케이블 대역폭 요구사항을 10배 낮춰준다. 또한 이미 현장에서 오랫동안 검증을 거친 기존 인프라를 재사용하기 때문에 새로운 인프라를 위한 요건들을 새롭게 갖출 필요 없이 HD 카메라로 매우 쉽게 업그레이드할 수 있다. 이밖에도 C²B 기술은 최적화된 전송 방식을 채택하므로 더 긴 케이블 길이(최대 30m)를 지원한다. 따라서 OEM은 인프라 설계를 자유롭게 제어할 수 있으며 다른 경쟁 기술들이 안고 있는 설계 제약이 없다.
C²B 전송을 위한 데이터 형식은 기존 케이블 및 커넥터 인프라에 비해 탁월한 비디오 품질과 우수한 EMI/EMC 성능을 제공하도록 선택되었다. HD 비디오 품질은 보다 낮은 대역폭을 지원하는 인프라를 통해 유지되며, 특히 모든 고주파 화질의 세밀한 부분까지 유지하고 탁월한 비디오 경험을 제공하는 데 초점을 맞추고 있다. 탁월한 비디오 품질은 최신 표준에 기반하여 수행된 주요 비디오 품질 테스트에 의해 검증되었다.
다중레벨 신호전송 방식은 저가형 케이블 및 커넥터에서 고해상 카메라를 지원할 수 있는 이점을 제공하지만, 어려움이 없는 것은 아니다. 인프라가 외부 공격자로부터 시스템을 보호하거나, 방출 감쇠를 제공하는 차폐를 갖지 못하는 상태에서 엄격한 자동차 EMI/EMC 요구사항을 만족하려면, 트랜시버 설계가 낮은 방출 프로파일과 높은 내성 성능을 보장하는 것이 매우 중요하다. 자동차 산업용으로 정의되고 설계된 C²B는 처음부터 이러한 요건들에 대처해 왔으며 모든 자동차 EMI/EMC 요건들을 충족할 만큼 놀랍도록 견고하다는 것이 입증되었다.
그림 3. C²B 신호 체인
C²B는 이 외에도 많은 기능을 지원하는데, 여기에는 동일한 UTP 케이블을 통한 측파대 제어 통신(sideband control communication)이 포함된다. 이 기능을 활용하면 카메라 모듈의 원격 구성이 가능해 카메라 설계를 더욱 간소화할 수 있다. C²B는 또한 많은 OEM의 주요 요구사항인 동결 프레임 검출(frozen frame detection) 기능도 제공한다.
그림 4. C²B IC
ADI는 현재 ADV7990, ADV7991, ADV7380, ADV7381을 포함한 C²B 제품들을 생산 중이다.
C²B는 기존 인프라를 통해 NTSC에서 HD 카메라로 손쉽게 업그레이드할 수 있는 최적화된 솔루션을 제공하면서 탁월한 비디오 품질과 견고한 EMI/EMC 성능을 달성한다. 이 새롭고 획기적인 기술은 많은 장점을 제공할 뿐 아니라, 한 대의 자동차 내에서 갈수록 더 많은 수의 카메라를 연결해야 하는 문제를 쉽게 해결할 수 있게 해주는 최적의 시스템 솔루션을 제공한다.
피온 헐리(Fionn Hurley)는 아나로그디바이스(아일랜드 리머릭)의 자동차 캐빈 전장 그룹 마케팅 매니저이며, 2007년에 아나로그디바이스에 입사했다. 이전에는 RF 설계 엔지니어로 근무했다. 아일랜드 코크대학에서 전기전자공학을 전공했다(fionn.hurley@analog.com).
글: 피온 헐리(Fionn Hurley) / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
자율 주행차가 대중화의 길로 거침없이 질주할수록 점점 더 많은 자동차 센서가 사용되어야 하는 필요성 또한 명백해지고 있다. 카메라는 자율 주행차의 발전을 돕는 데 필요한 핵심 센서 중 하나이다. 카메라를 활용하는 새로운 애플리케이션이 속속 등장하고 있으며, 그에 따라 자동차에 탑재되는 카메라 수 역시 빠르게 증가하고 있다. 이와 함께 카메라 기반 애플리케이션이 일부 프리미엄 자동차 시장에서 대량 표준 자동차 시장으로 확대되면서 카메라 애플리케이션의 채택은 꾸준히 증가하고 있다. 그림 1은 빠르게 성장하는 자동차 카메라 시장을 나타낸다.
그림 1. 자동차 카메라 시장
이러한 성장 추세는 2025년 이후에도 지속될 것으로 예상되며, 머지않아 최대 20대의 카메라를 지원하는 자동차가 실제로 등장할 것으로 기대된다.
카메라 탑재 수가 늘어나면서 더 높은 카메라 해상도에 대한 요구도 계속되고 있다. 카메라 해상도 증가를 견인하는 요인은 크게 두 가지. 하나는 더 많은 ADAS 기능을 지원해야 하는 필요성이다. ADAS 기능은 더 뛰어나고 정교한 기능을 달성하기 위해 보다 높은 해상도를 필요로 한다. 또 다른 요인은 소비자들이 스마트폰의 고해상 디스플레이에 필적할 만한 탁월한 화질을 요구하기 때문에 더 높은 화질을 표시해야 할 수 있어야 한다는 점이다.
문제는 스마트폰의 수명이 자동차 수명보다 상당히 짧기 때문에, 자동차 메이커는 디스플레이 시스템이 가능한 오랫동안 적합성을 유지하도록 생산 시작 단계에서 최신 디스플레이 기술을 구현할 필요가 있다는 데 있다.
OEM은 사용하는 디스플레이 크기와 해상도를 계속 높이고 있다. 대형 고해상 디스플레이에서 카메라 영상을 표시하는 경우, 기존의 표준 화질(SD) 카메라는 매우 열악한 사용자 경험을 제공하므로 고해상 카메라가 요구된다. 저해상 카메라는 화질이 좋지 않다. 또한 도트 크롤(dot crawl), 색상 누출과 같은 바람직하지 않은 많은 시각적 아티팩트가 발생하므로 SD 카메라를 사용하여 이러한 디스플레이를 구동하는 것은 피해야 한다. 보다 나은 고객 경험을 제공하기 위해서는 고화질(HD) 카메라가 필수이다.
HD 카메라를 추가하는 데에는 비용이 든다. 이러한 비용은 증가하는 센서와 이미지 처리에 머물지 않고, 자동차 하네스에 통합된 구리 배선을 통해 카메라에서부터 처리 장치까지 비디오 데이터를 전송하는 비용도 포함된다. 자동차 카메라 링크를 위한 추가적인 구리 배선은 큰 문제가 아닌 것처럼 보일 수도 있지만, 자동차 하네스는 자동차에서 엔진과 섀시 다음으로 세 번째로 비싼 부품이므로 배선과 커넥터 선택은 자동차 OEM에게 매우 중요하다. 하네스는 한 번에 하나씩 제작되며, 전체 자동차에 들어가는 인건비의 최대 50%를 차지한다. 또한 배선 하네스는 자동차에서 섀시와 엔진에 이어 세 번째로 무거운 부품1 이다. 이러한 배선 하네스를 차량에 삽입하는 일은 추가적인 제조 단계로 인해 비용이 더욱 높아지면서 자동차 생산 라인에서 점점 더 문제가 되고 있다. 뿐만 아니라 전기차 이용이 늘어나고 있는 데다, 전기차에 추가되는 모든 무게는 자동차 주행거리에 직접적인 영향을 미치기 때문에 자동차 무게가 늘어나지 않도록 해야 한다. 새로운 많은 센서들이 속속 등장하는 가운데 2020년에는 자동차 센서가 최대 220억 개에 이를 것이라는 예측이 나오고 있어 이러한 문제는 더욱 악화될 전망이다. 케이블 하네스의 무게와 비용을 줄일 수 있는 모든 기술은 환영받고 자동차 OEM에게 큰 매력을 제공할 수 있다.
이를 해결하기 위해 아나로그디바이스(ADI)는 자동차 카메라 링크만을 위해 최적화된 유일한 기술 중 하나이면서 앞서 언급한 문제들을 해결하는 “C²B™(Car Camera Bus)”라는 새로운 자동차 카메라 링크 기술을 개발했다. C²B는 다음 세 가지 주요 솔루션 정의 기준을 포괄한다.
- 기존 SD 비차폐 트위스트 페어(UTP) 케이블과 커넥터 인프라를 재사용함으로써 HD에 가장 쉬운 업그레이드 경로를 제공한다.
- 이러한 인프라를 사용하여 탁월한 화질로 고화질 비디오를 지원한다.
- 이러한 인프라를 사용하여 자동차의 모든 EMI/EMC 요건들을 충족한다.
그림 2. C²B는 카메라 시스템에 많은 장점을 제공한다.
카메라는 자동차에서 가장 높은 데이터 대역폭 센서의 하나이다. 더 높은 해상도의 카메라로 옮겨갈수록 대역폭은 계속 증가한다. 기존 SD 자동차 카메라 링크 솔루션은 비차폐 연선(unshielded twisted pair, UTP) 케이블 및 비차폐 커넥터 같은 낮은 대역폭을 지원하는 인프라를 사용한다. 이것이 가능한 이유는 우선, SD 카메라에 대한 대역폭 요구사항이 HD보다 낮고, 둘째로 NTSC 같은 SD 전송 표준이 다중레벨 전송 방식을 사용함으로써 UTP 케이블 및 커넥터가 지원해야 하는 대역폭을 추가로 감소시키기 때문이다. LVDS라고도 하는 SERDES 같은 솔루션은 UTP보다 훨씬 높은 대역폭을 지원할 수 있는 동축 또는 차폐 연선(STP) 같은 케이블과 커넥터를 사용해야 한다. 그 이유는 현재 SERDES 솔루션이 NRZ(non-return to zero) 신호전송을 사용하고 다중레벨 신호전송을 사용하지 않으므로, 훨씬 높은 케이블 및 커넥터 대역폭 요구사항을 갖기 때문이다. 이러한 고성능, 고대역폭을 지원하는 케이블과 커넥터는 케이블 하네스의 비용과 무게를 증가시킨다.
C²B는 기존 SD UTP 케이블과 커넥터 인프라를 통해 HD 해상도 비디오를 전송할 수 있게 한다. 이를 위해 C²B는 다중레벨 신호전송을 사용하여 고화질 비디오 전송을 위한 대역폭 요구사항을 낮춰준다. 따라서 C²B는 기존 케이블 및 커넥터 인프라를 변경할 필요 없이 SD 카메라에서 HD 카메라로 가장 쉬운 업그레이드 경로를 제공한다. 이는 OEM에게 유용하고 비용효율적이면서 자원이 풍부한 솔루션을 제공한다.
UTP 케이블링을 재사용하는 또 다른 이점은 이렇게 하면 헤드 유닛과 카메라 전자 제어장치(ECU)에서 이미 사용 가능한 다목적 블록 커넥터의 자유 핀에 연결할 수 있다는 점이다. 따라서 SERDES 기술이 필요로 하는 전용 개별 커넥터를 사용하지 않아도 된다. 전용 개별 커넥터는 시스템 솔루션 비용을 늘릴 뿐 아니라, 지금도 이미 공간이 제한적인 헤드 유닛과 카메라 ECU 모듈에서 물리적 공간을 추가로 요구한다.
C²B 전송 형식은 자동차 용례를 위해 강건성을 극대화하도록 선택되었다. 신호전송 방식은 다른 솔루션에 비해 케이블 대역폭 요구사항을 10배 낮춰준다. 또한 이미 현장에서 오랫동안 검증을 거친 기존 인프라를 재사용하기 때문에 새로운 인프라를 위한 요건들을 새롭게 갖출 필요 없이 HD 카메라로 매우 쉽게 업그레이드할 수 있다. 이밖에도 C²B 기술은 최적화된 전송 방식을 채택하므로 더 긴 케이블 길이(최대 30m)를 지원한다. 따라서 OEM은 인프라 설계를 자유롭게 제어할 수 있으며 다른 경쟁 기술들이 안고 있는 설계 제약이 없다.
C²B 전송을 위한 데이터 형식은 기존 케이블 및 커넥터 인프라에 비해 탁월한 비디오 품질과 우수한 EMI/EMC 성능을 제공하도록 선택되었다. HD 비디오 품질은 보다 낮은 대역폭을 지원하는 인프라를 통해 유지되며, 특히 모든 고주파 화질의 세밀한 부분까지 유지하고 탁월한 비디오 경험을 제공하는 데 초점을 맞추고 있다. 탁월한 비디오 품질은 최신 표준에 기반하여 수행된 주요 비디오 품질 테스트에 의해 검증되었다.
다중레벨 신호전송 방식은 저가형 케이블 및 커넥터에서 고해상 카메라를 지원할 수 있는 이점을 제공하지만, 어려움이 없는 것은 아니다. 인프라가 외부 공격자로부터 시스템을 보호하거나, 방출 감쇠를 제공하는 차폐를 갖지 못하는 상태에서 엄격한 자동차 EMI/EMC 요구사항을 만족하려면, 트랜시버 설계가 낮은 방출 프로파일과 높은 내성 성능을 보장하는 것이 매우 중요하다. 자동차 산업용으로 정의되고 설계된 C²B는 처음부터 이러한 요건들에 대처해 왔으며 모든 자동차 EMI/EMC 요건들을 충족할 만큼 놀랍도록 견고하다는 것이 입증되었다.
그림 3. C²B 신호 체인
C²B는 이 외에도 많은 기능을 지원하는데, 여기에는 동일한 UTP 케이블을 통한 측파대 제어 통신(sideband control communication)이 포함된다. 이 기능을 활용하면 카메라 모듈의 원격 구성이 가능해 카메라 설계를 더욱 간소화할 수 있다. C²B는 또한 많은 OEM의 주요 요구사항인 동결 프레임 검출(frozen frame detection) 기능도 제공한다.
그림 4. C²B IC
ADI는 현재 ADV7990, ADV7991, ADV7380, ADV7381을 포함한 C²B 제품들을 생산 중이다.
C²B는 기존 인프라를 통해 NTSC에서 HD 카메라로 손쉽게 업그레이드할 수 있는 최적화된 솔루션을 제공하면서 탁월한 비디오 품질과 견고한 EMI/EMC 성능을 달성한다. 이 새롭고 획기적인 기술은 많은 장점을 제공할 뿐 아니라, 한 대의 자동차 내에서 갈수록 더 많은 수의 카메라를 연결해야 하는 문제를 쉽게 해결할 수 있게 해주는 최적의 시스템 솔루션을 제공한다.
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