비용 효율적인 자동차용 카메라 연결 기술 ‘C2B’

2021년 10월 19일

글 / 폴 슬래터리(Paul Slattery) 전략 마케팅 매니저, 아나로그디바이스(Analog Devices)

자동차에 첨단 기술이 도입되어 운전이 더 안전하고 편해졌다. 여기에는 차량용 카메라 연결 기술이 중요한 역할을 한다. 2024년에는 자동차 한 대당 평균 4대의 카메라가 사용될 것으로 전망된다1. 이에 어떻게 하면 자동차에서 비용을 늘리지 않으면서 카메라를 추가할 수 있을까 하는 것이 자동차 업계의 중요한 과제가 되었다. 이 글에서는 비용과 성능 측면에서 다양한 차량용 카메라 인터페이스 기술을 살펴보고, 우수한 비디오 성능을 달성하면서 케이블 연결 비용을 낮출 수 있는 솔루션을 제안한다.

차량용 카메라 연결 기술은 새로운 안전 및 편의성 기능들을 위해서 중요한 역할을 하는데, 카메라 애플리케이션에 상당한 비용 추가를 유발한다. 최근의 시장 조사에 따르면, 소비자들의 요구에 부응하고 규정 요건을 충족하기 위해서 2024년에는 자동차 한 대당 평균 4대의 카메라가 사용될 것으로 전망된다¹.

서라운드 뷰 모니터링(SVM), 운전자 상태 모니터링(DSM), 주행 기록 같은 새로운 애플리케이션들이 도입되면서 카메라 기술의 사용이 폭발적으로 늘고 있다. SVM과 후방 카메라는 주차를 더 안전하게 할 수 있게 해준다. DSM 카메라를 사용하면 운전자의 자세와 눈동자 움직임을 모니터링해서 운전자가 주의력을 잃지 않는지 감지하고 경고할 수 있다. 주행 기록 카메라는 사고를 기록할 수 있다.

자동 차선 유지 시스템(ALKS)에 관한 UN 규정에서는 DSM과 주행 기록 카메라 사용을 의무화하고 있다². 이 규정은 2021년 1월부터 시행 중이다. 전세계적으로 60개 이상의 국가에서 ALKS를 도입하고 있다. 이 시스템은 레벨 3 자동화(필요 시 운전자가 다시 운전대를 잡아야 하는 자율주행 단계)를 적용해서 차량 주행이 차선 안에서 유지되도록 한다.

DSM 역시 Euro NCAP 2020 운전 보조 등급 시스템의 기본적인 요구사항이다³. 자동차 제조 산업은 이미 부채를 가장 많이 지고 있을 뿐만 아니라 마진이 극히 낮은 산업 분야 중의 하나이다⁴. 따라서 차량용 카메라 시스템 설계 엔지니어들에게는 어떻게 하면 비용을 크게 늘리지 않으면서 요구되는 카메라 성능을 달성하느냐가 중요한 과제이다.

SVM 카메라 시스템은 주차할 때 자동차 주변 360도 뷰를 제공한다. 그 결과, 보행자 관련 사고율을 크게 낮출 수 있다. 아시아 국가들에서는 70% 가까운 차량에 SVM이 설치될 것으로 예상된다. 이 지역은 거리가 혼잡하고 주차 공간이 협소해서 주차하기가 더 까다롭기 때문이다.

SVM은 생명을 구하고 운전 경험을 향상하는 대표적인 카메라 애플리케이션 중 하나이다. 각 SVM 시스템은 4대의 카메라를 사용해서 파노라마 뷰를 생성한다. HD 카메라는 흔히 동축 케이블을 사용하는데, 동축 케이블은 가격이 비싸고 무거울 뿐 아니라 좁은 공간에 배선하기도 어렵다. SVM에 동축 케이블을 사용하면 비싼 동축 커넥터가 필요하기 때문에 자동차 제조사는 수백만 달러의 추가적인 시스템 비용을 지불해야 한다. 이 때문에 카메라에 어떠한 비디오 인터페이스가 비용적으로 가장 적합한가는 자동차 업계의 중요한 화두가 되었다.

주류에서 밀려나는 SD 솔루션

지난 수년 동안 차량용 카메라 설계에는 SD(standard definition) 카메라가 주로 사용되어 왔다. 이들 카메라는 저렴한 케이블과 커넥터 인프라를 사용함으로써 SVM 모듈의 시스템 비용을 최소화할 수 있다. 하지만 문제가 있다. SD 카메라 시스템은 100mA 벌크 전류 주입(BCI)만 가능하지만 오늘날 대부분의 자동차 제조사들은 200mA BCI 성능을 요구한다. 뿐만 아니라 차내 디스플레이 크기가 커짐에 따라서 SD의 시각적 성능이 소비자들에게 불만족스럽게 되었다.

SD 비디오(720 x 480)는 크기가 작기 때문에 최신 차량용 디스플레이(예를 들어서 1920 x 720)에 맞추려면 스케일링을 해야 한다. 스케일링이란 보간(interpolation)을 하거나 새로운 픽셀들을 생성해서 빈 공간을 채우는 것이다. 이러한 보간 프로세스는 시각적으로 여러 개의 잡음을 발생할 수 있다. 예를 들면 대각선이 매끄럽지 않고 울퉁불퉁하게 보이는 식이다. 소비자들은 스마트폰을 이용하면서 이미 HD 카메라 성능에 익숙해져 있어 더 이상 SD 성능을 받아들일 수 없게 되었다. 그래서 SD 비디오가 매우 저비용 솔루션이기는 하나, 제한적인 EMC/EMI(BCI)와 비디오 성능 때문에 많은 자동차 제조사들이 2025년까지 모든 차량 모델에서 SD 카메라를 퇴출할 계획을 세우고 있다.

LVDS는 비용적으로 불리

LVDS(low voltage digital signaling) 카메라 링크는 차량용 HD 카메라에 고성능 솔루션을 제공하나 비용이 비싸다. LVDS는 디지털 직렬 전송 방식으로서, 카메라로부터 전자 제어 유닛(ECU)으로 비디오를 정확하게 전송한다. LVDS 카메라 솔루션은 4 ~ 8메가픽셀로 하이엔드 전방 카메라용으로 적합하다. 전방 카메라는 적응형 크루즈 컨트롤(ACC), 물체 감지, 교통 표지판 인식, 충돌 회피 등의 기능을 위한 차량용 카메라로서, 최대의 비디오 해상도를 요구한다.

LVDS는 높은 대역폭을 사용하고, 차량용 EMC 및 EMI 테스트를 통과하기 위해서 차폐 케이블을 필요로 한다. LVDS 링크는 통상적으로 동축 및 미니 동축 케이블을 사용한다. 그런데 이러한 케이블은 굽힘 비(bend ratio)와 굽힘 횟수에 대한 견고성 측면에서 제조하기가 까다로울 수 있다. 예를 들어 거울에 카메라를 탑재하려면 도어 힌지를 통과해서 케이블을 연결하거나, 점유 감지 기능을 위해서는 차 천장으로 케이블을 연결해야 하거나, 화상 회의를 위해서 앞좌석 등받이로 케이블을 연결해야 하는데, 이러한 작업들이 어려울 수 있다. 또한 동축 커넥터 비용 때문에 보급형이나 중급형 차량 모델에 HD 카메라를 구현하기에는 비용이 너무 비쌀 수 있다.

그림 1: 자동차에 C²B를 사용한 카메라와 커넥터 연결

새로운 대안으로서 C2B

대안 중 하나는 이러한 과제들을 해결하도록 전적으로 차량용으로 설계된 기술을 사용하는 것이다. C²B(Car Camera Bus)는 차량용 HD 카메라 링크 기술로서, LVDS 인터페이스에 필적하는 성능을 제공한다. C²B는 비용이 저렴한 UTP 케이블 연결을 통해서 HD 성능을 구현할 수 있게 하므로, 비싼 동축 커넥터를 사용할 필요가 없다. C²B는 블록 커넥터를 사용함으로써 케이블 연결 비용을 크게 줄일 수 있다. 자동차 제조사들은 자사의 기존 UTP 케이블을 사용하여 C²B 비디오 인터페이스를 연결함으로써 SD 카메라에서 HD 카메라로 전환할 때 드는 비용을 낮출 수 있다.

또한 C²B는 최적화된 비디오 인코딩, 차동 시그널링, 내부 필터링이 특징으로써, 200mA BCI 테스트를 충족할 뿐 아니라 UTP 인프라 상에서 견고한 EMC 성능을 달성한다. UTP 한 라인으로 양방향 통신을 제공하므로 ECU로부터 C²B 카메라를 원격으로 제어할 수 있다. 제조사는 이 컨트롤 채널을 통해서 조명 조건에 따라서 카메라 성능을 최적화할 수 있다. NTSC 카메라와 비교할 때, 이는 확실하게 향상된 이점이다. 또한 C²B의 낮은 시스템 비용은 보급형 및 중급형 차량 모델로도 HD 카메라 해상도를 구현할 수 있게 해준다.

표 1: 기술 비교

특징/기술	NTSC	C²B	LVDS
고속 역채널	✘	✓	✓
HD 해상도	✘	✓	✓
저가형 케이블	✓	✓	✘

C²B는 차량용으로 최적화된 솔루션으로서, 양산 시장에서 지속가능한 시스템 비용으로 최상의 HD 카메라 성능을 달성한다. C²B 기술을 활용하면 모든 수준의 차량 모델에 카메라 시스템을 도입하여 모든 교통 참여자들을 보호하는 안전 시스템을 구현할 수 있다. analog.com/C2B, analog.com/ADV7992, analog.com/ADV7382, analog.com/ADV7383에서는 C²B 기술과 ADI 제품에 관한 추가 정보를 볼 수 있다.

참고문헌
1. “Sensing and Computing for ADAS Vehicle 2020.” Yole Développement, 2020.
2. “UN Regulation on Automated Lane Keeping Systems Is Milestone for Safe
Introduction of Automated Vehicles in Traffic.” UNECE, June 2020.
3. “2020 Assisted Driving Tests: What’s New for 2020?” Euro NCAP, 2020.
4. Andrew Edgecliffe-Johnson, Peggy Hollinger, Joe Rennison, and Robert Smith. “Will the Coronavirus Trigger a Corporate Debt Crisis?” Financial Times, March 2020.
Pandey, Anchal. “US NTSB Recommends Driver Monitoring.” PathPartner, July 2020.

저자 소개
폴 슬래터리(Paul Slattery)는 아나로그디바이스(Analog Devices) 차량용 커넥티비티 및 센싱 그룹의 전략 마케팅 매니저이다. 2016년에 마케팅 팀에 합류했으며, 그 전에는 애플리케이션 및 제품 엔지니어링을 담당했다. 차량용 커넥티비티 솔루션과 관련해서 풍부한 경험을 쌓고 있으며, C²B 제품 포트폴리오 개발을 지원했다. 아일랜드 리머릭 대학에서 공학 학사학위 및 MBA를 취득했다. 문의: paul.slattery@analog.com