车载视频传输技术全解析：从LVDS、SerDes到MIPI与车载以太网

随着智能驾驶的普及与信息娱乐需求的提升，现代汽车座舱内的摄像头和显示屏数量急剧增加。据预测，到2028年，单车平均将搭载9.7颗摄像头和3.7块屏幕。那么，这些海量的视频数据如何高效、可靠地在车内不同域控制器之间传输？本文将从车载视频传输的核心诉求出发，系统性地解析 LVDS、SerDes、MIPI、DP/eDP 以及车载以太网等主流总线技术，帮助您建立起对座舱域视频流传输与显示的基础认知。

图1：不同车载应用的带宽需求对比（数据来源：行业预测）

一、车载视频流传输的核心诉求

在汽车电子架构中，无论是摄像头采集还是屏幕显示，视频流对传输链路提出了几项严苛要求：

• 传输距离：车内布线距离通常在1至15米之间，部分后视或环视摄像头可能需要更远的传输距离。
• 抗干扰能力：汽车内部电磁环境复杂，存在点火系统、电机、无线通信等多种干扰源，因此需要强大的电磁兼容性（EMC）性能。
• 高带宽：4K@60Hz的屏幕或800万像素的摄像头单路带宽需求可能超过5 Gbps。
• 低延迟：ADAS感知链路要求端到端延迟小于50毫秒，座舱人机交互也需要流畅的响应速度。
• 成本可控：汽车行业对物料清单成本极为敏感，需要在性能与价格之间找到最佳平衡点。
• 可靠性与功能安全：尤其在高级辅助驾驶场景中，传输链路需要支持特定的汽车安全完整性等级，并具备状态监控和错误恢复机制。

这些核心诉求共同推动了车载视频接口从传统的模拟或并行接口，向高速串行数字接口演进。下表汇总了当前主流车载视频流传输总线的核心特性与应用场景。

图2：主流车载视频传输总线特性与应用场景对比

二、LVDS 与 SerDes：从并行到串行的演进

当传统的LVDS技术在应对4K及以上分辨率、超过10米的长距离传输时，其带宽和信号完整性面临挑战。以GMSL和FPD-Link为代表的专用车规级SerDes技术应运而生。它们在LVDS差分信号传输机制的基础上，通过复杂的串行化、解串行化、编码和均衡技术，实现了更高的带宽、更远的传输距离、更强的抗干扰能力，甚至能通过单根线缆同时传输视频、控制信号和电源。

1. LVDS（低电压差分信号）

在车载视频传输领域，LVDS（低电压差分信号）曾是早期的主流技术。

• 原理：利用一对差分线传输数据，通过微小的电压差表示逻辑状态，具有很强的抗共模干扰能力。
• 特点：
  • 带宽：单通道典型值约655 Mbps，可通过多通道并行提升总带宽。
  • 距离：通常不超过5米，受时钟偏移和电磁干扰限制。
  • 成本：较低，曾广泛应用于早期的倒车影像和仪表盘显示屏。
• 局限：
  • 并行传输需要多对线缆（例如24位RGB加时钟可能需要13对），导致线束沉重且成本上升。
  • 缺乏嵌入式时钟，容易受到时钟偏移影响。
  • 不支持双向通信，控制信道能力较弱。

2. SerDes（串行器/解串器）

图3：SerDes串行通信工作原理示意图

SerDes技术的核心是将多路低速并行信号转换为单路高速串行信号进行传输，在接收端再恢复为并行信号，从而大幅减少所需线缆数量。

• 本质：通过时分复用实现点对点的串行通信。
• 优势：
  • 仅需单根或双绞线/同轴电缆即可传输Gbps级别的数据。
  • 支持10至15米的长距离传输。
  • 可集成双向控制通道。
  • 支持循环冗余校验、心跳包、链路训练等功能安全机制。

3. 主流SerDes总线标准（摄像头侧）

标准	开发商	典型速率	介质	特点
GMSL	Maxim (现ADI)	6 Gbps (GMSL2) / 12+ Gbps (GMSL3)	同轴或屏蔽双绞线	支持同轴供电、双向控制、菊花链拓扑、ASIL-B功能安全等级
FPD-Link III	TI	4.16 Gbps	同轴或屏蔽双绞线	功能类似GMSL，支持双向I²C和同轴供电，在美系车企中应用广泛
APIX	Inova Semiconductors	12 Gbps (APIX3)	屏蔽双绞线	受德系品牌青睐，支持多屏幕数据分发
MIPI A-PHY	MIPI联盟	16–24 Gbps (v1.1)	屏蔽双绞线或同轴电缆	开放标准，面向未来设计，支持最高ASIL-D等级，可与MIPI CSI-2无缝对接

三、MIPI：移动标准在车载领域的进化

MIPI联盟制定的一系列接口标准已广泛应用于移动设备，其成熟的技术和生态系统正逐渐向车载领域渗透。MIPI架构采用分层设计，包括应用层、协议层和物理层，具有高度的灵活性和可扩展性。

图4：典型车载摄像头与显示系统数据处理流程

1. 摄像头接口：CSI-2 + A-PHY

• CSI-2：协议层标准，负责定义图像数据的打包格式。
• A-PHY：专为车载长距离、高噪声环境设计的物理层标准，传输距离可达15米。
• 优势：
  • 与主流SoC原生兼容，生态成熟。
  • 作为开放标准，有助于避免供应商锁定。
  • 支持高带宽、功能安全及多摄像头同步。

2. 显示接口：DSI + D-PHY / C-PHY

• DSI：显示串行接口协议层。
• D-PHY：主流物理层，采用NRZ编码，单通道最高约4.5 Gbps。
• C-PHY：采用三相编码，频谱效率更高，在相同速率下功耗更低。
• 局限：原始的MIPI D-PHY设计传输距离较短（通常小于1米），用于车载长距离显示时需搭配桥接芯片。

四、DP/eDP：高分辨率显示的理想选择

DisplayPort及其嵌入式版本eDP，凭借其超高的带宽和开放的生态，正成为车载高分辨率显示接口的首选。

图5：DP/eDP技术在车载高分辨率显示应用中的核心优势

1. 超高带宽：最新的DisplayPort 2.1标准支持最高80 Gbps的带宽，可轻松驱动8K甚至更高分辨率的显示屏，满足未来车载娱乐大屏的需求。
2. 开放标准：作为免费开放的标准，有助于降低整体系统成本，并促进技术快速创新与普及。
3. 嵌入式优化：eDP针对车载等嵌入式环境进行了低功耗、高集成度优化，特别适合对续航和空间有严格要求的智能电动汽车。其多流传输技术能高效支持仪表、中控、副驾等多屏联动。

五、车载以太网：ADAS视频传输的新势力

尽管传统SerDes技术目前主导着摄像头数据传输，但车载以太网（如1000BASE-T1、MultiGBASE-T1）正在迅速崛起。特斯拉Model Y使用车载以太网传输ADAS摄像头数据的成功案例，为行业提供了新的思路。

图6：采用车载以太网进行传感器数据汇聚的中央计算平台架构

• Model Y 采用以太网传输ADAS数据的原因：
  • 统一网络架构：将摄像头、雷达、域控制器都接入以太网，极大地简化了整车线束拓扑和网络/系统架构。
  • 支持TSN：时间敏感网络特性可保障数据传输的低延迟和确定性。
  • 强可扩展性：未来仅通过升级交换机或控制器芯片即可平滑升级至2.5G/5G/10G速率，无需更换线束。
  • 软件定义优势：基于IP协议栈，便于实现OTA升级、远程诊断和增强网络安全。
• 当前挑战：
  • 协议开销较大，带宽效率通常低于专用SerDes。
  • 在1Gbps带宽下传输多路高清视频通常需要配合视频压缩技术。
  • 现阶段整体方案成本仍高于成熟的GMSL等方案。

六、主流摄像头传输总线对比

技术	单通道带宽	传输距离	线束需求	功耗	抗干扰	成本	延迟
LVDS	~1.9 Gbps	≤15米	多对差分线	中等	良好	低	中等
GMSL2/3	6/12 Gbps	≤15米	单同轴/STP	中高	优秀	高	极低 (<1μs)
MIPI A-PHY	16/32 Gbps	≤15米	UTP/STP	低	优秀	中等	低
车载以太网	1 Gbps+	≤15米	单对UTP	中等	良好	低	低 (支持TSN)

七、主流屏幕显示传输总线对比

技术	单通道带宽	传输距离	功耗	支持分辨率	多屏支持	成本	延迟
LVDS	~1.9 Gbps	≤15米	中等	1080p	有限	低	中等
MIPI C-PHY	~6 Gbps	≤3米	低	4K	支持	中等	低
MIPI D-PHY	~4.5 Gbps	≤3米	中等	4K	支持	中等	低
DP/eDP	21.6 Gbps+	≤5米	低	8K+	优秀 (MST)	中等	低

八、总结：技术选型逻辑

• 摄像头侧选型：
  • ADAS主摄/环视：目前主流选择是GMSL或FPD-Link III，MIPI A-PHY是重要的未来发展方向。
  • 低成本舱内监控：可选用短距离的MIPI CSI-2或USB 3.0。
  • 中央计算架构：可考虑采用车载以太网配合视频压缩技术，如特斯拉的方案。
• 屏幕侧选型：
  • 仪表/小屏：适合采用SoC直驱的MIPI DSI搭配D-PHY或C-PHY。
  • 中控/娱乐大屏：eDP或DP是理想选择，能满足高分辨率和高刷新率需求。
  • 多屏同步：可考虑APIX或增强型的车载DisplayPort方案。
• 技术演进趋势：
  • 开放标准崛起：MIPI A-PHY和车载以太网正在打破私有协议的垄断。
  • 融合架构：未来可能形成“SerDes负责最后一米高带宽连接，以太网负责骨干网灵活调度”的混合架构。
  • 安全标配化：功能安全与网络安全将成为所有新一代总线协议的标配特性。

希望这份详尽的解析能帮助您更好地理解车载视频传输技术的现状与未来。如果您对其中任何技术细节有更深入的兴趣，欢迎在云栈社区的相关板块与我们进一步探讨。