Σταματήστε να κάνετε τυφλές επιλογές!

Για να είμαι ειλικρινής, για φίλους που εργάζονται σε έργα ενσωματωμένων συστημάτων ή τεχνητής νοημοσύνης, όταν βλέπουν για πρώτη φορά έναν πίνακα γεμάτο με διεπαφές κάμερας περίεργου σχήματος, οι εσωτερικές τους σκέψεις είναι πιθανώς: «Είναι όλες μόνο για τη μετάδοση εικόνων—πρέπει πραγματικά να είναι τόσο διαφορετικές;» Μερικές συνοδεύονται από πολύχρωμα επίπεδα καλώδια, μερικές μοιάζουν με τα παλιά ομοαξονικά καλώδια σε ανελκυστήρες και άλλες έχουν ακόμη και ένα καλώδιο Ethernet συνδεδεμένο. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι ότι οι κατασκευαστές κάνουν σκόπιμα τα πράγματα δύσκολα. Η επιλογή της διεπαφής ουσιαστικά καταλήγει σε μια συμβιβαστική λύση μεταξύ τεσσάρων παραγόντων: εύρος ζώνης, απόσταση, λανθάνουσα κατάσταση και κόστος. Δεν θα χάσουμε χρόνο με την ορολογία των σχολικών βιβλίων σήμερα—ας περάσουμε κατευθείαν στην ουσία και ας μιλήσουμε για το πώς λειτουργούν πραγματικά αυτές οι διεπαφές.

Το DVP είναι σαν μια παλιομοδίτικη «λεωφόρος δίπλα-δίπλα», που αποτελείται από 8 έως 16 γραμμές δεδομένων, συν μια γραμμή ρολογιού και γραμμές σήματος συγχρονισμού. Υιοθετεί παράλληλη μετάδοση, όπου τα δεδομένα μεταδίδονται με τακτικό τρόπο, όπως μια ομάδα ανθρώπων που βαδίζουν σε ουρά.

Πλεονεκτήματα: Το μεγαλύτερο πλεονέκτημά του έγκειται στην απλότητα και την ευθύτητα. Μεταδίδει σήματα ωμής στάθμης χωρίς την ανάγκη πολύπλοκης λογικής κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης. Ένας απλός οδηγός είναι αρκετός για να το κάνει να λειτουργήσει, και ακόμη και μικροελεγκτές χαμηλής τεχνολογίας μπορούν εύκολα να το χειριστούν.

Μειονεκτήματα: Η απόδοσή του είναι μάλλον χαμηλή. Με πολλαπλές γραμμές διατεταγμένες παράλληλα, όταν η ταχύτητα μετάδοσης αυξάνεται (δηλαδή, η συχνότητα αυξάνεται), θα εμφανιστούν σοβαρές διασταυρώσεις και χρονική στρέβλωση μεταξύ των γραμμών. Μόλις ανέβει η συχνότητα, η οθόνη θα γεμίσει με θόρυβο σαν χιόνι. Επομένως, έχει πολύ στενό εύρος ζώνης και είναι βασικά ξεπερασμένο στην εποχή της υψηλής ευκρίνειας.

Σενάρια εφαρμογής: Σήμερα, το DVP έχει ουσιαστικά υποχωρήσει σε δευτερεύοντα ρόλο, χρησιμοποιείται κυρίως σε σαρωτές γραμμωτών κωδίκων, παιχνίδια χαμηλών pixel ή σενάρια απόκτησης απλών δεδομένων αισθητήρων. Εάν το έργο σας απαιτεί μόνο σάρωση κωδικών QR, το DVP είναι ακόμα η πιο οικονομική επιλογή.

Γιατί τα κινητά τηλέφωνα μπορούν να τραβήξουν βίντεο 4K ή ακόμα και 8K; Όλα χάρη στο MIPI. Υιοθετεί τη λειτουργία διαφορικής μετάδοσης χαμηλής ταλάντωσης του MIPI D-PHY/C-PHY. Μπορείτε να το σκεφτείτε ως «έναν τύπο διαφορικού σήματος που είναι πιο ευαίσθητος από το LVDS αλλά πιο αποτελεσματικός». Δεν είναι πλέον σαν μια συνηθισμένη ομάδα, αλλά μάλλον ομάδες άκρως συντονισμένων «ειδικών δυνάμεων» στριμμένες μεταξύ τους. Διαθέτει εξαιρετικά ισχυρή ικανότητα κατά των παρεμβολών και απίστευτα υψηλή απόδοση μετάδοσης δεδομένων. Για παράδειγμα, όλα τα μοντέλα των κανονικών πλακέτων ανάπτυξης Neardi είναι βασικά εξοπλισμένα με διεπαφές κάμερας MIPI ως στάνταρ.

Πλακέτα ανάπτυξης LKB3576

Πλεονεκτήματα: Εξαιρετικά υψηλό εύρος ζώνης σε συνδυασμό με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Μπορεί να μεταδώσει έναν εκπληκτικό όγκο δεδομένων με ελάχιστη απώλεια ισχύος. Το πιο σημαντικό, συνδέεται απευθείας με το ISP (Image Signal Processor) μέσα στο SoC. Αυτό σημαίνει ότι μόλις μπει η εικόνα, το ISP μπορεί να αναλάβει αμέσως εργασίες επεξεργασίας (βαθμονόμηση χρωμάτων, μείωση θορύβου, όξυνση) χωρίς να εμπλέκεται καθόλου η CPU.

Μειονεκτήματα: Είναι πραγματικά ευαίσθητο. Η απόσταση μετάδοσης συνήθως δεν μπορεί να υπερβεί τα 30 εκατοστά. το σήμα θα χαθεί εάν τα ίχνη PCB δρομολογηθούν έστω και λίγο πολύ μακριά. Επιπλέον, ο εντοπισμός σφαλμάτων MIPI είναι ένας εφιάλτης για όλους τους προγραμματιστές—πρέπει να χειριστείτε πολύπλοκη λογική φυσικού επιπέδου D-PHY ή C-PHY και επίσης να βελτιστοποιήσετε αυτά τα αρχεία παραμέτρων ποιότητας εικόνας που τραβούν τα μαλλιά.

Σενάρια εφαρμογής: Είναι η βασική διεπαφή για κινητά τηλέφωνα, tablet και ενσωματωμένα AI boxes (RK3576/Raspberry Pi). Εάν εργάζεστε σε αλγόριθμους αναγνώρισης προσώπου ή αποφυγής εμποδίων σε πραγματικό χρόνο, το MIPI είναι συνήθως η πιο επαγγελματική και αποτελεσματική επιλογή για σενάρια άμεσης σύνδεσης επί του σκάφους.

Οι κάμερες USB βασίζονται στο πρωτόκολλο UVC (USB Video Class), επιτρέποντας την άμεση έξοδο εικόνας. Οι περισσότερες ενσωματωμένες συσκευές Neardi RK3588 των προγραμματιστών διαθέτουν συνήθως πολλαπλές δεσμευμένες διεπαφές USB 3.0 και το επίπεδο του συστήματος έχει ήδη ολοκληρώσει την προσαρμογή του προγράμματος οδήγησης UVC. Ακόμα κι αν δεν έχετε ένα ακριβό module MIPI στη διάθεσή σας, μπορείτε να συνδέσετε απευθείας μια κάμερα USB στην πλακέτα Neardi και να εκτελέσετε ακόμα αλγόριθμους ομαλά.

Έξυπνος υπολογιστής LPB3588

Πλεονεκτήματα: Η λειτουργικότητα plug-and-play (χωρίς πρόγραμμα οδήγησης) είναι το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του. Για την επαλήθευση αλγορίθμων και τις παρουσιάσεις επίδειξης στο εργαστήριο, μπορείτε να λάβετε εικόνες σε 5 λεπτά, καθιστώντας το σωτήριο για τους προγραμματιστές. Επιπλέον, διαθέτει εξαιρετικά χαμηλό κόστος—μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε κάμερα αγοράζεται εύκολα από ένα τοπικό κατάστημα.

Μειονεκτήματα: Η ευκολία του έρχεται με το κόστος των πόρων της CPU. Τα ακατέργαστα δεδομένα εικόνας που μεταδίδονται μέσω USB είναι υπερβολικά μεγάλα. Το USB 2.0 απλά δεν μπορεί να το χειριστεί. Επομένως, η κάμερα θα συμπιέσει πρώτα τα καρέ χρησιμοποιώντας MJPEG ή H.264 εσωτερικά. Ως αποτέλεσμα, η CPU σας πρέπει να διαθέσει ένα σημαντικό μέρος της υπολογιστικής της ισχύος για την αποσυμπίεση. Πολλοί αρχάριοι παραπονιούνται ότι η εκτέλεση μοντέλων YOLO είναι πολύ αργή—στην πραγματικότητα, η CPU είναι ήδη καταπονημένη από την αποκωδικοποίηση των καρέ πριν καν ξεκινήσει την εξαγωγή συμπερασμάτων του μοντέλου. Εάν το SoC υποστηρίζει αποκωδικοποίηση υλικού VPU και τα αντίστοιχα προγράμματα οδήγησης έχουν διαμορφωθεί σωστά, το φορτίο της CPU από τις κάμερες USB μπορεί να μειωθεί σημαντικά, αλλά η συνολική λανθάνουσα κατάσταση εξακολουθεί να μην μπορεί να ταιριάξει με αυτή του MIPI. Επιπλέον, η διαδικασία συμπίεσης και αποσυμπίεσης εισάγει μια αισθητή λανθάνουσα κατάσταση που κυμαίνεται από δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Σενάρια εφαρμογής: Τηλεδιάσκεψη, εξωτερικές κάμερες υπολογιστών, επιδείξεις αλγορίθμων στο εργαστήριο και απλή βιομηχανική επιθεώρηση ποιότητας. Εάν οι απαιτήσεις απόδοσης σε πραγματικό χρόνο δεν είναι εξαιρετικά αυστηρές και ο κεντρικός υπολογιστής έχει πλεονάζουσα υπολογιστική ισχύ, το USB είναι μια απολύτως βιώσιμη επιλογή.

Όταν μια κάμερα πρέπει να εγκατασταθεί στην οροφή μιας καφετέριας ή ακόμα και σε μια διασταύρωση δρόμου αρκετά χιλιόμετρα μακριά, ένα καλώδιο Ethernet είναι σχεδόν η πιο καθολική και ώριμη επιλογή. Για να καλύψουν τέτοιες ανάγκες παρακολούθησης υψηλής ταυτόχρονης λειτουργίας και μεγάλων αποστάσεων, οι κατασκευαστές υλικού δεν έχουν καταβάλει καμία προσπάθεια στη διαμόρφωση της διεπαφής. Πάρτε τον Έξυπνο Υπολογιστή LPM3588 της Neardi ως παράδειγμα—κατασκευασμένο κατά παραγγελία για την αγορά NVR (Network Video Recorder), διαθέτει εξαιρετικά ισχυρές διαμορφώσεις: υποστηρίζει έως και 5 θύρες Gigabit Ethernet (1000M) και 1 θύρα Fast Ethernet (100M). Αυτός ο σχεδιασμός είναι απλά κατασκευασμένος για να «τροφοδοτεί» πολλαπλές κάμερες δικτύου υψηλής ευκρίνειας. ακόμη και αν εισέρχονται ταυτόχρονα 6 ή περισσότερα κανάλια ροών βίντεο υψηλής ευκρίνειας, το εύρος ζώνης Gigabit μπορεί εύκολα να τα χειριστεί χωρίς κανένα σημείο συμφόρησης.

Υπολογιστής LPM3588 NVR

Πλεονεκτήματα: Εξαιρετικά μεγάλη απόσταση μετάδοσης (κατηγορία 100 μέτρων), η οποία μπορεί να επεκταθεί επ' αόριστον μέσω διακοπτών. Το πιο δημοφιλές μεταξύ των προγραμματιστών είναι η υποστήριξη PoE—ένα καλώδιο Ethernet χειρίζεται τόσο την παροχή ρεύματος όσο και τη μετάδοση δεδομένων. Ο σχεδιασμός πολλαπλών θυρών όπως αυτός του LPM3588 εξαλείφει την ανάγκη για εξωτερικό διακόπτη, απλοποιώντας σημαντικά την πολυπλοκότητα της καλωδίωσης των συστημάτων NVR.

Μειονεκτήματα: Σχετικά υψηλή λανθάνουσα κατάσταση. Επειδή οι εικόνες πρέπει να περάσουν από συμπίεση, συσκευασία δικτύου, μετάδοση και στη συνέχεια αποσυμπίεση. Σε σύγκριση με την εγγενή απόδοση σε πραγματικό χρόνο του MIPI, οι κάμερες Ethernet είναι ελαφρώς πιο αργές στην ταχύτητα απόκρισης.

Σενάρια εφαρμογής: Παρακολούθηση ασφαλείας, έξυπνες πόλεις, στατιστικά ροής ανθρώπων σε καφετέριες/σούπερ μάρκετ και διαπεριφερειακή απομακρυσμένη δικτύωση. Με απλά λόγια, σχεδόν όλες οι κάμερες που είναι εγκατεστημένες σε τοίχους ή στύλους κοινής ωφέλειας χρησιμοποιούν αυτήν τη διεπαφή.

Στα εργαστήρια εργοστασίων, στα ορυχεία ή στα οχήματα που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα, οι συνηθισμένες διεπαφές δύσκολα μπορούν να διαρκέσουν μισή μέρα. Οι διεπαφές εδώ πρέπει να λύσουν δύο απόλυτα προβλήματα: πώς να διατηρήσουν καθαρά σήματα σε θορυβώδη ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα; Και πώς να μεταδίδουν σήματα τόσο μακριά όσο και γρήγορα;

Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι τα «αναλογικά σήματα» θα έπρεπε να είχαν παραδοθεί σε μουσεία πριν από πολύ καιρό, αλλά το AHD έχει χαράξει με τη βία μια θέση στην ψηφιακή εποχή. Χρησιμοποιεί τεχνολογία φορέα υψηλής συχνότητας για να συμπιέσει σήματα βίντεο υψηλής ευκρίνειας σε παλιομοδίτικα ομοαξονικά καλώδια. Επιπλέον, είναι εξαιρετικά ανθεκτικό. Σε περιβάλλοντα υψηλών κραδασμών, ισχυρών παρεμβολών όπως ειδικά οχήματα (όπως εκσκαφείς, ανατρεπόμενα φορτηγά και λεωφορεία), οι πολύπλοκες ψηφιακές διεπαφές είναι επιρρεπείς σε προβλήματα οθόνης λόγω χαλάρωσης ή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η πλακέτα ανάπτυξης LPA3588 της Neardi έχει σχεδιαστεί ειδικά για τέτοια σενάρια, υποστηρίζοντας έως και 8 κανάλια εισόδου κάμερας 1080P AHD. Φανταστείτε ένα όχημα υγιεινής ή logistics εξοπλισμένο με 8 κάμερες γύρω από το μπροστινό, πίσω, αριστερό, δεξί, πάνω και κάτω μέρος του— το LPA3588 μπορεί να λάβει σταθερά και τα 8 κανάλια σημάτων και με το NPU του RK3588, να εκτελέσει πρόβλεψη σύγκρουσης περιμετρικής περιοχής πλήρους εμβέλειας. Αυτή είναι πραγματικά απόδοση επιπέδου «ειδικών δυνάμεων».

Κεντρικός υπολογιστής ελέγχου οχήματος LPA3588

Πλεονεκτήματα: Ανθεκτικό, προσιτό και μεγάλη απόσταση μετάδοσης. Οι απαιτήσεις του για καλώδια είναι απίστευτα χαμηλές—οποιοδήποτε ομοαξονικό καλώδιο μπορεί να μεταδώσει σταθερά σήματα για 100 έως 200 μέτρα, και ακόμη περισσότερο υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Επιπλέον, η μετάδοση του σήματος είναι σε πραγματικό χρόνο και ασυμπίεστο, χωρίς τη λανθάνουσα κατάσταση που σχετίζεται με τα καλώδια Ethernet. Για σκληρά περιβάλλοντα με περιορισμένους προϋπολογισμούς που απαιτούν παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο μεγάλων αποστάσεων (όπως πλάνα από γερανούς κατασκευών), είναι ο αδιαμφισβήτητος πρωταθλητής.

Μειονεκτήματα: Δεν υποστηρίζει «αμφίδρομη επικοινωνία». Το AHD μεταδίδει κυρίως σήματα βίντεο μονοκατευθυντικά—δεν υπάρχει τρόπος να στείλετε πολύπλοκες εντολές στην κάμερα (όπως ρύθμιση παραμέτρων σε βάθος) μέσω αυτού του καλωδίου. Επιπλέον, το ανώτατο όριο της ποιότητας εικόνας περιορίζεται από το αναλογικό πρότυπο, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη της καθαρότητας των ψηφιακών σημάτων, με ανεπαίσθητο θόρυβο ορατό σε μεγάλες οθόνες.

Σενάρια εφαρμογής: Αναβαθμίσεις επιτήρησης σε παλιές κατοικημένες περιοχές, εικόνες οπισθοπορείας και όπισθεν για λεωφορεία/φορτηγά, ακόμη και κάποιος χαμηλού κόστους εξοπλισμός υπόγειας λειτουργίας.

Αυτή είναι επί του παρόντος η τεχνολογία «κορυφαίου επιπέδου» στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Φανταστείτε ένα αυτόνομο όχημα με κάμερες τοποθετημένες στο μπροστινό μέρος, ενώ ο κύριος υπολογιστής ελέγχου βρίσκεται στον κορμό—χωρισμένο από απόσταση μεγαλύτερη των δέκα μέτρων και περιτριγυρισμένο από παρεμβολές από διάφορους κινητήρες υψηλής τάσης. Το MIPI δεν μπορεί να φτάσει τόσο μακριά, το USB είναι επιρρεπές σε σφάλματα και το Ethernet έχει υψηλή λανθάνουσα κατάσταση. Έτσι, η τεχνολογία SerDes (Serializer/Deserializer) δημιουργήθηκε. Το GMSL ξεχωρίζει ανάμεσά τους: «συσκευάζει εύθραυστα σήματα MIPI σε σιδερένια μπλοκ» (σειριοποίηση) στο άκρο μετάδοσης, τα στέλνει μέσω ανθεκτικών θωρακισμένων καλωδίων και στη συνέχεια τα «αποσυσκευάζει και τα αποκαθιστά» σε MIPI στο άκρο λήψης.

Πλεονεκτήματα: Ολοκληρωμένο και υψηλής απόδοσης. Επιτυγχάνει πραγματικό «τέσσερα σε ένα σε ένα μόνο καλώδιο»: ένα καλώδιο χειρίζεται βίντεο, ήχο, αμφίδρομα σήματα ελέγχου (I2C/UART) και ρεύμα (PoC) ταυτόχρονα. Διαθέτει εξαιρετικά υψηλό εύρος ζώνης (υποστηρίζοντας 8 megapixel, 90fps), με λανθάνουσα κατάσταση από άκρο σε άκρο ελεγχόμενη στο επίπεδο του χιλιοστού του δευτερολέπτου—πολύ χαμηλότερη από τις λύσεις USB ή Ethernet—και συμμορφώνεται με αυστηρά πρότυπα αυτοκινητοβιομηχανίας.

Μειονεκτήματα: Ακριβό και κλειστό οικοσύστημα. Η τιμή του είναι συχνά δέκα έως εκατό φορές μεγαλύτερη από τις λύσεις USB. Οι συνηθισμένοι προγραμματιστές δύσκολα μπορούν να λάβουν το πλήρες εγχειρίδιο πρωτοκόλλου του και ο εντοπισμός σφαλμάτων απαιτεί συνήθως ακριβό εξειδικευμένο εξοπλισμό.

Σενάρια εφαρμογής: Αυτόνομα οχήματα οδήγησης στα επίπεδα L2/L3/L4, προηγμένα χειρουργικά ρομπότ και ρομπότ κινητών αποθηκών υψηλής τεχνολογίας (AGV). Είναι η μόνη επιλογή για κινητές συσκευές υψηλής τεχνολογίας που περιλαμβάνουν «καταστάσεις ζωής ή θανάτου» ή «αποκρίσεις σε πραγματικό χρόνο εξαιρετικά χαμηλής λανθάνουσας κατάστασης».

Δεν υπάρχει «καλύτερη» διεπαφή—μόνο η πιο κατάλληλη για το σενάριο. Χρησιμοποιήστε USB για επιδείξεις εργαστηρίου, MIPI για προϊόντα υψηλής απόδοσης, RJ45 για απομακρυσμένη παρακολούθηση και σφίξτε τα δόντια σας για GMSL όταν πρόκειται για εφαρμογές αυτοκινήτων ή αυτοματισμού υψηλής τεχνολογίας.