अंधेरे विकल्प बनाना बंद करो! कैमरा इंटरफेस चयन के लिए एक अंतिम गाइडः एमआईपीआई से जीएमएसएल तक

सच कहूँ तो, एम्बेडेड या एआई प्रोजेक्ट पर काम करने वाले दोस्तों के लिए, जब वे पहली बार अजीब आकार के कैमरा इंटरफेस से भरी एक टेबल देखते हैं, तो उनके मन में शायद यही विचार आता है: "ये सब सिर्फ इमेज ट्रांसमिट करने के लिए हैं—क्या उन्हें वास्तव में इतना विविध होने की आवश्यकता है?" कुछ रंगीन फ्लैट केबल्स के साथ आते हैं, कुछ एलिवेटर में पुराने कोएक्सियल केबल्स की तरह दिखते हैं, और अन्य में यहां तक कि एक ईथरनेट केबल भी जुड़ा होता है। वास्तव में, यह निर्माताओं द्वारा जानबूझकर चीजें मुश्किल बनाने का मामला नहीं है। इंटरफेस का चुनाव अनिवार्य रूप से चार कारकों के बीच एक समझौता है: बैंडविड्थ, दूरी, विलंबता और लागत। आज हम पाठ्यपुस्तक की शब्दावली पर समय बर्बाद नहीं करेंगे—आइए सीधे मुद्दे पर आते हैं और बात करते हैं कि ये इंटरफेस वास्तव में कैसे काम करते हैं।

DVP एक पुराने जमाने के "साइड-बाय-साइड बुलेवार्ड" की तरह है, जिसमें 8 से 16 डेटा लाइनें, साथ ही एक क्लॉक लाइन और सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल लाइनें शामिल हैं। यह समानांतर ट्रांसमिशन को अपनाता है, जहां डेटा को एक व्यवस्थित तरीके से प्रेषित किया जाता है जैसे कि लोगों का एक गठन कतार में मार्च कर रहा हो।

लाभ: इसकी सबसे बड़ी खूबी सादगी और स्पष्टता में निहित है। यह जटिल एन्कोडिंग और डिकोडिंग तर्क की आवश्यकता के बिना कच्चे स्तर के सिग्नल प्रसारित करता है। इसे काम करने के लिए एक साधारण ड्राइवर ही पर्याप्त है, और यहां तक कि कम-अंत वाले माइक्रो कंट्रोलर भी इसे आसानी से संभाल सकते हैं।

नुकसान: इसकी प्रदर्शन सीमा काफी कम है। समानांतर में व्यवस्थित कई लाइनों के साथ, जब ट्रांसमिशन गति बढ़ती है (यानी, आवृत्ति बढ़ती है), तो लाइनों के बीच गंभीर क्रॉसस्टॉक और टाइमिंग तिरछापन होगा। एक बार आवृत्ति बढ़ने पर, स्क्रीन बर्फ के टुकड़े जैसी शोर से भर जाएगी। इसलिए, इसमें बहुत कम बैंडविड्थ है और यह मूल रूप से उच्च-परिभाषा युग में अप्रचलित है।

अनुप्रयोग परिदृश्य: आजकल, DVP मूल रूप से एक माध्यमिक भूमिका में वापस आ गया है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से बारकोड स्कैनर, कम-पिक्सेल वाले खिलौनों या सरल सेंसर डेटा अधिग्रहण परिदृश्यों में किया जाता है। यदि आपके प्रोजेक्ट को केवल QR कोड स्कैन करने की आवश्यकता है, तो DVP अभी भी सबसे अधिक लागत प्रभावी विकल्प है।

मोबाइल फोन 4K या यहां तक कि 8K वीडियो क्यों शूट कर सकते हैं? MIPI के लिए धन्यवाद। यह MIPI D-PHY/C-PHY के कम-स्विंग विभेदक ट्रांसमिशन मोड को अपनाता है। आप इसे "एक प्रकार का विभेदक सिग्नल मान सकते हैं जो LVDS से अधिक नाजुक है लेकिन अधिक कुशल है"। यह अब एक साधारण गठन की तरह नहीं है, बल्कि एक-दूसरे के चारों ओर मुड़े हुए अत्यधिक समन्वित "कुलीन विशेष बलों" के समूह हैं। यह बेहद मजबूत एंटी-इंटरफेरेंस क्षमता और अविश्वसनीय रूप से उच्च डेटा ट्रांसमिशन दक्षता का दावा करता है। उदाहरण के लिए, हमारे नियमित नेअर्डी डेवलपमेंट बोर्ड के सभी मॉडल मूल रूप से MIPI कैमरा इंटरफेस से मानक के रूप में सुसज्जित हैं।

LKB3576 डेवलपमेंट बोर्ड

लाभ: बेहद उच्च बैंडविड्थ के साथ अल्ट्रा-लो पावर खपत। यह न्यूनतम बिजली हानि के साथ डेटा की एक आश्चर्यजनक मात्रा प्रसारित कर सकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह सीधे SoC के अंदर ISP (इमेज सिग्नल प्रोसेसर) के साथ इंटरफेस करता है। इसका मतलब है कि जैसे ही इमेज आती है, ISP CPU को बिल्कुल भी शामिल किए बिना प्रोसेसिंग कार्यों (कलर ग्रेडिंग, डीनोइजिंग, शार्पनिंग) को तुरंत संभाल सकता है।

नुकसान: यह वास्तव में नाजुक है। ट्रांसमिशन दूरी आमतौर पर 30 सेंटीमीटर से अधिक नहीं हो सकती है; यदि PCB ट्रेस को थोड़ा भी दूर रूट किया जाता है तो सिग्नल खो जाएगा। इसके अलावा, MIPI डिबगिंग सभी डेवलपर्स के लिए एक दुःस्वप्न है—आपको जटिल D-PHY या C-PHY फिजिकल लेयर लॉजिक को संभालना होगा, और उन बाल खींचने वाली इमेज क्वालिटी पैरामीटर फ़ाइलों को भी अनुकूलित करना होगा।

अनुप्रयोग परिदृश्य: यह मोबाइल फोन, टैबलेट और एम्बेडेड एआई बॉक्स (RK3576/Raspberry Pi) के लिए मुख्य इंटरफेस है। यदि आप उच्च-वास्तविक समय चेहरे की पहचान या बाधा से बचने वाले एल्गोरिदम पर काम कर रहे हैं, तो MIPI आमतौर पर ऑन-बोर्ड डायरेक्ट कनेक्शन परिदृश्यों के लिए सबसे अधिक पेशेवर और कुशल विकल्प है।

USB कैमरे UVC (USB वीडियो क्लास) प्रोटोकॉल पर निर्भर करते हैं, जो प्लग-एंड-प्ले इमेज आउटपुट को सक्षम करता है। अधिकांश डेवलपर्स के नेअर्डी RK3588 एकीकृत डिवाइस आमतौर पर कई आरक्षित USB 3.0 इंटरफेस के साथ आते हैं, और सिस्टम लेयर ने पहले ही UVC ड्राइवर अनुकूलन पूरा कर लिया है। यहां तक कि अगर आपके हाथ में एक महंगा MIPI मॉड्यूल नहीं है, तो आप सीधे एक USB कैमरा को नेअर्डी बोर्ड से कनेक्ट कर सकते हैं और फिर भी एल्गोरिदम को सुचारू रूप से चला सकते हैं।

LPB3588 इंटेलिजेंट कंप्यूटर

लाभ: प्लग-एंड-प्ले (ड्राइवर-मुक्त) कार्यक्षमता इसकी सबसे बड़ी किलर विशेषता है। लैब में एल्गोरिदम सत्यापन और डेमो प्रस्तुतियों के लिए, आप 5 मिनट में इमेज प्राप्त कर सकते हैं, जिससे यह डेवलपर्स के लिए एक लाइफसेवर बन जाता है। इसके अतिरिक्त, इसमें बेहद कम लागत है—आप किसी भी कैमरे का उपयोग कर सकते हैं जिसे आसानी से स्थानीय स्टोर से खरीदा जा सकता है।

नुकसान: इसकी सुविधा CPU संसाधनों की कीमत पर आती है। USB के माध्यम से प्रेषित कच्चा इमेज डेटा अत्यधिक बड़ा है; USB 2.0 इसे संभाल नहीं सकता है। इसलिए, कैमरा पहले MJPEG या H.264 का उपयोग करके फ्रेम को संपीड़ित करेगा। नतीजतन, आपके CPU को अपनी कंप्यूटिंग शक्ति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा डिकंप्रेशन के लिए आवंटित करना होगा। कई शुरुआती शिकायत करते हैं कि YOLO मॉडल चलाना बहुत धीमा है—वास्तव में, CPU मॉडल अनुमान शुरू करने से पहले ही फ्रेम को डिकोड करने से तनावग्रस्त हो जाता है। यदि SoC VPU हार्डवेयर डिकोडिंग का समर्थन करता है और संबंधित ड्राइवर ठीक से कॉन्फ़िगर किए गए हैं, तो USB कैमरों से CPU लोड को काफी कम किया जा सकता है, लेकिन समग्र विलंबता अभी भी MIPI से मेल नहीं खा सकती है। इसके अतिरिक्त, संपीड़न और डिकंप्रेशन प्रक्रिया एक बोधगम्य विलंबता पेश करती है जो दसियों से सैकड़ों मिलीसेकंड तक होती है।

अनुप्रयोग परिदृश्य: वीडियो कॉन्फ्रेंसिंग, बाहरी कंप्यूटर कैमरे, लैब में एल्गोरिदम डेमो, और सरल औद्योगिक गुणवत्ता निरीक्षण। यदि आपकी वास्तविक समय की प्रदर्शन आवश्यकताएं बेहद सख्त नहीं हैं और होस्ट में अतिरिक्त कंप्यूटिंग शक्ति है, तो USB पूरी तरह से व्यवहार्य विकल्प है।

जब एक कैमरे को कैफेटेरिया की छत पर या यहां तक कि सड़क के चौराहे पर कई किलोमीटर दूर स्थापित करने की आवश्यकता होती है, तो एक ईथरनेट केबल लगभग सबसे सार्वभौमिक और परिपक्व विकल्प होता है। ऐसी उच्च-समवर्ती, लंबी दूरी की निगरानी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, हार्डवेयर निर्माताओं ने इंटरफेस कॉन्फ़िगरेशन में कोई कसर नहीं छोड़ी है। नेअर्डी के LPM3588 इंटेलिजेंट कंप्यूटर को एक उदाहरण के रूप में लें—NVR (नेटवर्क वीडियो रिकॉर्डर) बाजार के लिए तैयार किया गया, यह बेहद शक्तिशाली कॉन्फ़िगरेशन का दावा करता है: यह 5 गीगाबिट ईथरनेट (1000M) पोर्ट और 1 फास्ट ईथरनेट (100M) पोर्ट तक का समर्थन करता है। यह डिज़ाइन बस कई हाई-डेफिनिशन नेटवर्क कैमरों को "खिलाने" के लिए बनाया गया है; यहां तक कि अगर 6 या अधिक चैनल हाई-डेफिनिशन वीडियो स्ट्रीम एक साथ आते हैं, तो गीगाबिट बैंडविड्थ उन्हें बिना किसी बाधा के आसानी से संभाल सकता है।

LPM3588 NVR कंप्यूटर

लाभ: बेहद लंबी ट्रांसमिशन दूरी (100-मीटर क्लास), जिसे स्विच के माध्यम से अनिश्चित काल तक बढ़ाया जा सकता है। डेवलपर्स के बीच सबसे लोकप्रिय इसका PoE समर्थन है—एक ईथरनेट केबल बिजली आपूर्ति और डेटा ट्रांसमिशन दोनों को संभालता है। LPM3588 जैसा मल्टी-पोर्ट डिज़ाइन एक बाहरी स्विच की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे NVR सिस्टम की वायरिंग जटिलता बहुत कम हो जाती है।

नुकसान: अपेक्षाकृत उच्च विलंबता। क्योंकि छवियों को संपीड़न, नेटवर्क पैकेजिंग, ट्रांसमिशन और फिर डिकंप्रेशन से गुजरना होगा। MIPI के मूल वास्तविक समय प्रदर्शन की तुलना में, ईथरनेट कैमरे प्रतिक्रिया गति में थोड़े धीमे होते हैं।

अनुप्रयोग परिदृश्य: सुरक्षा निगरानी, ​​स्मार्ट शहर, कैफेटेरिया/सुपरमार्केट में लोगों की संख्या के आंकड़े, और क्रॉस-रीजनल रिमोट नेटवर्किंग। सीधे शब्दों में कहें तो, दीवारों या उपयोगिता ध्रुवों पर स्थापित लगभग सभी कैमरे इस इंटरफेस का उपयोग करते हैं।

फैक्टरी वर्कशॉप, खानों या उच्च गति वाले वाहनों में, साधारण इंटरफेस मुश्किल से आधे दिन तक चल सकते हैं। यहां इंटरफेस को दो अंतिम समस्याओं को हल करना होगा: शोर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वातावरण में साफ सिग्नल कैसे बनाए रखें? और सिग्नल को दूर और तेजी से कैसे प्रसारित करें?

कई लोग सोचते हैं कि "एनालॉग सिग्नल" को बहुत पहले संग्रहालयों में भेज दिया जाना चाहिए था, लेकिन AHD ने डिजिटल युग में जबरदस्ती एक जगह बनाई है। यह हाई-डेफिनिशन वीडियो सिग्नल को पुराने जमाने के कोएक्सियल केबल्स में निचोड़ने के लिए उच्च-आवृत्ति वाहक तकनीक का उपयोग करता है। इतना ही नहीं, यह बेहद मजबूत भी है। उच्च-कंपन, मजबूत-हस्तक्षेप वाले वातावरण जैसे विशेष वाहन (जैसे उत्खननकर्ता, डंप ट्रक और बसें), जटिल डिजिटल इंटरफेस ढीले होने या इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों के कारण स्क्रीन ग्लिच के लिए प्रवण होते हैं। नेअर्डी का LPA3588 डेवलपमेंट बोर्ड विशेष रूप से ऐसे परिदृश्यों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो 8 चैनलों तक 1080P AHD कैमरा इनपुट का समर्थन करता है। एक स्वच्छता या लॉजिस्टिक वाहन की कल्पना करें जो अपने सामने, पीछे, बाएं, दाएं, ऊपर और नीचे के चारों ओर 8 कैमरों से लैस है— LPA3588 सभी 8 चैनलों के सिग्नल को स्थिर रूप से प्राप्त कर सकता है, और RK3588 के NPU के साथ, पूर्ण-रेंज परिमाप एंटी-टकराव भविष्यवाणी कर सकता है। यह वास्तव में "विशेष बलों" स्तर का प्रदर्शन है।

LPA3588 वाहन नियंत्रण होस्ट

लाभ: मजबूत, किफायती और लंबी ट्रांसमिशन दूरी। केबल्स के लिए इसकी आवश्यकताएं अविश्वसनीय रूप से कम हैं—कोई भी कोएक्सियल केबल 100 से 200 मीटर तक और विशिष्ट परिस्थितियों में और भी आगे तक सिग्नल को स्थिर रूप से प्रसारित कर सकता है। इसके अतिरिक्त, इसका सिग्नल ट्रांसमिशन वास्तविक समय और असम्पीडित है, जिसमें ईथरनेट केबल्स से जुड़ी विलंबता नहीं है। कठोर वातावरण के लिए सीमित बजट के साथ जिन्हें लंबी दूरी की वास्तविक समय निगरानी की आवश्यकता होती है (जैसे निर्माण क्रेन फुटेज), यह निर्विवाद चैंपियन है।

नुकसान: "दो-तरफा संचार" का समर्थन नहीं करता है। AHD मुख्य रूप से वीडियो सिग्नल को एकतरफा रूप से प्रसारित करता है—इस केबल के माध्यम से कैमरे को जटिल कमांड (जैसे गहन पैरामीटर समायोजन) भेजने का कोई तरीका नहीं है। इसके अलावा, इमेज क्वालिटी की ऊपरी सीमा एनालॉग मानक द्वारा प्रतिबंधित है, जिससे डिजिटल सिग्नल की शुद्धता प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है, बड़े स्क्रीन पर सूक्ष्म शोर दिखाई देता है।

अनुप्रयोग परिदृश्य: पुराने आवासीय क्षेत्रों में निगरानी उन्नयन, बसों/ट्रकों के लिए रियरव्यू और रिवर्स इमेज, और यहां तक कि कुछ कम लागत वाले भूमिगत संचालन उपकरण।

यह वर्तमान में ऑटोमोटिव क्षेत्र में "टॉप-टियर" तकनीक है। एक स्वायत्त ड्राइविंग वाहन की कल्पना करें जिसमें कैमरे सामने लगे हों, जबकि मुख्य नियंत्रण कंप्यूटर ट्रंक में हो—दस मीटर से अधिक की दूरी पर और विभिन्न उच्च-वोल्टेज मोटरों से हस्तक्षेप से घिरा हुआ। MIPI इतनी दूर तक नहीं पहुंच सकता, USB क्रैश होने की संभावना है, और ईथरनेट में उच्च विलंबता है। इस प्रकार, SerDes (सीरियलाइज़र/डीसेरियलाइज़र) तकनीक अस्तित्व में आई। GMSL उनमें से एक है: यह ट्रांसमिटिंग एंड पर "नाजुक MIPI सिग्नल को आयरन ब्लॉक में पैक करता है" (सीरियलाइज़ेशन), उन्हें मजबूत परिरक्षित केबल्स के माध्यम से भेजता है, और फिर उन्हें रिसीविंग एंड पर MIPI में "अनपैक और पुनर्स्थापित" करता है।

लाभ: ऑल-राउंड और हाई-परफॉर्मेंस। यह एक ही केबल पर वास्तविक "चार-इन-वन" प्राप्त करता है: एक केबल वीडियो, ऑडियो, दो-तरफा नियंत्रण सिग्नल (I2C/UART), और बिजली (PoC) को एक साथ संभालता है। यह बेहद उच्च बैंडविड्थ (8-मेगापिक्सल, 90fps का समर्थन) का दावा करता है, जिसमें एंड-टू-एंड विलंबता मिलीसेकंड स्तर पर नियंत्रणीय होती है—USB या ईथरनेट समाधानों की तुलना में बहुत कम—और सख्त ऑटोमोटिव-ग्रेड मानकों का अनुपालन करता है।

नुकसान: महंगा और बंद इकोसिस्टम। इसकी कीमत अक्सर USB समाधानों की तुलना में दस से सौ गुना होती है। साधारण डेवलपर्स को शायद ही इसका पूरा प्रोटोकॉल मैनुअल मिल पाए, और डिबगिंग के लिए आमतौर पर महंगे विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग परिदृश्य: L2/L3/L4 स्तरों पर स्वायत्त ड्राइविंग वाहन, उन्नत सर्जिकल रोबोट, और हाई-एंड मोबाइल वेयरहाउस रोबोट (AGV)। यह हाई-एंड मोबाइल डिवाइस के लिए एकमात्र विकल्प है जिसमें "जीवन-या-मृत्यु की स्थिति" या "अल्ट्रा-लो-लेटेंसी रियल-टाइम प्रतिक्रियाएं" शामिल हैं।

कोई "सर्वश्रेष्ठ" इंटरफेस नहीं है—केवल परिदृश्य के लिए सबसे उपयुक्त। लैब डेमो के लिए USB का उपयोग करें, हाई-परफॉर्मेंस उत्पादों के लिए MIPI का उपयोग करें, रिमोट मॉनिटरिंग के लिए RJ45 का उपयोग करें, और ऑटोमोटिव या हाई-एंड ऑटोमेशन अनुप्रयोगों की बात आने पर GMSL के लिए दांत पीसें।