カメラ インターフェース 選択 に 関する 究極 的 な ガイド: MIPI から GMSL まで

正直に言うと 組み込みや人工知能のプロジェクトで 仕事をしている友人は 奇妙な形をしたカメラインターフェースの テーブルを初めて見ると画像の伝達のためだけに 使われていますが配線されているものもあれば エレベーターのコアキシアルケーブルのようなものもありますがこれは,製造者が故意に物事を困難にするものではありません.インターフェースの選択は基本的に,帯域幅,距離,レイテンシー,コストの4つの要素のトレードオフに縮小されます.本日の教科書用用語に時間を無駄にしないで 素直に このインターフェースが実際にどのように機能するかについて話しましょう.

DVPは古き良き"並列通路"のようなもので 8から16のデータ線と 時計線と同期信号線で構成されています順番に並んで歩いている人のように.

利点: その最大のメリットは,シンプルさと直感性にあります. 複雑な暗号化と解読の論理を必要とせずに,原始レベルの信号を送信します. 簡単なドライバーがそれを動作させるのに十分です.低級マイクロコントローラでも簡単に処理できます.

欠点: 性能上限はかなり低い.複数の線路を並列に配置すると,送信速度が増加すると (すなわち周波数が上昇すると),線間には 激しい交差音と タイミングの歪みが発生します. 周波数が上がると,画面は雪花のようなノイズで満たされます. したがって,それは非常に狭い帯域幅があり,基本的に高画質の時代では時代遅れです.

応用シナリオ: 現在,DPVは基本的に二次的な役割に戻り,主にバーコードスキャナー,低ピクセル玩具,または単純なセンサーデータ取得シナリオで使用されています.プロジェクトにQRコードのみをスキャンする必要がある場合DVPは依然として最も費用対効果の高い選択肢です

なぜ携帯電話は4K,あるいは8Kの動画を撮影できるのか? MIPIのおかげで. MIPI D-PHY/C-PHYの低振幅差異伝送モードを採用している."LVDSより微妙で効率的な差異信号"と考えられます普通の部隊ではなく 高度に協調した"エリート特殊部隊"のグループが 互いに絡んでいるのです非常に強力な反干渉能力と 信じられないほど高いデータ送信効率を誇っています例えば,私たちの通常の Neardi 開発ボードの全てのモデルは,基本的に MIPI カメラインターフェースを標準装備しています.

LKB3576開発委員会

利点超低電力消費と相まって 非常に高い帯域幅で 驚くほどの量のデータを 最小限の電力損失で送信できますSoC内の ISP (画像信号プロセッサ) と直接接続するつまり,画像が受信されるとすぐに,ISPは,CPUを全く関わさずに処理作業 (色分別,デノイズ,シャープ) を即座に引き継ぐことができます.

欠点信号は,少しでも遠くに PCB の痕跡をルーティングした場合,失われたでしょう. さらに,MIPIデバッグはすべての開発者の悪夢です. 複雑な D-PHY または C-PHY 物理層ロジックに対処する必要があります.画像の質のパラメータファイルも最適化します

応用シナリオ携帯電話,タブレット,インベテッド AI ボックス (RK3576/Raspberry Pi) のコアインターフェースです.MIPIは通常,機内直線接続のシナリオでは最も専門的で効率的な選択です.

USBカメラはUVC (USB Video Class) プロトコルに依存し,プラグアンドプレイ画像出力を可能にします.ほとんどの開発者はNeardi RK3588統合デバイスは,通常複数の予約されたUSB 3.0インターフェースで提供されています.システム層は既にUVCドライバーの適応を完了しました高価なMIPIモジュールを持っていない場合でも,USBカメラをNeardiボードに直接接続し,アルゴリズムをスムーズに実行できます.

LPB3588 インテリジェントコンピュータ

利点実験室でアルゴリズム検証やデモプレゼンテーションを行うには 5分で画像を得ることができます開発者にとって 生命の救いとなるローカルストアで簡単に購入できるカメラを使えます.

欠点: その便利さはCPU資源の犠牲に来る.USB経由で送信される原始画像データは過剰に大きい.USB 2.0は単に処理できない.したがって,MJPEG または H を使ってフレームを圧縮します..264 内部.結果として,あなたのCPUは,その計算力のかなりの部分をデコンプレッションに割り当てなければならない.多くの初心者は,YOLOモデルを実行することが遅すぎると文句を言う.実際には,モデル推論を始める前に既にストレッチされています. SoC が VPU ハードウェア 解読をサポートし,対応するドライバが正しく設定されている場合,USB カメラからの CPU 負荷は大幅に削減できます.しかし,全体の遅延はまだMIPIと一致することはできませんさらに,圧縮と解圧プロセスは,数十から数百ミリ秒までの知覚可能な遅延を導入します.

応用シナリオ: ビデオ会議,外部コンピュータカメラ,実験室でのアルゴリズムデモ,そして単純な産業品質検査.ホストが余分なコンピューティングパワーを持っている場合USBは完全に実行可能な選択肢です

カメラをカフェテリアの天井に 設置する必要がある場合や 何キロも離れた道路の交差点に 設置する必要がある場合 イーサネットケーブルは ほぼ最も普遍的で成熟した選択肢です競争が激しくてハードウェアメーカーは,インターフェースの構成に尽力しています.例えばNeardiのLPM3588インテリジェントコンピュータはNVR (ネットワークビデオレコーダー) 市場向けに,非常に強力な構成を誇っています:最大5ギガビットイーサネット (1000M) ポートと1つのファストイーサネット (100M) ポートをサポートします.この設計は単に複数の高画質のネットワークカメラを "フィード"するために構築されています高画質のビデオストリームの 6 つ以上のチャンネルが同時に受信されても,ギガビット帯域幅はボトルネックなしで簡単に処理できます.

LPM3588 NVRコンピュータ

利点: 超長距離の送信距離 (100メートル級) をスイッチで無期限に延長できる.開発者の間で最も人気があるのはPoEサポートです.LPM3588のようなマルチポート設計により,外部スイッチの必要性がなくなり,NVRシステムの配線の複雑性が大幅に簡素化される.

欠点画像は圧縮,ネットワークパッケージング,送信,そして解圧を通過する必要があります.イーサネットカメラの応答速度は少し遅い.

応用シナリオセキュリティ監視,スマートシティ,カフェテリア/スーパーマーケットの人流統計,地域間の遠隔ネットワーク壁や電源の柱に設置されたカメラのほとんどすべてがこのインターフェースを使用します.

工場のワークショップや鉱山や高速移動車両では 普通のインターフェースは半日しか使えません ここでインターフェースは 2つの究極の問題を解決しなければなりません騒々しい電磁気環境で信号をきれいに保つ方法信号を遠くから速く送信する方法

多くの人は"アナログ信号"は 長い間 博物館に保管されるべきだと考えていますが AHDは デジタル時代において 強制的にニッチを作りました高画質のビデオ信号を 古き良き同軸ケーブルに圧縮する 高周波キャリア技術を使用します特殊車両 (掘削機,ダンプトラック,バスなど) のような高振動,強い干渉環境では,複雑なデジタルインターフェースは,放松または電磁波による画面障害に易いNeardiのLPA3588開発ボードは,このようなシナリオのために特別に設計されており,最大8チャンネルの1080P AHDカメラ入力をサポートしています.前面に8台のカメラを装着した衛生設備や物流車両を想像してください,後方,左,右,上,下部 LPA3588は8つの信号のチャネルを安定して受信することができ,RK3588のNPUで,全範囲の周辺抗衝突予測を実行します.これは本当に"特殊部隊"レベルのパフォーマンスです.

LPA3588 車両制御ホスト

利点ケーブルの要求は非常に低く 100~200mの距離で安定した信号を送信できます特定の条件下でさらに遠くさらに,Ethernetケーブルに伴う遅延なく,信号の送信はリアルタイムで圧縮されていない.予算が限られている厳しい環境で,長距離リアルタイムモニタリングが必要 (建設クレーン映像など)争いのないチャンピオンだ

欠点: "双方向通信"はサポートしません.AHDは主に片方向でビデオ信号を送信します.このケーブルを通してカメラに複雑なコマンドを送信する方法はありません (深度パラメータ調整など).さらに,画像品質の上限はアナログ標準によって制限されており,デジタル信号の純度を達成することは困難であり,大きな画面では微妙なノイズが見える.

応用シナリオ: 古い住宅区の監視装置の改良,バス/トラック用のバックビューとリバース画像,そして低コストの地下操作機器さえも.

これは自動車業界における 最先端の技術です 前部にカメラを設置した自動運転車です主な制御コンピュータがトランクにあり 10m以上隔てられ,様々な高電圧モーターからの干渉に囲まれていますMIPIはそこまで到達できない.USBはクラッシュしやすいし,イーサネットは遅延が高い.したがって,SerDes (Serializer/Deserializer) 技術は誕生した.GMSLはそれらの中でも顕著である:送信端で繊細なMIPI信号を鉄ブロックにパッケージ化します断固とした遮断ケーブルを通って送って,受信端のMIPIに"解き放ち"返します.

利点: 汎用性・高性能性.単一のケーブルで真の"四合一"を実現する.1つのケーブルでビデオ,オーディオ,双方向制御信号 (I2C/UART) と電源 (PoC) を同時に処理する.8メガピクセルに対応しています.端から端まで遅延がミリ秒で制御可能で,USBやイーサネットソリューションよりもはるかに低くなっており,厳格な自動車級規格に適合しています.

欠点: 高価で閉ざされたエコシステム.その価格はUSBソリューションの10倍から100倍です.普通の開発者は完全なプロトコルマニュアルを入手することはほとんどできません.通常 高価な特殊機器が必要です.

応用シナリオ: L2/L3/L4レベルの自動運転車両,高度な外科ロボット,高級モバイル倉庫ロボット (AGV)"生死を問う状況"や"超低遅延リアルタイム応答"を伴う 高級モバイルデバイスの唯一の選択肢です.

"最高の"インターフェースは存在しない.シナリオに最も適したインターフェースのみです.ラボデモ用のUSB,高性能製品のMIPI,リモートモニタリング用のRJ45,自動車やハイエンドの自動化アプリケーションに関しては,GMSLのために歯を磨く.