맹목적 인 선택 을 멈추십시오! 카메라 인터페이스 선택에 대한 궁극적 인 가이드: MIPI 에서 GMSL 로

솔직히 임베디드나 AI 프로젝트에 참여하는 친구들은 처음으로 이상한 모양의 카메라 인터페이스가 가득한 테이블을 봤을 때 '다 이미지 전송용일 뿐인데 이렇게 다양할 필요가 있을까?'라는 속마음을 품었을 것입니다. 일부는 컬러풀한 플랫 케이블과 함께 제공되고 일부는 엘리베이터의 오래된 동축 케이블처럼 보이며 일부는 이더넷 케이블이 연결되어 있습니다. 사실 제조사가 일부러 일을 어렵게 만드는 것은 아닙니다. 인터페이스 선택은 본질적으로 대역폭, 거리, 대기 시간 및 비용이라는 네 가지 요소 간의 균형으로 귀결됩니다. 오늘은 교과서 전문 용어로 시간을 낭비하지 않고 본론으로 들어가 이러한 인터페이스가 실제로 어떻게 작동하는지 이야기해 보겠습니다.

DVP는 8~16개의 데이터 라인과 클록 라인 및 동기화 신호 라인으로 구성된 구식 "나란한 대로"와 같습니다. 사람들이 줄을 서서 행진하는 것처럼 데이터가 질서정연하게 전송되는 병렬 전송을 채택합니다.

장점: 가장 큰 장점은 단순성과 직설성에 있습니다. 복잡한 인코딩 및 디코딩 로직 없이 원시 레벨 신호를 전송합니다. 간단한 드라이버만으로도 작동이 가능하며, 저가형 마이크로컨트롤러라도 쉽게 처리할 수 있습니다.

단점: 성능 상한선이 다소 낮습니다. 여러 라인을 병렬로 배열한 경우 전송 속도가 증가하면(즉, 주파수가 상승) 라인 사이에 심각한 누화 및 타이밍 스큐가 발생합니다. 주파수가 올라가면 화면은 눈송이 같은 소음으로 가득 차게 됩니다. 따라서 대역폭이 매우 좁고 고화질 시대에는 기본적으로 쓸모가 없습니다.

응용 시나리오: 요즘 DVP는 기본적으로 보조 역할로 물러나 주로 바코드 스캐너, 저화소 장난감 또는 간단한 센서 데이터 수집 시나리오에 사용됩니다. 프로젝트에 QR 코드 스캔만 필요한 경우에도 DVP가 가장 비용 효율적인 선택입니다.

휴대폰으로 4K 또는 8K 비디오를 촬영할 수 있는 이유는 무엇입니까? 모두 MIPI 덕분입니다. MIPI D-PHY/C-PHY의 낮은 스윙 차동 전송 모드를 채택합니다. "LVDS보다 섬세하지만 효율적인 차동 신호 유형"이라고 생각하면 됩니다. 그것은 더 이상 일반적인 대형이 아니라 고도로 조직화된 "정예 특수부대"의 그룹이 서로 뒤엉켜 있는 형태입니다. 매우 강력한 간섭 방지 기능과 믿을 수 없을 만큼 높은 데이터 전송 효율성을 자랑합니다. 예를 들어 일반 Neardi 개발 보드의 모든 모델에는 기본적으로 MIPI 카메라 인터페이스가 표준으로 장착되어 있습니다.

LKB3576 개발 보드

장점: 초저전력 소비와 매우 높은 대역폭이 결합되었습니다. 전력 손실을 최소화하면서 놀라운 양의 데이터를 전송할 수 있습니다. 더 중요한 것은 SoC 내부의 ISP(이미지 신호 프로세서)와 직접 인터페이스한다는 것입니다. 이는 이미지가 들어오자마자 ISP가 CPU를 전혀 사용하지 않고도 처리 작업(컬러 그레이딩, 노이즈 제거, 선명화)을 즉시 인계받을 수 있음을 의미합니다.

단점: 정말 섬세해요. 전송 거리는 일반적으로 30cm를 초과할 수 없습니다. PCB 트레이스가 조금이라도 너무 멀리 라우팅되면 신호가 손실됩니다. 게다가 MIPI 디버깅은 모든 개발자에게 악몽입니다. ​​복잡한 D-PHY 또는 C-PHY 물리 계층 로직을 처리하고 까다로운 이미지 품질 매개변수 파일을 최적화해야 하기 때문입니다.

응용 시나리오: 휴대폰, 태블릿, 임베디드 AI 박스(RK3576/Raspberry Pi)의 핵심 인터페이스입니다. 실시간 얼굴 인식 또는 장애물 회피 알고리즘을 작업하는 경우 MIPI는 일반적으로 온보드 직접 연결 시나리오에 가장 전문적이고 효율적인 선택입니다.

USB 카메라는 UVC(USB Video Class) 프로토콜을 사용하므로 플러그 앤 플레이 이미지 출력이 가능합니다. 대부분의 개발자의 Neardi RK3588 통합 장치는 일반적으로 여러 개의 예약된 USB 3.0 인터페이스와 함께 제공되며 시스템 계층은 이미 UVC 드라이버 적용을 완료했습니다. 값비싼 MIPI 모듈이 없더라도 USB 카메라를 Neardi 보드에 직접 연결하고 알고리즘을 원활하게 실행할 수 있습니다.

LPB3588 지능형 컴퓨터

장점: 플러그 앤 플레이(드라이버 프리) 기능이 가장 큰 킬러 기능입니다. 연구실에서의 알고리즘 검증 및 데모 프레젠테이션의 경우 5분 안에 이미지를 얻을 수 있어 개발자에게 생명의 은인이 됩니다. 게다가 가격이 매우 저렴하여 지역 상점에서 쉽게 구입한 카메라를 사용할 수 있습니다.

단점: 편리함은 CPU 리소스를 희생하여 발생합니다. USB를 통해 전송된 원본 이미지 데이터가 너무 큽니다. USB 2.0은 이를 처리할 수 없습니다. 따라서 카메라는 먼저 내부적으로 MJPEG 또는 H.264를 사용하여 프레임을 압축합니다. 결과적으로 CPU는 컴퓨팅 성능의 상당 부분을 압축 해제에 할당해야 합니다. 많은 초보자들은 YOLO 모델 실행이 너무 느리다고 불평합니다. 실제로 CPU는 모델 추론을 시작하기도 전에 프레임 디코딩으로 인해 이미 부담을 느끼고 있습니다. SoC가 VPU 하드웨어 디코딩을 지원하고 해당 드라이버가 올바르게 구성된 경우 USB 카메라의 CPU 로드는 크게 줄어들 수 있지만 전체 대기 시간은 여전히 ​​MIPI와 일치하지 않습니다. 또한 압축 및 압축 해제 프로세스에서는 수십에서 수백 밀리초에 이르는 인지 가능한 대기 시간이 발생합니다.

응용 시나리오: 화상 회의, 외부 컴퓨터 카메라, 실험실 내 알고리즘 데모 및 간단한 산업 품질 검사. 실시간 성능 요구 사항이 극도로 엄격하지 않고 호스트에 잉여 컴퓨팅 성능이 있는 경우 USB는 완벽하게 실행 가능한 선택입니다.

구내식당 천장이나 심지어 몇 킬로미터 떨어진 교차로에 카메라를 설치해야 하는 경우 이더넷 케이블이 거의 가장 보편적이고 성숙한 선택입니다. 이러한 높은 동시성, 장거리 모니터링 요구 사항을 충족하기 위해 하드웨어 제조업체는 인터페이스 구성에 노력을 아끼지 않았습니다. NVR(네트워크 비디오 레코더) 시장에 맞게 맞춤 제작된 Neardi의 LPM3588 지능형 컴퓨터를 예로 들면, 이 컴퓨터는 매우 강력한 구성을 자랑합니다. 최대 5개의 기가비트 이더넷(1000M) 포트와 1개의 고속 이더넷(100M) 포트를 지원합니다. 이 디자인은 단순히 여러 개의 고화질 네트워크 카메라를 "공급"하기 위해 만들어졌습니다. 6개 이상의 고화질 비디오 스트림 채널이 동시에 들어오더라도 기가비트 대역폭은 병목 현상 없이 쉽게 처리할 수 있습니다.

LPM3588 NVR 컴퓨터

장점: 매우 긴 전송 거리(100m급)로 스위치를 통해 무한정 연장할 수 있습니다. 개발자들 사이에서 가장 인기 있는 것은 PoE 지원입니다. 하나의 이더넷 케이블로 전원 공급과 데이터 전송을 모두 처리합니다. LPM3588과 같은 다중 포트 설계는 외부 스위치가 필요하지 않아 NVR 시스템의 배선 복잡성을 크게 단순화합니다.

단점: 상대적으로 지연 시간이 높습니다. 이미지는 압축, 네트워크 패키징, 전송, 압축 해제를 거쳐야 하기 때문입니다. MIPI의 기본 실시간 성능에 비해 이더넷 카메라는 응답 속도가 약간 느립니다.

응용 시나리오: 보안 모니터링, 스마트 시티, 구내식당/슈퍼마켓 유동인구 통계, 지역 간 원격 네트워킹. 간단히 말해서 벽이나 전신주에 설치된 거의 모든 카메라가 이 인터페이스를 사용합니다.

공장 작업장, 광산 또는 고속으로 이동하는 차량에서 일반 인터페이스는 거의 반나절 동안 지속되지 않습니다. 여기서 인터페이스는 두 가지 궁극적인 문제, 즉 시끄러운 전자기 환경에서 깨끗한 신호를 유지하는 방법을 해결해야 합니다. 신호를 멀리 그리고 빠르게 전송하는 방법은 무엇입니까?

많은 사람들은 '아날로그 신호'가 오래 전에 박물관에 맡겨졌어야 했다고 생각하지만 AHD는 디지털 시대에 강제로 틈새 시장을 개척했습니다. 고주파 반송파 기술을 사용하여 고화질 비디오 신호를 구식 동축 케이블에 집어넣습니다. 게다가 매우 견고합니다. 굴삭기, 덤프트럭, 버스 등 특수 차량과 같이 진동이 많고 간섭이 강한 환경에서 복잡한 디지털 인터페이스는 느슨해짐이나 전자파로 인해 화면 결함이 발생하기 쉽습니다. Neardi의 LPA3588 개발 기판은 이러한 시나리오를 위해 특별히 설계되었으며 1080P AHD 카메라 입력의 최대 8개 채널을 지원합니다. 전면, 후면, 왼쪽, 오른쪽, 상단, 하단에 8개의 카메라가 장착된 위생 또는 물류 차량을 상상해 보십시오. LPA3588은 8개 채널의 신호를 모두 안정적으로 수신할 수 있으며 RK3588의 NPU를 사용하면 전체 범위의 주변 충돌 방지 예측을 수행할 수 있습니다. 그야말로 '특수부대' 수준의 성능이다.

LPA3588 차량 제어 호스트

장점: 견고하고 저렴하며 전송거리가 깁니다. 케이블에 대한 요구 사항은 매우 낮습니다. 모든 동축 케이블은 100~200미터, 특정 조건에서는 더 멀리까지 신호를 안정적으로 전송할 수 있습니다. 또한 신호 전송은 이더넷 케이블과 관련된 대기 시간 없이 실시간으로 비압축됩니다. 장거리 실시간 모니터링(예: 건설 크레인 영상)이 필요한 제한된 예산의 열악한 환경에서는 이 제품이 확실한 챔피언입니다.

단점: "양방향 통신"을 지원하지 않습니다. AHD는 주로 비디오 신호를 단방향으로 전송하므로 이 케이블을 통해 카메라에 복잡한 명령(심층 매개변수 조정 등)을 보낼 수 있는 방법이 없습니다. 더욱이 화질의 상한은 아날로그 표준에 의해 제한되어 있어 디지털 신호의 순수성을 달성하기 어렵고 대형 화면에서는 미묘한 노이즈가 보입니다.

응용 시나리오: 오래된 주거 지역의 감시 업그레이드, 버스/트럭의 후방 및 역방향 이미지, 일부 저가형 지하 운영 장비까지 업그레이드합니다.

이는 현재 자동차 분야의 '최고 수준' 기술입니다. 전면에 카메라가 장착되고 메인 제어 컴퓨터가 트렁크에 있는 자율 주행 차량을 상상해 보세요. 10미터 이상 떨어져 있고 다양한 고전압 모터의 간섭으로 둘러싸여 있습니다. MIPI는 그 정도까지 도달할 수 없고, USB는 충돌이 발생하기 쉽고, 이더넷은 대기 시간이 높습니다. 그리하여 SerDes(Serializer/Deserializer) 기술이 탄생했습니다. GMSL은 그중에서도 가장 눈에 띕니다. 송신단에서 "취약한 MIPI 신호를 철 블록으로 패키징"(직렬화)하고 견고한 차폐 케이블을 통해 전송한 다음 수신단에서 MIPI로 "압축해제 및 복원"합니다.

장점: 만능, 고성능. 진정한 "단일 케이블을 통한 4가지 기능"을 달성합니다. 하나의 케이블이 비디오, 오디오, 양방향 제어 신호(I2C/UART) 및 전원(PoC)을 동시에 처리합니다. 매우 높은 대역폭(8메가픽셀, 90fps 지원)을 자랑하며 종단 간 지연 시간을 밀리초 수준(USB 또는 이더넷 솔루션보다 훨씬 낮음)으로 제어할 수 있으며 엄격한 자동차 등급 표준을 준수합니다.

단점: 비싸고 폐쇄적인 생태계. 가격은 USB 솔루션 가격의 10배에서 100배에 달하는 경우가 많습니다. 일반 개발자는 완전한 프로토콜 매뉴얼을 거의 얻을 수 없으며 디버깅에는 일반적으로 값비싼 특수 장비가 필요합니다.

응용 시나리오: L2/L3/L4 레벨 자율주행차, 첨단 수술로봇, 첨단 이동식 창고로봇(AGV) 등. 이는 "생사 상황" 또는 "초저지연 실시간 응답"과 관련된 고급 모바일 장치를 위한 유일한 선택입니다.

"최상의" 인터페이스는 없으며 시나리오에 가장 적합한 인터페이스만 있습니다. 실험실 데모에는 USB를, 고성능 제품에는 MIPI를, 원격 모니터링에는 RJ45를 사용하고, 자동차 또는 고급 자동화 애플리케이션의 경우 GMSL을 사용하세요.