Ngừng lựa chọn mù quáng! Hướng dẫn cuối cùng về lựa chọn giao diện máy ảnh: Từ MIPI đến GMSL

Thành thật mà nói, đối với những người bạn làm việc trên các dự án nhúng hoặc AI, khi họ nhìn thấy một bảng đầy các giao diện máy ảnh có hình dạng kỳ lạ lần đầu tiên, suy nghĩ bên trong của họ có lẽ là:"Họ chỉ là để truyền hình ảnh. Họ có thực sự cần phải đa dạng như vậy?Một số đi kèm với các dây cáp phẳng màu sắc, một số trông giống như các dây cáp đồng trục cũ trong thang máy, và một số thậm chí còn có một cáp Ethernet được gắn.Đây không phải là các nhà sản xuất cố tình làm cho mọi thứ khó khănSự lựa chọn giao diện về cơ bản là một sự đánh đổi giữa bốn yếu tố: băng thông, khoảng cách, độ trễ và chi phí.Chúng ta sẽ không lãng phí thời gian trên thuật ngữ sách giáo khoa ngày hôm nay. Hãy đi thẳng vào vấn đề và nói về cách các giao diện này thực sự hoạt động..

DVP giống như một "đường phố cạnh nhau" kiểu cũ, bao gồm 8 đến 16 đường dữ liệu, cộng với đường đồng hồ và đường tín hiệu đồng bộ hóa.nơi dữ liệu được truyền theo một cách có trật tự giống như một sự hình thành của những người diễu hành trong hàng.

Ưu điểm: Lợi thế lớn nhất của nó nằm ở sự đơn giản và thẳng thắn. Nó truyền tín hiệu mức thô mà không cần logic mã hóa và giải mã phức tạp. Một trình điều khiển đơn giản là đủ để làm cho nó hoạt động,và ngay cả các bộ điều khiển vi mô cấp thấp cũng có thể dễ dàng xử lý nó.

Nhược điểmVới nhiều đường dây được sắp xếp song song, khi tốc độ truyền tăng lên (tức là tần số tăng lên), nó có thể được sử dụng trong các hệ thống truyền thông.crossstalk nghiêm trọng và thời gian lệch sẽ xảy ra giữa các đường dâyMột khi tần số tăng lên, màn hình sẽ được lấp đầy với tiếng ồn giống như bông tuyết. Do đó, nó có một băng thông rất hẹp và về cơ bản đã lỗi thời trong thời đại độ nét cao.

Các kịch bản ứng dụng: Ngày nay, DVP về cơ bản đã trở lại vai trò thứ cấp, chủ yếu được sử dụng trong máy quét mã vạch, đồ chơi có điểm số thấp hoặc các kịch bản thu thập dữ liệu cảm biến đơn giản.Nếu dự án của bạn chỉ cần quét mã QR, DVP vẫn là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí.

Tại sao điện thoại di động có thể quay video 4K hoặc thậm chí 8K? Tất cả nhờ MIPI. Nó áp dụng chế độ truyền chênh lệch dao động thấp của MIPI D-PHY / C-PHY.Bạn có thể nghĩ về nó như là "một loại tín hiệu khác biệt tinh tế hơn LVDS nhưng hiệu quả hơn"Nó không còn giống như một đội hình thông thường, mà là các nhóm "lực lượng đặc biệt tinh nhuệ" được phối hợp chặt chẽ xoay quanh nhau.Nó tự hào về khả năng chống nhiễu cực kỳ mạnh mẽ và hiệu quả truyền dữ liệu cực kỳ caoVí dụ, tất cả các mô hình của các bảng phát triển Neardi thông thường của chúng tôi về cơ bản được trang bị giao diện máy ảnh MIPI như tiêu chuẩn.

LKB3576 Hội đồng phát triển

Ưu điểm: băng thông cực cao kết hợp với mức tiêu thụ năng lượng cực thấp. nó có thể truyền một khối lượng dữ liệu đáng kinh ngạc với mức mất điện tối thiểu. quan trọng hơn,nó giao diện trực tiếp với ISP (Image Signal Processor) bên trong SoCĐiều này có nghĩa là ngay khi hình ảnh đến, ISP có thể ngay lập tức tiếp quản các nhiệm vụ xử lý (chỉ phân loại màu sắc, thoáng sắc, sắc nét) mà không liên quan đến CPU.

Nhược điểm: Nó thực sự tinh tế. khoảng cách truyền thông thường không thể vượt quá 30 cm; tín hiệu sẽ bị mất nếu các dấu vết PCB được định tuyến ngay cả một chút quá xa.MIPI debugging là một cơn ác mộng cho tất cả các nhà phát triển bạn cần phải xử lý phức tạp D-PHY hoặc C-PHY logic lớp vật lý, và cũng tối ưu hóa các file tham số chất lượng hình ảnh kéo tóc.

Các kịch bản ứng dụng: Đây là giao diện cốt lõi cho điện thoại di động, máy tính bảng và hộp AI nhúng (RK3576/Raspberry Pi).MIPI thường là sự lựa chọn chuyên nghiệp và hiệu quả nhất cho các kịch bản kết nối trực tiếp trên máy bay.

Máy ảnh USB dựa trên giao thức UVC (USB Video Class), cho phép đầu ra hình ảnh plug-and-play.và lớp hệ thống đã hoàn thành điều chỉnh trình điều khiển UVCNgay cả khi bạn không có một mô-đun MIPI đắt tiền, bạn có thể trực tiếp kết nối máy ảnh USB với bảng Neardi và vẫn chạy các thuật toán trơn tru.

Máy tính thông minh LPB3588

Ưu điểm: Plug-and-play (không cần trình điều khiển) là tính năng giết người lớn nhất của nó.làm cho nó một giải cứu cuộc sống cho các nhà phát triểnHơn nữa, nó có chi phí cực kỳ thấp, bạn có thể sử dụng bất kỳ máy ảnh nào được mua dễ dàng từ một cửa hàng địa phương.

Nhược điểm: Sự tiện lợi của nó đến với chi phí của các nguồn CPU. Dữ liệu hình ảnh thô được truyền qua USB là quá lớn; USB 2.0 đơn giản không thể xử lý nó.máy ảnh sẽ đầu tiên nén các khung bằng cách sử dụng MJPEG hoặc H.264 nội bộ. Kết quả là, CPU của bạn phải phân bổ một phần đáng kể của sức mạnh tính toán của nó để giải nén. Nhiều người mới bắt đầu phàn nàn rằng chạy các mô hình YOLO là quá chậmCPU đã được căng từ giải mã khung trước khi nó thậm chí bắt đầu suy luận mô hìnhNếu SoC hỗ trợ giải mã phần cứng VPU và các trình điều khiển tương ứng được cấu hình đúng, tải CPU từ máy ảnh USB có thể được giảm đáng kể,nhưng thời gian trễ tổng thể vẫn không thể phù hợp với MIPINgoài ra, quá trình nén và giải nén giới thiệu một độ trễ nhận thấy dao động từ hàng chục đến hàng trăm mili giây.

Các kịch bản ứng dụng: Hội nghị video, camera máy tính bên ngoài, trình diễn thuật toán trong phòng thí nghiệm và kiểm tra chất lượng công nghiệp đơn giản.Nếu yêu cầu hiệu suất thời gian thực của bạn không cực kỳ nghiêm ngặt và máy chủ có sức mạnh tính toán dư thừa, USB là một lựa chọn hoàn toàn khả thi.

Khi một máy ảnh cần được lắp đặt trên trần nhà của một quán cà phê hoặc thậm chí ở một ngã tư đường cách xa vài km, một cáp Ethernet gần như là sự lựa chọn phổ biến và trưởng thành nhất.Để đáp ứng sự cạnh tranh cao như vậy, nhu cầu giám sát từ xa, các nhà sản xuất phần cứng đã không tiết kiệm nỗ lực trong cấu hình giao diện.Hãy lấy ví dụ về máy tính thông minh LPM3588 của Neardi, được thiết kế riêng cho thị trường NVR (Rekorder Video Network), nó tự hào về các cấu hình cực kỳ mạnh mẽ: nó hỗ trợ tối đa 5 cổng Gigabit Ethernet (1000M) và 1 cổng Fast Ethernet (100M).Thiết kế này chỉ đơn giản là được xây dựng để "cho ăn" nhiều camera mạng độ nét cao; ngay cả khi 6 kênh hoặc nhiều hơn của các luồng video độ nét cao đến cùng một lúc, băng thông Gigabit có thể dễ dàng xử lý chúng mà không có bất kỳ nút thắt nào.

LPM3588 NVR Computer

Ưu điểm: Khoảng cách truyền cực kỳ dài (loại 100 mét), có thể được mở rộng vô thời hạn thông qua các công tắc.Thú vị nhất trong số các nhà phát triển là hỗ trợ PoE của nó. Một cáp Ethernet xử lý cả nguồn điện và truyền dữ liệu.Thiết kế nhiều cổng như của LPM3588 loại bỏ nhu cầu về một công tắc bên ngoài, đơn giản hóa đáng kể sự phức tạp của hệ thống NVR.

Nhược điểm: tương đối cao độ trễ. bởi vì hình ảnh phải đi qua nén, mạng gói, truyền, và sau đó giải nén. so với hiệu suất thời gian thực gốc của MIPI,Camera Ethernet có tốc độ phản hồi chậm hơn một chút.

Các kịch bản ứng dụng: giám sát an ninh, thành phố thông minh, thống kê lưu lượng người trong các quán cà phê / siêu thị và mạng lưới từ xa xuyên khu vực.hầu hết các camera được lắp đặt trên tường hoặc cột tiện ích sử dụng giao diện này.

Trong các xưởng sản xuất, mỏ, hoặc xe di chuyển tốc độ cao, giao diện thông thường chỉ có thể tồn tại nửa ngày.cách duy trì tín hiệu sạch trong môi trường điện từ ồn àoVà làm thế nào để truyền tín hiệu cả xa và nhanh?

Nhiều người nghĩ rằng "những tín hiệu tương tự" đáng lẽ phải được chuyển đến các bảo tàng từ lâu, nhưng AHD đã buộc phải tạo ra một vị trí trong thời đại kỹ thuật số.Nó sử dụng công nghệ mang tần số cao để ép các tín hiệu video độ nét cao vào các cáp đồng trục cũHơn nữa, nó cực kỳ gồ ghề. trong môi trường rung động cao, can thiệp mạnh như xe đặc biệt (như máy đào, xe tải và xe buýt),giao diện kỹ thuật số phức tạp dễ bị trục trặc màn hình do lỏng hoặc sóng điện từBảng phát triển LPA3588 của Neardi được thiết kế đặc biệt cho các kịch bản như vậy, hỗ trợ tối đa 8 kênh đầu vào máy ảnh 1080P AHD.Hãy tưởng tượng một xe vệ sinh hoặc hậu cần được trang bị 8 camera ở phía trước, phía sau, trái, phải, trên cùng và dưới cùng, LPA3588 có thể ổn định nhận tất cả 8 kênh tín hiệu, và với NPU của RK3588, thực hiện dự đoán chống va chạm toàn diện.Đây thực sự là "lực lượng đặc biệt" trình độ hiệu suất.

LPA3588 Máy chủ điều khiển xe

Ưu điểm: mạnh mẽ, giá cả phải chăng, và đường truyền dài. yêu cầu của nó cho cáp là vô cùng thấpvà thậm chí còn xa hơn trong điều kiện cụ thểNgoài ra, truyền tín hiệu của nó là thời gian thực và không nén, mà không có độ trễ liên quan đến cáp Ethernet.Đối với môi trường khắc nghiệt với ngân sách hạn chế đòi hỏi giám sát thời gian thực từ xa (chẳng hạn như cảnh quay từ cần cẩu xây dựng), nó là nhà vô địch không thể tranh cãi.

Nhược điểm: Không hỗ trợ "giao tiếp hai chiều".AHD chủ yếu truyền tín hiệu video một chiều không có cách nào để gửi các lệnh phức tạp đến máy ảnh (như điều chỉnh tham số sâu) thông qua cáp nàyHơn nữa, giới hạn trên của chất lượng hình ảnh bị hạn chế bởi tiêu chuẩn tương tự, làm cho việc đạt được độ tinh khiết của tín hiệu kỹ thuật số trở nên khó khăn, với tiếng ồn tinh tế có thể nhìn thấy trên màn hình lớn.

Các kịch bản ứng dụng: Cải tiến hệ thống giám sát trong các khu dân cư cũ, hình ảnh nhìn lại và quay ngược cho xe buýt / xe tải, và thậm chí một số thiết bị vận hành dưới lòng đất giá rẻ.

Đây hiện là công nghệ hàng đầu trong lĩnh vực ô tô. Hãy tưởng tượng một chiếc xe tự lái với camera gắn ở phía trước,trong khi máy tính điều khiển chính là trong thân xe cách nhau hơn mười mét và được bao quanh bởi sự can thiệp từ các động cơ cao áp khác nhau. MIPI không thể đạt được điều đó, USB dễ bị hỏng, và Ethernet có độ trễ cao. Do đó, công nghệ SerDes (Serializer / Deserializer) đã xuất hiện.nó "các gói tín hiệu MIPI mong manh vào các khối sắt" (serialization) ở đầu phát, gửi chúng qua các cáp bảo vệ mạnh mẽ, và sau đó "bỏ ra và khôi phục" chúng cho MIPI ở đầu nhận.

Ưu điểm: Toàn diện và hiệu suất cao. Nó đạt được "bốn trong một trên một cáp": một cáp xử lý video, âm thanh, tín hiệu điều khiển hai chiều (I2C / UART) và điện (PoC) đồng thời.Nó tự hào băng thông cực cao (hỗ trợ 8-megapixel, 90fps), với độ trễ từ đầu đến cuối có thể điều khiển ở mức độ milliseconds thấp hơn nhiều so với các giải pháp USB hoặc Ethernet và tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về ô tô.

Nhược điểm: Hệ sinh thái đắt tiền và khép kín. Giá của nó thường gấp mười đến một trăm lần so với các giải pháp USB. Các nhà phát triển thông thường khó có thể có được hướng dẫn giao thức đầy đủ của nó,và gỡ lỗi thường đòi hỏi thiết bị chuyên dụng đắt tiền.

Các kịch bản ứng dụng: Xe tự lái ở cấp độ L2/L3/L4, robot phẫu thuật tiên tiến và robot kho di động cao cấp (AGV).Nó là sự lựa chọn duy nhất cho các thiết bị di động cao cấp liên quan đến "những tình huống sống hoặc chết" hoặc "những phản ứng thời gian thực cực thấp".

Không có giao diện "tốt nhất" chỉ phù hợp nhất với kịch bản. Sử dụng USB cho các bản demo trong phòng thí nghiệm, MIPI cho các sản phẩm hiệu suất cao, RJ45 cho giám sát từ xa,và nghiền răng của bạn cho GMSL khi nói đến các ứng dụng tự động hóa ô tô hoặc cao cấp.