Die Wahl der optimalen Schnittstelle hängt von vielen Faktoren ab. MIPI und USB zählen nach wie vor zu den beliebtesten Kameraschnittstellen. Tauchen Sie ein in die Welt der MIPI- und USB-Schnittstellen und erhalten Sie einen detaillierten Vergleich ihrer Funktionen.
In den letzten Jahren hat sich Embedded Vision von einem Modewort zu einer weit verbreiteten Technologie entwickelt, die in Industrie, Medizin, Einzelhandel, Unterhaltung und Landwirtschaft Anwendung findet. Mit jeder Entwicklungsphase hat sich die Anzahl der verfügbaren Kameraschnittstellen deutlich erhöht. Trotz der technologischen Fortschritte sind MIPI- und USB-Schnittstellen jedoch nach wie vor die beiden beliebtesten Schnittstellen für die meisten Embedded-Vision-Anwendungen.
Die Wahl der optimalen Schnittstelle hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. Bildrate/Bandbreite, Auflösung, Zuverlässigkeit der Datenübertragung, Kabellänge, Komplexität und – natürlich – den Gesamtkosten. In diesem Artikel betrachten wir beide Schnittstellen detailliert, um ihre Möglichkeiten und Grenzen besser zu verstehen.
720P-Kameramodul
Ein genauerer Blick auf MIPI- und USB-Schnittstellen
Eine MIPI-Kamera ist nichts anderes als eineKameramodulOder ein System, das eine MIPI-Schnittstelle zur Bildübertragung von der Kamera auf die Host-Plattform nutzt. Im Vergleich dazu verwendet eine USB-Kamera eine USB-Schnittstelle zur Datenübertragung. Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von MIPI- und USB-Schnittstellen und ihre Anwendungsbereiche erläutert.
MIPI-Schnittstelle
MIPI ist die am weitesten verbreitete Schnittstelle auf dem heutigen Markt für die Punkt-zu-Punkt-Bild- und Videoübertragung zwischen Kameras und Host-Geräten. Dies ist auf die einfache Bedienbarkeit von MIPI und die Unterstützung einer Vielzahl von Hochleistungsanwendungen zurückzuführen. Zudem bietet MIPI leistungsstarke Funktionen wie Videoaufzeichnung in 1080p, 4K, 8K und darüber hinaus sowie hochauflösende Bildgebung.
Die MIPI-Schnittstelle ist eine ideale Wahl für Anwendungen wie Head-Mounted-Virtual-Reality-Geräte, intelligente Verkehrssysteme, Gestenerkennungssysteme, Drohnen, Gesichtserkennung, Sicherheitssysteme, Überwachungssysteme usw.
MIPI CSI-2 Schnittstelle
Der MIPI CSI-2-Standard (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) ist eine leistungsstarke, kostengünstige und benutzerfreundliche Schnittstelle. MIPI CSI-2 bietet eine maximale Bandbreite von 10 Gbit/s mit vier Bilddatenleitungen, wobei jede Leitung Daten mit bis zu 2,5 Gbit/s übertragen kann. MIPI CSI-2 ist schneller als USB 3.0 und verfügt über ein zuverlässiges Protokoll zur Videoverarbeitung von 1080p bis 8K und darüber hinaus. Dank des geringen Overheads bietet MIPI CSI-2 zudem eine höhere Nettobildbandbreite.
Die MIPI-CSI-2-Schnittstelle benötigt dank ihrer Mehrkernprozessoren weniger CPU-Ressourcen. Sie ist die Standard-Kameraschnittstelle für Raspberry Pi und Jetson Nano. Auch die Raspberry-Pi-Kameramodule V1 und V2 basieren darauf.
5MP USB-Kameramodul
Einschränkungen der MIPI CSI-2-Schnittstelle
Obwohl MIPI CSI eine leistungsstarke und weit verbreitete Schnittstelle ist, weist sie einige Einschränkungen auf. Beispielsweise benötigen MIPI-Kameras zusätzliche Treiber. Dies bedeutet, dass die Unterstützung für verschiedene Bildsensoren begrenzt ist, es sei denn, Hersteller eingebetteter Systeme drängen aktiv darauf.
USB-Schnittstelle
Die USB-Schnittstelle dient üblicherweise als Verbindung zwischen zwei Systemen – der Kamera und dem PC. Dank ihrer Plug-and-Play-Funktionalität ermöglicht die Wahl einer USB-Schnittstelle, teure und langwierige Entwicklungszeiten und -kosten für Ihre eingebettete Bildverarbeitungsschnittstelle zu vermeiden. USB 2.0, die ältere Version, weist jedoch erhebliche technische Einschränkungen auf. Mit dem Rückgang dieser Technologie werden einige ihrer Komponenten inkompatibel. USB 3.0 und USB 3.1 Gen 1 wurden entwickelt, um die Einschränkungen der USB-2.0-Schnittstelle zu überwinden.
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USB 3.0-Schnittstelle
Die USB-3.0-Schnittstelle (und USB 3.1 Gen 1) vereint die Vorteile verschiedener Schnittstellen. Dazu gehören Plug-and-Play-Kompatibilität und geringe CPU-Auslastung. Der industrielle Bildverarbeitungsstandard von USB 3.0 erhöht zudem die Zuverlässigkeit für hochauflösende und Hochgeschwindigkeitskameras.
Es benötigt nur minimale zusätzliche Hardware und unterstützt geringe Bandbreiten – bis zu 40 Megabyte pro Sekunde. Die maximale Bandbreite beträgt 480 Megabyte pro Sekunde. Das ist 10-mal schneller als USB 2.0 und 4-mal schneller als Gigabit-Ethernet! Dank Plug-and-Play-Funktionalität lassen sich eingebettete Bildverarbeitungsgeräte problemlos austauschen – so ist der Austausch einer defekten Kamera kinderleicht.
Einschränkungen der USB 3.0-Schnittstelle
Der größte Nachteil der USB-3.0-Schnittstelle besteht darin, dass hochauflösende Sensoren nicht mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden können. Ein weiterer Nachteil ist die maximale Kabellänge von 5 Metern zum Host-Prozessor. Zwar sind längere Kabel erhältlich, diese sind jedoch alle mit Signalverstärkern ausgestattet. Die Kompatibilität dieser Kabel mit Industriekameras muss daher im Einzelfall geprüft werden.
MIPI-Kamera vs. USB-Kamera – ein Vergleich der Funktionen
| Merkmale | USB 3.0 | MIPI CSI-2 |
| Verfügbarkeit auf SoC | Auf High-End-SoCs | Viele (in der Regel 6 Fahrspuren verfügbar) |
| Bandbreite | 400 MB/s | 320 MB/s/Lane 1280 MB/s (mit 4 Lanes)* |
| Kabellänge | < 5 Meter | <30 cm |
| Platzbedarf | Hoch | Niedrig |
| Plug-and-Play | Unterstützt | Nicht unterstützt |
| Entwicklungskosten | Niedrig | Mittel bis Hoch |
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Veröffentlichungsdatum: 20. November 2022
