MIPI-camera versus USB-camera

MIPI-camera versus USB-camera

De afgelopen jaren is embedded vision geëvolueerd van een modewoord tot een breed geaccepteerde technologie die wordt gebruikt in de industrie, de medische sector, de detailhandel, de entertainmentindustrie en de landbouw. ​​Elke fase van de ontwikkeling van embedded vision heeft gezorgd voor een aanzienlijke groei in het aantal beschikbare camera-interfaces. Ondanks de technologische vooruitgang blijven MIPI- en USB-interfaces echter de twee meest populaire typen voor de meeste embedded vision-toepassingen.

 

MIPI-interface

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) is een open standaard en een specificatie, geïnitieerd door de MIPI Alliance, voor mobiele applicatieprocessors.MIPI-cameramodulesDeze modules worden vaak gebruikt in mobiele telefoons en tablets en ondersteunen hoge resoluties van meer dan 5 miljoen pixels. MIPI is onderverdeeld in MIPI DSI en MIPI CSI, die respectievelijk overeenkomen met standaarden voor videoweergave en video-invoer. Momenteel worden MIPI-cameramodules veelvuldig gebruikt in andere embedded producten, zoals smartphones, dashcams, bewakingscamera's, high-definition microcamera's en netwerkbewakingscamera's.

MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) definieert een snelle seriële interface tussen een hostprocessor en een displaymodule. De interface stelt fabrikanten in staat om displays te integreren voor hoge prestaties, een laag energieverbruik en lage elektromagnetische interferentie (EMI), terwijl het aantal pinnen wordt verminderd en de compatibiliteit tussen verschillende leveranciers behouden blijft. Ontwerpers kunnen MIPI DSI gebruiken om een ​​briljante kleurweergave te bieden voor de meest veeleisende beeld- en videoscenario's en om de overdracht van stereoscopische content te ondersteunen.

 

MIPI is de meest gebruikte interface op de huidige markt voor punt-naar-punt beeld- en videotransmissie tussen camera's en hostapparaten. Dit is te danken aan het gebruiksgemak van MIPI en de ondersteuning van een breed scala aan hoogwaardige toepassingen. Het beschikt bovendien over krachtige functies zoals 1080p, 4K, 8K en hogere resoluties voor video en beeldverwerking.

 

De MIPI-interface is een ideale keuze voor toepassingen zoals VR-brillen, slimme verkeerssystemen, gebarenherkenningssystemen, drones, gezichtsherkenning, beveiliging, bewakingssystemen, enzovoort.

 

MIPI CSI-2-interface

De MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) standaard is een krachtige, kosteneffectieve en gebruiksvriendelijke interface. MIPI CSI-2 biedt een maximale bandbreedte van 10 Gb/s met vier beelddatakanalen – elk kanaal kan tot 2,5 Gb/s aan data overdragen. MIPI CSI-2 is sneller dan USB 3.0 en heeft een betrouwbaar protocol voor video van 1080p tot 8K en hoger. Bovendien heeft MIPI CSI-2 dankzij de lage overhead een hogere netto beeldbandbreedte.

 

De MIPI CSI-2-interface gebruikt minder CPU-bronnen dankzij de multi-core processors. Het is de standaard camera-interface voor Raspberry Pi en Jetson Nano. De Raspberry Pi cameramodules V1 en V2 zijn er ook op gebaseerd.

 

Beperkingen van de MIPI CSI-2-interface

Hoewel MIPI CSI een krachtige en populaire interface is, kent het wel een paar beperkingen. Zo hebben MIPI-camera's bijvoorbeeld extra drivers nodig om te functioneren. Dit betekent dat er beperkte ondersteuning is voor verschillende beeldsensoren, tenzij fabrikanten van embedded systemen hier echt op aandringen!

 

Voordelen van MIPI:

De MIPI-interface heeft minder signaaldraden dan de DVP-interface. Omdat het een differentieel signaal met lage spanning is, is de gegenereerde interferentie klein en is het anti-interferentievermogen ook sterk. Alle apparaten van 800W en hoger gebruiken de MIPI-interface. De interface van de smartphonecamera maakt ook gebruik van MIPI.

 

Hoe werkt het?

Een typisch ultracompact moederbord in een vision-systeem ondersteunt MIPI CSI-2 en werkt met een breed scala aan intelligente sensoroplossingen. Bovendien is het compatibel met veel verschillende CPU-boards.
MIPI CSI-2 ondersteunt de MIPI D-PHY fysieke laag voor communicatie met de applicatieprocessor of System on a Chip (SoC). Het kan worden geïmplementeerd op een van de twee fysieke lagen: MIPI C-PHY℠ v2.0 of MIPI D-PHY℠ v2.5. Daardoor is de prestatie schaalbaar naar het aantal lanes.

In een MIPI-camera legt de camerasensor een beeld vast en verzendt dit naar de CSI-2-host. Het beeld wordt tijdens de verzending als afzonderlijke frames in het geheugen opgeslagen. Elk frame wordt via virtuele kanalen verzonden. Elk kanaal wordt vervolgens opgesplitst in lijnen, die één voor één worden verzonden. Hierdoor is het mogelijk om een ​​compleet beeld van dezelfde beeldsensor te verzenden, maar met meerdere pixelstromen.

MIPI CSI-2 gebruikt pakketten voor communicatie die dataformaat en foutcorrectiecodes (ECC) bevatten. Een enkel pakket reist door de D-PHY-laag en wordt vervolgens opgesplitst in het benodigde aantal datakanalen. De D-PHY werkt in hogesnelheidsmodus en verzendt het pakket via het kanaal naar de ontvanger.

Vervolgens wordt de CSI-2-ontvanger voorzien van een D-PHY-fysieke laag om het pakket te extraheren en te decoderen. Dit proces wordt frame voor frame herhaald van het CSI-2-apparaat naar de host via een efficiënte en goedkope implementatie.

 

USB-interface

DeUSB-interfaceDe USB-interface fungeert doorgaans als de verbinding tussen twee systemen: de camera en de pc. Omdat de USB-interface bekendstaat om zijn plug-and-play-functionaliteit, betekent de keuze voor een USB-interface dat u afscheid kunt nemen van dure, langdurige ontwikkeltijden en kosten voor uw embedded vision-interface. USB 2.0, de oudere versie, kent aanzienlijke technische beperkingen. Naarmate de technologie verouderd raakt, worden een aantal componenten incompatibel. USB 3.0 en USB 3.1 Gen 1 werden geïntroduceerd om de beperkingen van de USB 2.0-interface te verhelpen.

USB 3.0-interface

De USB 3.0-interface (en USB 3.1 Gen 1) combineert de positieve eigenschappen van verschillende interfaces. Denk hierbij aan plug-and-play-compatibiliteit en een lage CPU-belasting. De industriële standaard USB 3.0 verhoogt bovendien de betrouwbaarheid voor camera's met hoge resolutie en hoge snelheid.

Het vereist minimale extra hardware en ondersteunt een lage bandbreedte – tot 40 megabyte per seconde. De maximale bandbreedte bedraagt ​​480 megabyte per seconde. Dit is 10 keer sneller dan USB 2.0 en 4 keer sneller dan GigE! Dankzij de plug-and-play-functionaliteit kunnen ingebouwde vision-apparaten eenvoudig worden verwisseld, waardoor het vervangen van een beschadigde camera een fluitje van een cent is.

 

 

Beperkingen van de USB 3.0-interface

Het grootste nadeel van deUSB 3.0Een nadeel van de interface is dat je geen sensoren met hoge resolutie op hoge snelheid kunt gebruiken. Een ander nadeel is dat je een kabel tot maximaal 5 meter van de hostprocessor kunt gebruiken. Hoewel er langere kabels verkrijgbaar zijn, zijn deze allemaal voorzien van een "booster". Hoe goed deze kabels samenwerken met industriële camera's moet per geval worden bekeken.