MIPI kamera verzus USB kamera
V priebehu posledných niekoľkých rokov sa vstavané videnie vyvinulo z módneho pojmu na široko prijatú technológiu používanú v priemyselnom, zdravotníckom, maloobchodnom, zábavnom a poľnohospodárskom sektore. S každou fázou svojho vývoja vstavané videnie zabezpečovalo výrazný nárast počtu dostupných rozhraní pre kamery. Napriek technologickému pokroku však rozhrania MIPI a USB zostali dvoma najobľúbenejšími typmi pre väčšinu aplikácií vstavaného videnia.
Rozhranie MIPI
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) je otvorený štandard a špecifikácia iniciovaná alianciou MIPI pre procesory mobilných aplikácií.Moduly MIPI kamerysa bežne nachádzajú v mobilných telefónoch a tabletoch a podporujú rozlíšenie s vysokým rozlíšením viac ako 5 miliónov pixelov. MIPI sa delí na MIPI DSI a MIPI CSI, ktoré zodpovedajú štandardom pre zobrazovanie videa a vstup videa. V súčasnosti sa kamerové moduly MIPI široko používajú v iných vstavaných produktoch, ako sú smartfóny, záznamníky jazdných dozorov, kamery pre orgány činné v trestnom konaní, mikrokamery s vysokým rozlíšením a sieťové bezpečnostné kamery.
Sériové rozhranie MIPI Display (MIPI DSI ® ) definuje vysokorýchlostné sériové rozhranie medzi hostiteľským procesorom a zobrazovacím modulom. Toto rozhranie umožňuje výrobcom integrovať displeje pre vysoký výkon, nízku spotrebu energie a nízke elektromagnetické rušenie (EMI) a zároveň znížiť počet pinov a zachovať kompatibilitu medzi rôznymi dodávateľmi. Návrhári môžu použiť MIPI DSI na zabezpečenie brilantného podania farieb pre najnáročnejšie obrazové a video scenáre a na podporu prenosu stereoskopického obsahu.
MIPI je najbežnejšie používané rozhranie na dnešnom trhu pre prenos obrazu a videa medzi kamerami a hostiteľskými zariadeniami. Možno to pripísať jednoduchému použitiu MIPI a jeho schopnosti podporovať širokú škálu vysokovýkonných aplikácií. Je tiež vybavené výkonnými funkciami, ako je video v rozlíšení 1080p, 4K, 8K a viac a zobrazovanie vo vysokom rozlíšení.
Rozhranie MIPI je ideálnou voľbou pre aplikácie ako sú zariadenia virtuálnej reality montované na hlavu, inteligentné dopravné aplikácie, systémy rozpoznávania gest, drony, rozpoznávanie tváre, bezpečnostné systémy, systémy sledovania atď.
Rozhranie MIPI CSI-2
Štandard MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) je vysoko výkonné, cenovo dostupné a jednoducho použiteľné rozhranie. MIPI CSI-2 ponúka maximálnu šírku pásma 10 Gb/s so štyrmi kanálmi pre obrazové dáta – každý kanál je schopný prenášať dáta rýchlosťou až 2,5 Gb/s. MIPI CSI-2 je rýchlejší ako USB 3.0 a má spoľahlivý protokol na spracovanie videa od 1080p do 8K a vyššieho. Okrem toho má MIPI CSI-2 vďaka nízkej réžii vyššiu čistú šírku pásma pre obraz.
Rozhranie MIPI CSI-2 využíva menej zdrojov z CPU – vďaka viacjadrovým procesorom. Je to predvolené rozhranie kamery pre Raspberry Pi a Jetson Nano. Modul kamery Raspberry Pi V1 a V2 je na ňom tiež založený.
Obmedzenia rozhrania MIPI CSI-2
Aj keď ide o výkonné a populárne rozhranie, MIPI CSI má niekoľko obmedzení. Napríklad kamery MIPI na fungovanie potrebujú ďalšie ovládače. To znamená, že podpora rôznych obrazových snímačov je obmedzená, pokiaľ na to výrobcovia vstavaných systémov skutočne netlačia!
Výhody MIPI:
Rozhranie MIPI má menej signálnych liniek ako rozhranie DVP. Pretože ide o nízkonapäťový diferenciálny signál, generované rušenie je malé a schopnosť potláčať rušenie je tiež silná. 800W a viac používajú rozhranie MIPI. Rozhranie fotoaparátu smartfónu používa MIPI.
Ako to funguje?
Ultrakompaktná doska v systéme videnia zvyčajne podporuje MIPI CSI-2 a spolupracuje so širokou škálou inteligentných senzorových riešení. Navyše je kompatibilná s mnohými rôznymi procesorovými doskami.
MIPI CSI-2 podporuje fyzickú vrstvu MIPI D-PHY na komunikáciu s aplikačným procesorom alebo systémom na čipe (SoC). Môže byť implementovaný na jednej z dvoch fyzických vrstiev: MIPI C-PHY℠ v2.0 alebo MIPI D-PHY℠ v2.5. Jeho výkon je preto škálovateľný v rámci jednotlivých kanálov.
V kamere MIPI snímač kamery zachytáva a prenáša obraz do hostiteľa CSI-2. Po prenose obrazu sa ukladá do pamäte ako jednotlivé snímky. Každá snímka sa prenáša cez virtuálne kanály. Každý kanál sa potom rozdelí na riadky – prenáša sa jeden po druhom. Umožňuje tak kompletný prenos obrazu z toho istého obrazového snímača – ale s viacerými pixelovými prúdmi.
MIPI CSI-2 používa na komunikáciu pakety, ktoré zahŕňajú formát dát a funkcionalitu kódu na opravu chýb (ECC). Jeden paket prechádza vrstvou D-PHY a potom sa rozdelí na požadovaný počet dátových kanálov. D-PHY pracuje vo vysokorýchlostnom režime a prenáša paket do prijímača cez kanál.
Prijímač CSI-2 je potom vybavený fyzickou vrstvou D-PHY na extrahovanie a dekódovanie paketu. Proces sa opakuje snímku po snímku zo zariadenia CSI-2 k hostiteľovi prostredníctvom efektívnej a nízkonákladovej implementácie.
USB rozhranie
Ten/Tá/ToUSB rozhraniemá tendenciu slúžiť ako prepojenie medzi dvoma systémami – kamerou a počítačom. Keďže je dobre známe svojimi funkciami plug-and-play, výber rozhrania USB znamená, že sa môžete rozlúčiť s drahými a zdĺhavými vývojovými časmi a nákladmi na vaše vstavané rozhranie pre vizuálne systémy. USB 2.0, staršia verzia, má značné technické obmedzenia. S postupným ubúdaním technológie sa množstvo jej komponentov stáva nekompatibilných. Rozhrania USB 3.0 a USB 3.1 Gen 1 boli uvedené na trh s cieľom prekonať obmedzenia rozhrania USB 2.0.
Rozhranie USB 3.0 (a USB 3.1 Gen 1) kombinuje pozitívne vlastnosti rôznych rozhraní. Medzi ne patrí kompatibilita typu plug-and-play a nízke zaťaženie CPU. Priemyselný štandard USB 3.0 pre videnie tiež zvyšuje jeho spoľahlivosť pre kamery s vysokým rozlíšením a vysokou rýchlosťou.
Vyžaduje minimálny dodatočný hardvér a podporuje nízku šírku pásma – až 40 megabajtov za sekundu. Maximálna šírka pásma je 480 megabajtov za sekundu. To je 10-krát rýchlejšie ako USB 2.0 a 4-krát rýchlejšie ako GigE! Jeho plug-and-play funkcie zabezpečujú jednoduchú výmenu zabudovaných zariadení pre sledovanie obrazu, čo uľahčuje výmenu poškodenej kamery.
Obmedzenia rozhrania USB 3.0
Najväčšou nevýhodouUSB 3.0Problém s rozhraním je, že senzory s vysokým rozlíšením nemožno prevádzkovať vysokou rýchlosťou. Ďalšou nevýhodou je, že kábel môžete použiť iba do vzdialenosti 5 metrov od hostiteľského procesora. Hoci sú k dispozícii aj dlhšie káble, všetky sú vybavené „zosilňovačmi“. To, ako dobre tieto káble spolupracujú s priemyselnými kamerami, je potrebné overiť v každom jednotlivom prípade.
Čas uverejnenia: 22. marca 2023
