MIPI-Kamera vs. USB-Kamera

Die Auswahl der am besten passenden Schnittstelle hängt von vielen Faktoren ab. Und MIPI und USB sind nach wie vor zwei der beliebtesten Kameraschnittstellen. Machen Sie eine ausführliche Reise in die Welt der MIPI- und USB-Schnittstellen und erhalten Sie einen Funktionsvergleich.

In den letzten Jahren hat sich Embedded Vision von einem Schlagwort zu einer weit verbreiteten Technologie entwickelt, die in den Bereichen Industrie, Medizin, Einzelhandel, Unterhaltung und Landwirtschaft eingesetzt wird. Mit jeder Phase seiner Entwicklung hat Embedded Vision für ein deutliches Wachstum der Anzahl der zur Auswahl stehenden Kameraschnittstellen gesorgt. Doch trotz der technologischen Fortschritte sind MIPI- und USB-Schnittstellen nach wie vor die beiden beliebtesten Typen für die meisten Embedded-Vision-Anwendungen.

Die Auswahl der am besten geeigneten Schnittstelle hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. Anforderungen an Bildrate/Bandbreite, Auflösung, Zuverlässigkeit der Datenübertragung, Kabellänge, Komplexität und – natürlich – den Gesamtkosten. In diesem Artikel betrachten wir beide Schnittstellen im Detail, um ihre Fähigkeiten und Einschränkungen besser zu verstehen.

720P-Kameramodul

Ein tieferer Blick auf MIPI- und USB-Schnittstellen

 

Eine MIPI-Kamera ist nichts anderes als eineKameramoduloder ein System, das eine MIPI-Schnittstelle verwendet, um Bilder von der Kamera an die Host-Plattform zu übertragen. Im Vergleich dazu nutzt eine USB-Kamera eine USB-Schnittstelle zur Datenübertragung. Lassen Sie uns nun die verschiedenen Arten von MIPI- und USB-Schnittstellen verstehen und erfahren, wo sie verwendet werden.

MIPI-Schnittstelle

MIPI ist die am häufigsten verwendete Schnittstelle auf dem heutigen Markt für die Punkt-zu-Punkt-Bild- und Videoübertragung zwischen Kameras und Host-Geräten. Dies ist auf die Benutzerfreundlichkeit von MIPI und seine Fähigkeit zurückzuführen, ein breites Spektrum an Hochleistungsanwendungen zu unterstützen. Es ist außerdem mit leistungsstarken Funktionen wie 1080p, 4K, 8K und mehr Video und hochauflösender Bildgebung ausgestattet.

Die MIPI-Schnittstelle ist eine ideale Wahl für Anwendungen wie am Kopf montierte Virtual-Reality-Geräte, intelligente Verkehrsanwendungen, Gestenerkennungssysteme, Drohnen, Gesichtserkennung, Sicherheit, Überwachungssysteme usw.

 

MIPI CSI-2-Schnittstelle

Der MIPI CSI-2-Standard (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) ist eine leistungsstarke, kostengünstige und einfach zu verwendende Schnittstelle. MIPI CSI-2 bietet eine maximale Bandbreite von 10 Gbit/s mit vier Bilddatenspuren – jede Spur ist in der Lage, Daten mit bis zu 2,5 Gbit/s zu übertragen. MIPI CSI-2 ist schneller als USB 3.0 und verfügt über ein zuverlässiges Protokoll zur Verarbeitung von Videos von 1080p bis 8K und mehr. Darüber hinaus verfügt MIPI CSI-2 aufgrund seines geringen Overheads über eine höhere Nettobildbandbreite.

Die MIPI CSI-2-Schnittstelle verbraucht dank ihrer Multicore-Prozessoren weniger Ressourcen von der CPU. Es ist die Standardkameraschnittstelle für Raspberry Pi und Jetson Nano. Darauf basieren auch die Raspberry Pi-Kameramodule V1 und V2.

5MP USB-Kameramodul

Einschränkungen der MIPI CSI-2-Schnittstelle

Obwohl es sich um eine leistungsstarke und beliebte Schnittstelle handelt, weist MIPI CSI einige Einschränkungen auf. Beispielsweise sind MIPI-Kameras auf zusätzliche Treiber angewiesen, um zu funktionieren. Das bedeutet, dass es nur begrenzte Unterstützung für verschiedene Bildsensoren gibt, es sei denn, die Hersteller eingebetteter Systeme drängen wirklich darauf!

USB-Schnittstelle

Die USB-Schnittstelle dient in der Regel als Schnittstelle zwischen zwei Systemen – der Kamera und dem PC. Da es für seine Plug-and-Play-Fähigkeiten bekannt ist, bedeutet die Entscheidung für die USB-Schnittstelle, dass Sie sich von teuren, langwierigen Entwicklungszeiten und -kosten für Ihre Embedded-Vision-Schnittstelle verabschieden können. USB 2.0, die ältere Version, weist erhebliche technische Einschränkungen auf. Mit zunehmendem Verfall der Technologie werden einige ihrer Komponenten inkompatibel. USB 3.0 und die USB 3.1 Gen 1-Schnittstellen wurden eingeführt, um die Einschränkungen der USB 2.0-Schnittstelle zu überwinden.

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USB 3.0-Schnittstelle

Die USB 3.0 (und USB 3.1 Gen 1) Schnittstelle vereint die positiven Eigenschaften verschiedener Schnittstellen. Dazu gehören Plug-and-Play-Kompatibilität und geringe CPU-Belastung. Der Vision-Industriestandard USB 3.0 erhöht auch die Zuverlässigkeit für hochauflösende und schnelle Kameras.

Es erfordert nur minimale zusätzliche Hardware und unterstützt niedrige 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 GigE! Seine Plug-and-Play-Fähigkeiten stellen sicher, dass eingebettete Bildverarbeitungsgeräte problemlos ausgetauscht werden können, sodass eine beschädigte Kamera problemlos ausgetauscht werden kann.

Einschränkungen der USB 3.0-Schnittstelle

Der größte Nachteil der USB 3.0-Schnittstelle besteht darin, dass Sie hochauflösende Sensoren nicht mit hoher Geschwindigkeit betreiben können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Sie ein Kabel nur bis zu einer Entfernung von 5 Metern vom Host-Prozessor verwenden können. Es sind zwar längere Kabel erhältlich, diese sind jedoch alle mit „Boostern“ ausgestattet. Wie gut diese Kabel mit Industriekameras zusammenarbeiten, muss im Einzelfall geprüft werden.

MIPI-Kamera vs. USB-Kamera – ein Feature-für-Feature-Vergleich

 

Merkmale	USB 3.0	MIPI CSI-2
Verfügbarkeit auf SoC	Auf High-End-SoCs	Viele (normalerweise 6 Spuren 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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