MIPI-Kamera vs. USB-Kamera
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.
MIPI-Schnittstelle
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) ist ein offener Standard und eine von der MIPI Alliance initiierte Spezifikation für mobile Anwendungsprozessoren.MIPI-Kameramodulesind häufig in Mobiltelefonen und Tablets zu finden und unterstützen hochauflösende Auflösungen von mehr als 5 Millionen Pixeln. MIPI ist in MIPI DSI und MIPI CSI unterteilt, die den Videoanzeige- bzw. Videoeingabestandards entsprechen. Derzeit werden MIPI-Kameramodule häufig in anderen eingebetteten Produkten verwendet, beispielsweise in Smartphones, Fahrrekordern, Polizeikameras, hochauflösenden Mikrokameras und Netzwerküberwachungskameras.
MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) definiert eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle zwischen einem Host-Prozessor und einem Anzeigemodul. Die Schnittstelle ermöglicht Herstellern die Integration von Displays für hohe Leistung, geringen Stromverbrauch und geringe elektromagnetische Störungen (EMI), während gleichzeitig die Pinzahl reduziert und die Kompatibilität zwischen verschiedenen Anbietern gewahrt bleibt. Designer können mit MIPI DSI eine brillante Farbwiedergabe für die anspruchsvollsten Bild- und Videoszenarien bereitstellen und die Übertragung stereoskopischer Inhalte unterstützen.
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.
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!
Vorteile von MIPI:
Die MIPI-Schnittstelle verfügt über weniger Signalleitungen als die DVP-Schnittstelle. Da es sich um ein Niederspannungs-Differenzsignal handelt, sind die erzeugten Störungen gering und die Entstörungsfähigkeit ist ebenfalls stark. 800W und vor allem MIPI-Schnittstelle nutzen. Die Smartphone-Kameraschnittstelle verwendet MIPI.
Wie funktioniert es?
Typischerweise unterstützt die ultrakompakte Platine in einem Bildverarbeitungssystem MIPI CSI-2 und arbeitet mit einer Vielzahl intelligenter Sensorlösungen zusammen. Darüber hinaus ist es mit vielen verschiedenen CPU-Boards kompatibel.
MIPI CSI-2 unterstützt die physikalische Schicht MIPI D-PHY für die Kommunikation mit dem Anwendungsprozessor oder dem System on a Chip (SoC). Es kann auf einer der beiden physikalischen Schichten implementiert werden: MIPI C-PHY℠ v2.0 oder MIPI D-PHY℠ v2.5. Daher ist seine Leistung bahnskalierbar.
Bei einer MIPI-Kamera erfasst der Kamerasensor ein Bild und überträgt es an den CSI-2-Host. Wenn das Bild übertragen wird, wird es als einzelne Bilder im Speicher abgelegt. Jeder Frame wird über virtuelle Kanäle übertragen. Jeder Kanal wird dann in Zeilen aufgeteilt und einzeln übertragen. Damit ist eine vollständige Bildübertragung vom gleichen Bildsensor möglich – allerdings mit mehreren Pixelströmen.
MIPI CSI-2 verwendet Pakete für die Kommunikation, die Datenformat- und ECC-Funktionen (Error Correction Code) enthalten. Ein einzelnes Paket durchläuft die D-PHY-Schicht und teilt sich dann in die Anzahl der erforderlichen Datenspuren auf. D-PHY arbeitet im Hochgeschwindigkeitsmodus und überträgt das Paket über den Kanal an den Empfänger.
Anschließend wird der CSI-2-Empfänger mit der physikalischen D-PHY-Schicht ausgestattet, um das Paket zu extrahieren und zu dekodieren. Der Prozess wird durch eine effiziente und kostengünstige Implementierung Frame für Frame vom CSI-2-Gerät zum Host wiederholt.
USB-Schnittstelle
DerUSB-Schnittstelledient tendenziell 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.
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 derUSB 3.0Schnittstelle 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.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22. März 2023
