産業用および自動車用アプリケーションでは、高解像度イメージング システムへの依存がますます高まっており、リアルタイムの高帯域幅ビデオ データを効率的かつ確実に提供できなければなりません。 GigE Vision 標準は広く知られ、広く使用されていますが、アプリケーション要件が更新されているため、代替ソリューションを求める人が増えています。ギガビット マルチメディア シリアル リンク (GMSL) テクノロジは、複数のカメラをサポートし、厳密なリアルタイム処理を可能にし、複雑さを軽減し、確定的で低消費電力の特性とコンパクトな外観を備えた代替テクノロジです。
この記事では、GigE Vision と GMSL の主な違いを簡単に紹介します。次に、アナログ・デバイセズの GMSL ソリューションを紹介し、これらのソリューションを使用してシステムの複雑さを大幅に軽減し、信頼性を向上させ、効率的なリアルタイムビデオ伝送を実現する方法を説明します。
カメラインターフェーステクノロジーがパフォーマンスに与える影響
さまざまなインターフェイス テクノロジーにより、カメラ センサーとホスト プロセッサ間の距離を延長し、多くのイメージング アプリケーションの基本要件を満たすソリューションが提供されます。ギガビット イーサネット (GbE) テクノロジーに基づく GigE Vision カメラ インターフェイス規格は広く採用されています。 GigE Vision カメラは通常、イメージ センサー、プロセッサ、イーサネット物理層 (PHY) インターフェイスという 3 つの主要コンポーネントで構成される信号チェーンに依存します (図 1)。
イーサネット カメラはプロセッサ ベースのシグナル チェーン イメージを使用します
図 1: イーサネット カメラは、プロセッサ ベースのシグナル チェーンを使用して、送信前にイメージ センサー データをバッファリングおよび処理します。 (画像出典: アナログ・デバイセズ社)
センサーに関しては、GigE Vision カメラは内部プロセッサを使用して、カスタマイズされたセンサー インターフェイス プロトコルをサポートできます。伝送に関しては、GigE Vision カメラは標準イーサネットを使用することでさまざまなホスト デバイスと互換性があります。たとえば、パーソナル コンピュータや組み込みシステムは通常、標準インターフェイスとして GbE ポートを使用します。 GigE Vision カメラがユニバーサル ドライバー (通常はこれらのシステムによって提供される) をサポートしている場合、別のプラグ アンド プレイ周辺機器として使用できます。
イーサネット ベースのソリューションは、単一カメラ アプリケーションでは利点がありますが、マルチ カメラ アプリケーションでは追加のハードウェアが必要です。通常、これらのアプリケーションでは、複数のデータ ストリームを処理するために、追加の専用イーサネット スイッチまたはネットワーク インターフェイス カード (NIC) が必要です。これらのデバイスをビデオ データ パスに追加すると、カメラとホスト間のスループットと遅延に影響を与える可能性があります。
さらに、アナログ・デバイセズの GMSL テクノロジーはポイントツーポイントのシリアルリンク方式を採用しており、遅延を最小限に抑えながら複数のカメラを必要とするアプリケーションに効率的なソリューションを提供します。 GMSL カメラはもともと自動車アプリケーション向けに設計されましたが、イーサネット ベースのカメラの代替として、自動車業界以外のアプリケーションでも採用されることが増えています。
GMSL ベースのアプリケーションでは、オンチップ ホスト システム (SoC) がすべてのカメラの全帯域幅をサポートしている場合、スループットや遅延に影響を与えることなく、複数のコンパクト GMSL カメラを単一の GMSL ホストに接続できます (図 2)。
GMSL マルチカメラ アプリケーション図
図 2: GMSL マルチ カメラ アプリケーションでは、単純なカメラ (左) を使用できます。各カメラは独立した GMSL リンクを通じて接続され、最終的には単一のホストに収束します (右)。 (画像出典: アナログ・デバイセズ社)
GMSL を使用するカメラは通常、イメージ センサーや GMSL シリアライザーなどの簡素化されたシグナル チェーンを使用します。 GMSL シーケンサーは、2 つの標準センサー インターフェイスをサポートしています。
第 1 世代 GMSL (GMSL1) デバイスは、並列低電圧差動信号 (LVDS) インターフェイスをサポートします。
第 2 世代 GMSL (GMSL2) および第 3 世代 GMSL (GMSL3) デバイスは、一般的なモバイル産業用プロセッサ インターフェイス (MIPI) 標準をサポートしており、GMSL カメラでさまざまな主要なイメージ センサーを使用できるようになります。
ほとんどのアプリケーションでは、イメージ センサーからの生データはシリアル化され、元の形式で GMSL リンク経由で送信されます。プロセッサーやその他のサポートコンポーネントがないため、GMSL カメラの設計と製造はより簡単です。また、コンパクトなカメラ形状と低消費電力を必要とするアプリケーションに対して、より効果的なソリューションも提供します。
GMSL リンク ホストは通常、1 つ以上のハードウェア デシリアライザーを組み合わせたカスタマイズされた組み込みシステムです。通常、ホスト上で数行のコードを実行するだけで、これらのハードウェア デシリアライザーにアクセスしてデータを取得できます。イメージ センサー用のドライバーがある場合、開発者は、カメラからビデオ ストリームを読み取るために適切なレジスタを設定するだけで済みます。アナログ・デバイセズの GMSL デバイス評価キットには、これらのデバイスにアクセスしてその機能を調べるために必要なソフトウェアが含まれています。 GMSL 開発のサポートをさらに強化するために、アナログ・デバイセズは GMSL テクノロジー用のオープンソース ソフトウェア ライブラリを提供しています。