埋め込まれたビジョンシステムの世界では、カメラインターフェイスは、イメージセンサーをコアの処理に接続するニューラル回路であり、データが効率的かつ確実に送信される方法を決定します。
今日の組み込みデバイスでは、カメラインターフェイスの選択は、ビジョンシステム全体のパフォーマンス、消費電力、コストに重要な影響を及ぼします。スマートフォンから自動運転車まで、産業用テストから医療イメージングまで、さまざまなアプリケーションシナリオには異なるインターフェイスソリューションが必要です。
MIPI CSI-2は現在、モバイルおよび組み込みデバイスで最も人気のあるカメラインターフェイス標準です。その効率的なデータ送信機能と低消費電力により、ほとんどのスマートデバイスにとって好ましい選択肢になります。
01インターフェースの概要と開発履歴
組み込みカメラインターフェイステクノロジーの開発は、アナログからデジタル、および低速から高速までの進化プロセスを受けています。初期の組み込みデバイスは、主にCVBなどのアナログインターフェイスを使用していましたが、デジタル画像処理の需要が増加するにつれて、デジタルインターフェイスが徐々に主流になりました。
1990年代後半には、並列デジタルインターフェイスが人気を博し、その後、より高い解像度とフレームレートの需要を満たすために、高速シリアルインターフェイスが出現しました。 MIPI Allianceは、2005年にCSI-2規格をリリースしました。これは現在、事実上の業界標準になっています。
現在、主流のインターフェイスには、MIPI CSI-2、DVP、USB、およびLVDが含まれます。各インターフェイスには、独自の特定のアプリケーションシナリオと利点と短所があります。これらのインターフェイスの特性と違いを理解することは、組み込みビジョンシステムを設計するために重要です。
02 MIPI CSI-2インターフェイス
MIPI CSI-2（カメラシリアルインターフェイス2）は、モバイル業界のプロセッサインターフェイスAllianceによって開発されたカメラシリアルインターフェイス標準であり、現在ではさまざまな組み込みデバイスで広く使用されています。
CSI-2は、層状アーキテクチャを使用します。物理レイヤー（PHY）はD-PHYまたはC-PHYプロトコルを使用し、データリンクレイヤーはパケットのフォーマットとエラー検出を提供し、アプリケーションレイヤーはピクセルからバイバイトマッピングを処理します。
このインターフェイスは、ビデオデータ、同期信号、埋め込みデータ、ユーザー定義のデータの複数のデータ型をサポートしています。そのマルチチャネルの性質により、複数のデータチャネルを介した並列伝送が帯域幅を増加させることができます。
CSI-2の主な利点には、高い帯域幅（最大6 Gbps/チャネル）、低消費電力、強力な干渉機能、および小さなピンカウントが含まれます。ただし、その短所は、複雑なプロトコル、専門化されたレシーバーの要件、およびデバッグの相対的な難しさです。
03 DVPパラレルインターフェイス
DVP（デジタルビデオポート）は、8/10/12/16ビットデータバスを使用した従来の並列デジタルビデオインターフェイスと、水平および垂直同期信号とデータ送信用のピクセルクロックです。
DVPインターフェイスには、データバス（データ）、ピクセルクロック（PCLK）、水平同期（HSYNC）、垂直同期（VSYNC）、および一部の制御信号など、単純な構造があります。データ送信は、ピクセルクロックの端によってトリガーされます。
このインターフェイスの利点は、その単純なプロトコル、実装とデバッグの容易さ、および専用のレシーバーの欠如であり、汎用MCUへの直接的な接続が可能です。ただし、その短所には、多数のピン、透過距離が短い、干渉に対する感受性、帯域幅が限られています。
DVPは、単純な監視やエントリーレベルのスキャン機器など、低解像度の低フレームレートアプリケーションに適しています。その最大帯域幅は通常、200mbpsを超えません。
04 USBビデオインターフェイス
USBカメラインターフェイスは、主にホストデバイスに接続するために使用されます。 UVC（USB Video Class）標準を順守し、特殊なドライバーをインストールせずにほとんどのオペレーティングシステムで適切に機能します。
USBインターフェイスにはいくつかのバージョンがあります。USB2.0は480Mbpsの帯域幅を提供し、USB 3.0は5Gbpsに増加し、最新のUSB4は最大40gbpsに達します。後のバージョンは、より高い解像度とフレームレートをサポートします。
このインターフェイスの利点は、その汎用性、簡単なホットスワップ可能性、および長距離伝送のサポートです（拡張ケーブルを介して）。ただし、その欠点は高出力消費と高レイテンシーであり、非常に高いリアルタイムパフォーマンスを必要とするアプリケーションには適していません。
USBカメラは、PC周辺機器、ビデオ会議システム、消費者監視、その他のフィールドで広く使用されており、ホストデバイスに接続する最も簡単な方法の1つを提供します。
05その他の特殊なインターフェイス
LVD（低電圧差動シグナル伝達）インターフェイスは、差動シグナル伝達を使用し、強い干渉免疫を提供し、長距離伝達に適しています。一般に、産業用カメラや自動車カメラで使用されています。
Gige（Gigabit Ethernet）インターフェイスは、ビデオデータをイーサネット上に送信し、超長距離伝送（最大100メートル）をサポートし、産業用マシンビジョンと大規模な監視システムに適しています。カメラリンクは、産業ビジョン専用に設計された高速インターフェイスであり、最大7Gbpsの帯域幅を提供します。ただし、比較的高価であり、主にハイエンドの産業検査機器で使用されています。
06インターフェイスの選択に関する考慮事項
カメラインターフェイスを選択するときは、帯域幅要件（解像度×フレームレート×色深度）、電力消費の制約、送信距離、システムの複雑さ、コスト予算のいくつかの要因を考慮してください。
モバイルデバイスの場合、MIPI CSI-2は、低電力消費と高効率を好むために好まれます。簡単なアプリケーションは、コストを削減するためにDVPを選択できます。PC接続には、USBが適しています。産業環境については、Gigeまたはカメラのリンクを検討してください。
互換性も重要な考慮事項です。プロセッサインターフェイスサポート、ソフトウェアエコシステムの豊富さ、開発リソースの可用性はすべて、インターフェイスの選択決定に影響します。
07実用的なアプリケーションの例
スマートフォンでは、MIPI CSI-2は絶対的な主流です。マルチカメラシステムは、CSI-2インターフェイスを介してプロセッサに接続し、データチャネルを共有します。
Raspberry PIなどの開発板は、CSI-2とDVPの両方のインターフェイスを提供します。 CSI-2は、高性能カメラモジュールに接続するために使用され、DVPは単純なセンサーと互換性があります。
自動車カメラは通常、LVDまたは専用の自動車イーサネットを使用します。これは、長距離伝送とより良い干渉免疫が必要なためです。
産業検査機器は、速度要件に基づいてGigeまたはカメラリンクインターフェイスのいずれかを選択します。前者は中速アプリケーションに適していますが、後者は高速および高精度の要件を満たしています。
08将来の開発動向
カメラインターフェイステクノロジーは、高速、低電力消費、およびよりシンプルに進化しています。 MIPI CSI-3は、より新しいm-PHY物理層を使用して、より高い帯域幅とより良い電力効率を提供します。
Compute Expressリンク（CXL）などの新しい相互接続テクノロジーも、将来カメラインターフェイスフィールドに影響を与える可能性があり、レイテンシとより高い帯域幅の接続ソリューションを提供します。ワイヤレスカメラインターフェイスも進化しています。たとえば、WiFi 6および5Gテクノロジーにより、高解像度ワイヤレスビデオ伝送が可能になります。ドローンとVR/ARデバイスに新しいソリューションを提供します。
スマートホーム会社が新しいドアベルカメラを開発したとき、最初はコストを削減するためにDVPインターフェイスを選択しましたが、ビデオ遅延が深刻でユーザーエクスペリエンスが低いことがわかりました。
に切り替えた後MIPI CSI-2、コストはわずかに増加しましたが、ビデオの流encyさは大幅に向上し、肯定的な市場レビューを受けました。このケーススタディは、製品のパフォーマンスに対するインターフェイス選択の重要な影響を示しています。
要約すれば、 適切な組み込みカメラインターフェイスを選択するには、パフォーマンス、消費電力、コスト、複雑さのバランスをとる必要があります。さまざまなインターフェイスの技術的特性と適用可能なシナリオを理解することは、特定のアプリケーションに最適な選択をするために重要です。
技術的な決定は、単一のパラメーターのみに基づいているべきではありません。むしろ、システムの要件、開発リソース、および製品の位置決めを包括的に検討して、最も適切な視覚伝送チャネルを選択する必要があります。
埋め込まれたビジョンシステムの世界では、カメラインターフェイスは、イメージセンサーをコアの処理に接続するニューラル回路であり、データが効率的かつ確実に送信される方法を決定します。
今日の組み込みデバイスでは、カメラインターフェイスの選択は、ビジョンシステム全体のパフォーマンス、消費電力、コストに重要な影響を及ぼします。スマートフォンから自動運転車まで、産業用テストから医療イメージングまで、さまざまなアプリケーションシナリオには異なるインターフェイスソリューションが必要です。
MIPI CSI-2は現在、モバイルおよび組み込みデバイスで最も人気のあるカメラインターフェイス標準です。その効率的なデータ送信機能と低消費電力により、ほとんどのスマートデバイスにとって好ましい選択肢になります。
01インターフェースの概要と開発履歴
組み込みカメラインターフェイステクノロジーの開発は、アナログからデジタル、および低速から高速までの進化プロセスを受けています。初期の組み込みデバイスは、主にCVBなどのアナログインターフェイスを使用していましたが、デジタル画像処理の需要が増加するにつれて、デジタルインターフェイスが徐々に主流になりました。
1990年代後半には、並列デジタルインターフェイスが人気を博し、その後、より高い解像度とフレームレートの需要を満たすために、高速シリアルインターフェイスが出現しました。 MIPI Allianceは、2005年にCSI-2規格をリリースしました。これは現在、事実上の業界標準になっています。
現在、主流のインターフェイスには、MIPI CSI-2、DVP、USB、およびLVDが含まれます。各インターフェイスには、独自の特定のアプリケーションシナリオと利点と短所があります。これらのインターフェイスの特性と違いを理解することは、組み込みビジョンシステムを設計するために重要です。
02 MIPI CSI-2インターフェイス
MIPI CSI-2（カメラシリアルインターフェイス2）は、モバイル業界のプロセッサインターフェイスAllianceによって開発されたカメラシリアルインターフェイス標準であり、現在ではさまざまな組み込みデバイスで広く使用されています。
CSI-2は、層状アーキテクチャを使用します。物理レイヤー（PHY）はD-PHYまたはC-PHYプロトコルを使用し、データリンクレイヤーはパケットのフォーマットとエラー検出を提供し、アプリケーションレイヤーはピクセルからバイバイトマッピングを処理します。
このインターフェイスは、ビデオデータ、同期信号、埋め込みデータ、ユーザー定義のデータの複数のデータ型をサポートしています。そのマルチチャネルの性質により、複数のデータチャネルを介した並列伝送が帯域幅を増加させることができます。
CSI-2の主な利点には、高い帯域幅（最大6 Gbps/チャネル）、低消費電力、強力な干渉機能、および小さなピンカウントが含まれます。ただし、その短所は、複雑なプロトコル、専門化されたレシーバーの要件、およびデバッグの相対的な難しさです。
03 DVPパラレルインターフェイス
DVP（デジタルビデオポート）は、8/10/12/16ビットデータバスを使用した従来の並列デジタルビデオインターフェイスと、水平および垂直同期信号とデータ送信用のピクセルクロックです。
DVPインターフェイスには、データバス（データ）、ピクセルクロック（PCLK）、水平同期（HSYNC）、垂直同期（VSYNC）、および一部の制御信号など、単純な構造があります。データ送信は、ピクセルクロックの端によってトリガーされます。
このインターフェイスの利点は、その単純なプロトコル、実装とデバッグの容易さ、および専用のレシーバーの欠如であり、汎用MCUへの直接的な接続が可能です。ただし、その短所には、多数のピン、透過距離が短い、干渉に対する感受性、帯域幅が限られています。
DVPは、単純な監視やエントリーレベルのスキャン機器など、低解像度の低フレームレートアプリケーションに適しています。その最大帯域幅は通常、200mbpsを超えません。
04 USBビデオインターフェイス
USBカメラインターフェイスは、主にホストデバイスに接続するために使用されます。 UVC（USB Video Class）標準を順守し、特殊なドライバーをインストールせずにほとんどのオペレーティングシステムで適切に機能します。
USBインターフェイスにはいくつかのバージョンがあります。USB2.0は480Mbpsの帯域幅を提供し、USB 3.0は5Gbpsに増加し、最新のUSB4は最大40gbpsに達します。後のバージョンは、より高い解像度とフレームレートをサポートします。
このインターフェイスの利点は、その汎用性、簡単なホットスワップ可能性、および長距離伝送のサポートです（拡張ケーブルを介して）。ただし、その欠点は高出力消費と高レイテンシーであり、非常に高いリアルタイムパフォーマンスを必要とするアプリケーションには適していません。
USBカメラは、PC周辺機器、ビデオ会議システム、消費者監視、その他のフィールドで広く使用されており、ホストデバイスに接続する最も簡単な方法の1つを提供します。
05その他の特殊なインターフェイス
LVD（低電圧差動シグナル伝達）インターフェイスは、差動シグナル伝達を使用し、強い干渉免疫を提供し、長距離伝達に適しています。一般に、産業用カメラや自動車カメラで使用されています。
Gige（Gigabit Ethernet）インターフェイスは、ビデオデータをイーサネット上に送信し、超長距離伝送（最大100メートル）をサポートし、産業用マシンビジョンと大規模な監視システムに適しています。カメラリンクは、産業ビジョン専用に設計された高速インターフェイスであり、最大7Gbpsの帯域幅を提供します。ただし、比較的高価であり、主にハイエンドの産業検査機器で使用されています。
06インターフェイスの選択に関する考慮事項
カメラインターフェイスを選択するときは、帯域幅要件（解像度×フレームレート×色深度）、電力消費の制約、送信距離、システムの複雑さ、コスト予算のいくつかの要因を考慮してください。
モバイルデバイスの場合、MIPI CSI-2は、低電力消費と高効率を好むために好まれます。簡単なアプリケーションは、コストを削減するためにDVPを選択できます。PC接続には、USBが適しています。産業環境については、Gigeまたはカメラのリンクを検討してください。
互換性も重要な考慮事項です。プロセッサインターフェイスサポート、ソフトウェアエコシステムの豊富さ、開発リソースの可用性はすべて、インターフェイスの選択決定に影響します。
07実用的なアプリケーションの例
スマートフォンでは、MIPI CSI-2は絶対的な主流です。マルチカメラシステムは、CSI-2インターフェイスを介してプロセッサに接続し、データチャネルを共有します。
Raspberry PIなどの開発板は、CSI-2とDVPの両方のインターフェイスを提供します。 CSI-2は、高性能カメラモジュールに接続するために使用され、DVPは単純なセンサーと互換性があります。
自動車カメラは通常、LVDまたは専用の自動車イーサネットを使用します。これは、長距離伝送とより良い干渉免疫が必要なためです。
産業検査機器は、速度要件に基づいてGigeまたはカメラリンクインターフェイスのいずれかを選択します。前者は中速アプリケーションに適していますが、後者は高速および高精度の要件を満たしています。
08将来の開発動向
カメラインターフェイステクノロジーは、高速、低電力消費、およびよりシンプルに進化しています。 MIPI CSI-3は、より新しいm-PHY物理層を使用して、より高い帯域幅とより良い電力効率を提供します。
Compute Expressリンク（CXL）などの新しい相互接続テクノロジーも、将来カメラインターフェイスフィールドに影響を与える可能性があり、レイテンシとより高い帯域幅の接続ソリューションを提供します。ワイヤレスカメラインターフェイスも進化しています。たとえば、WiFi 6および5Gテクノロジーにより、高解像度ワイヤレスビデオ伝送が可能になります。ドローンとVR/ARデバイスに新しいソリューションを提供します。
スマートホーム会社が新しいドアベルカメラを開発したとき、最初はコストを削減するためにDVPインターフェイスを選択しましたが、ビデオ遅延が深刻でユーザーエクスペリエンスが低いことがわかりました。
に切り替えた後MIPI CSI-2、コストはわずかに増加しましたが、ビデオの流encyさは大幅に向上し、肯定的な市場レビューを受けました。このケーススタディは、製品のパフォーマンスに対するインターフェイス選択の重要な影響を示しています。
要約すれば、 適切な組み込みカメラインターフェイスを選択するには、パフォーマンス、消費電力、コスト、複雑さのバランスをとる必要があります。さまざまなインターフェイスの技術的特性と適用可能なシナリオを理解することは、特定のアプリケーションに最適な選択をするために重要です。
技術的な決定は、単一のパラメーターのみに基づいているべきではありません。むしろ、システムの要件、開発リソース、および製品の位置決めを包括的に検討して、最も適切な視覚伝送チャネルを選択する必要があります。
