組み込みビジョンシステムは、ライフサイエンス、製造業、スポーツ放送などの業界で重要な役割を果たしています。その性能は、カメラの撮影システムから処理ユニットへの画像伝送において、適切なインターフェースを選択することに依存しています。インターフェースは、高いスループットを維持し、データフローのボトルネックを避け、アプリケーションに適した伝送距離を確保する必要があります。
GMSL（ギガビットマルチメディアシリアルリンク）インターフェースは、最大15メートルの距離で高品質かつ低遅延の画像データ伝送を可能にすることで、これらの能力を強化しています。特に、このインターフェースは高解像度のビデオを低遅延で処理できることと、長距離データ伝送に対応しているため、多くの最先端組み込みビジョンシステムにとって即座に選ばれる選択肢となっています。
このブログでは、GMSL技術について知っておくべきすべての情報をご紹介します。
GMSL技術とは何ですか？
ギガビットマルチメディアシリアルリンク（GMSL）カメラ インターフェースは、高速かつ高解像度のビデオ出力を管理するために設計されています。送信側では、シリアライザーがパラレルデータを高速なシリアルストリームに変換し、データラインの複雑さを減らし、信号干渉のリスクを最小限に抑えます。受信側では、デシリアライザーがシリアルデータを元のパラレル形式に戻し、処理の準備が整います。
GMSLインターフェースは、最大6 GB/秒のビデオ転送速度を処理できるため、圧縮されていない高解像度のビデオストリームを最小限の遅延で伝送することができます。このような速度は、リアルタイムデータ処理が要求されるアプリケーションにとって非常に重要です。
GMSLカメラインターフェースの基本原則
シリアライザー/デシリアライザー（SerDes）技術
GMSL技術の核心は、シリアライザー/デシリアライザー（SerDes）技術にあります。シリアライザーはカメラセンサーからのパラレルデータを受け取り、それを連続的なシリアルストリームに変換します。この変換プロセスにより、ケーブル設計が簡素化され、潜在的な信号干渉が減少し、高速データ伝送の信号品質が維持されます。
受信側に配置されたデシリアライザーは、シリアルデータを元のパラレル形式に戻し、受信システムが正しく処理できるようにします。
ケーブリング
GMSLインターフェースは、優れたシールド性能と高周波信号を長距離にわたって大きな損失なしに伝送できるコアキシャルケーブルを使用します。コアキシャルケーブルは、信号の完全性を維持し、データの破損を防ぎ、外部の電磁干渉を最小限に抑えるのに役立ちます。また、GMSLインターフェースはツイストペアケーブルでも機能可能で、こちらはコスト効果の高い代替手段でありながら、高速データ伝送をサポートしています。
データレートと解像度
GMSL技術は高データレートをサポートしており、これにより圧縮されていないビデオや高解像度の画像の伝送が可能です。最大6 GB/秒のデータレートに対応することで、GMSLはデータ集約型のアプリケーションでも、パフォーマンスを損なうことなくスムーズに動作することを保証します。
マルチインターフェースサポート
GMSLインターフェースは、HDMI、CSI-2、DSI、eDPなど、さまざまなデータフォーマットに対応しています。この対応能力により、各アプリケーションの特定の要件を確実に満たすことができます。
双方向コミュニケーション
GMSLは、カメラベースのアプリケーションにおいて、ビデオデータ伝送に使用される同じ物理的メディアを通じて制御信号の送受信をサポートする双方向コミュニケーションを提供します。これはリアルタイムのフィードバックと制御にとって重要です。ビデオと制御データを単一のインターフェースでサポートすることで、GMSLはシステム設計を簡素化し、追加の配線の必要性を減少させます。これにより、製品開発と展開がよりスムーズになります。
GMSLカメラインターフェースの種類
GMSL1
GMSL1は、自動車用ビデオストリーミングなどの様々なアプリケーションに適した高速データ伝送を提供します。GMSL1はコアキシャルケーブルを使用し、最大3.125 Gbpsのデータレートを提供します。1080p60の圧縮されていないビデオを、通常1マイクロ秒未満の遅延で伝送することができます。
GMSL2
GMSL2はさらに高い帯域幅を提供し、15メートルのケーブルで最大6 Gbpsのデータレートをサポートします。また、4Kの高解像度、長いケーブル長のサポート、データ整合性チェックの強化も特徴です。そのため、GMSL2インターフェースはデータ品質や高帯域幅が重要な要求の厳しい環境に最適です。
GMSL3
GMSL3は、フォワードチャンネルで最大12 Gbps、リバースチャンネルで187 Mbpsのデータレートをサポートしています。これにより、90 fpsの圧縮されていない4K解像度を実現し、滑らかなビデオストリームを提供します。また、GMSL3は、単一のPoCケーブルで3つの4Kストリームを統合することができ、リアルタイムの3Dイメージングとサラウンドビュー機能を実現します。
GMSL技術の仕組み
- GMSLカメラ インターフェースは、高速データシリアライゼーションの原理に基づいて動作します。カメラセンサーが画像を取り込むと、生のピクセルデータ（通常はパラレル形式）がシリアライザーに送られます。
- シリアライザーは、このパラレルデータを高速なシリアルストリームに変換し、必要なデータラインの数を減らし、潜在的な干渉を最小限に抑えます。
- シリアライズされたデータストリームは、ノイズや干渉に対する耐性を持つコアキシャルケーブルやシールド付きツイストペアケーブルなどのケーブルを通じて伝送されます。
- 目的地（ディスプレイや処理ユニットなど）に到達すると、データはデシリアライズ処理を受けます。
- デシリアライザーはシリアルデータを元のパラレル形式に戻し、処理できる状態にします。
GMSLプロトコルは、伝送中のデータの整合性を維持するために、エラー訂正技術も統合しています。
GMSL Cameras Offered by e-con Systems
e-con Systemsが提供するGMSLカメラ e-con Systemsは、a href=”https://www.e-consystems.com/oem-custom-cameras.asp”>OEMカメラの設計、開発、製造において20年以上の経験を持つ業界の先駆者です。当社は、産業用、農業用、医療用など、さまざまな用途に対応するGMSL、GMSL2、およびGMSL3カメラをいくつかご提供しています。
これらの最先端カメラは、HDR、IP66/67等級のエンクロージャー、グローバルシャッター/ローリングシャッター、LEDちらつき軽減など、ワールドクラスの機能を備えています。また、 e-con SystemsのGMSLカメラは NVIDIA Jetson開発キットを含むさまざまなプラットフォームと互換性があります。
カメラセレクターページで、当社の全製品ポートフォリオをご覧ください。
GMSLカメラを組み込みビジョンアプリケーションに統合する際にサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.comまでご連絡ください。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。