GMSL2 카메라와 이더넷 카메라 – 자세한 비교

임베디드 카메라는 현재와 미래의 상호 연결된 세계의 요구 사항을 충족하기 위해 발전하는 기술로서 이제 어디에나 존재합니다. 그러나 선택 프로세스가 가장 기본적인 기능의 가용성에 크게 의존하던 시대는 지났습니다. 요즘에는 몇 가지 주요 요인이 카메라의 인기 상승에 기여하고 있습니다. 여기에는 고속 데이터 전송, 장거리 지원, 데이터 무결성 및 탁월한 이미지 품질이 포함됩니다.

물론 일부는 업계에 구애받지 않아 많은 사용 사례에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 최대 800Gbps의 고속 데이터 전송 및 최대 500m의 장거리 지원과 같은 특정 기능이 네트워킹 비전을 가진 사람들의 확실한 목표로 떠오르고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 다음 도약을 위해 필요한 근본적인 과제는 엄청나 보입니다. 여기에는 전원, 광학, 구조 및 위험한 환경에 대처할 수 있는 카메라 기능이 포함됩니다.

이 기사에서는 GMSL2 및 이더넷 카메라가 임베디드 카메라 산업의 미래를 유지하기 위해 이러한 과제를 어떻게 해결하는 데 도움이 되는지 논의해 보겠습니다.

GMSL2 카메라란 무엇입니까?

GMSL은 직렬 변환기 및 직병렬 변환기 제품군으로 구성된 고속 직렬 인터페이스인 Gigabit Multimedia Serial Link의 약자입니다. 동축 STP(차폐 연선 쌍) 케이블 또는 SPP(차폐 병렬 쌍) 케이블로 연결됩니다. 직렬 변환기는 데이터를 직렬 스트림으로 변환하기 위해 송신기 측에서 사용됩니다. 반면, 수신 측의 디시리얼라이저(deserializer)는 처리를 위해 직렬 단어를 병렬 단어로 변환하는 데 사용됩니다.

GMSL 및 GMSL2 카메라는 SerDes 기술을 사용하여 단일 동축 케이블을 통해 고속 비디오, 양방향 제어 데이터 및 전원을 전달합니다. 레인당 최대 6Gbps의 속도로 비디오를 전송할 수 있습니다.

GMSL 인터페이스를 사용하는 임베디드 시스템의 블록 다이어그램을 살펴보겠습니다.

그림 1: GMSL SERDES 시스템

이더넷 카메라란 무엇입니까?

이더넷 카메라에 대해 자세히 알아보고 GMSL2 카메라와 비교하기 전에 이더넷 케이블이 사용되는 이유를 살펴보겠습니다.

이더넷 케이블이란 무엇입니까?

이더넷 케이블은 전체 케이블 길이에 걸쳐 구리선이 서로 꼬인 외부 재킷으로 구성된 네트워크 케이블 유형입니다. 이는 비차폐 연선(UTP) 또는 차폐 연선(STP)으로 분류됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 STP 케이블은 외부 재킷 내부에 차폐 기능이 제공됩니다. 이 STP는 EMI(전자기 간섭)가 높은 환경에서 데이터 손상을 완화하기 위해 일반적으로 사용됩니다.

이더넷 케이블 유형 

분류	전송 속도(최대)	전송 거리	차폐형	대역폭(최대)
Cat 5e	1Gbps	100미터	비차폐	100MHz
Cat 6	1Gbps	100미터	차폐/비차폐	250MHz
	10Gbps	55미터
Cat 6a	10Gbps	55미터	차폐형	500Mhz
Cat 7	100Gbps	15미터	차폐형	600Mhz
Cat 7a	100Gbps	15미터	차폐형	1000Mhz
Cat 8	40Gbps	30미터	차폐형	2000Mhz
Cat 8	40Gbps	30미터	차폐형	2000Mhz

표 1: 이더넷 케이블 유형

이더넷 카메라는 이미지를 캡처하거나 비디오 영상을 녹화하고 이더넷 케이블을 통해 네트워크를 통해 전송합니다. 특히, 이러한 카메라는 장거리에서 안정적인 전송이 필요한 임베디드 비전 애플리케이션에 적합합니다. 각 이더넷 카메라에는 너무 많은 대역폭을 소비하지 않도록 캡처하거나 녹화할 때 이미지/비디오 영상을 압축하는 처리 칩이 제공됩니다. 마지막으로 네트워크를 통해 이미지/비디오 영상을 전송합니다.

이더넷 카메라는 감시 업계에서 만든 개방형 표준 프로토콜 세트인 ONVIF 표준으로 개발되었습니다. 이 표준은 카메라가 서로 통신하고 NVR(네트워크 비디오 레코더)과 통신할 수 있도록 보장합니다.

이더넷 카메라의 PoE(Power Over Ethernet) 기술

이더넷 카메라에는 녹화 영상을 공유하거나 카메라 설정을 관리하기 위해 전원과 네트워크가 모두 필요합니다. 따라서 두 개의 케이블 연결이 필요합니다. 하나는 전원 공급 장치이고 다른 하나는 라우터 또는 스위치입니다. 하지만 이더넷 카메라에 PoE 기술이 임베디드되어 있으면 별도의 전원 공급 장치 없이 단일 CATx 이더넷 케이블을 통해 장치에 데이터와 DC 전원을 모두 공급합니다.

그림 2: 이더넷 케이블로 연결된 GigE 카메라

단일 케이블을 사용하여 데이터와 전력을 동시에 전송 – 작동 방식

이더넷 케이블은 외부 재킷 내부에 연선 쌍이 있기 때문에 IEEE 802.3af(PoE) 및 802.3at(PoE+)와 같은 PoE 표준에서는 두 개의 꼬인 쌍을 전원용으로, 두 개의 꼬인 쌍을 데이터용으로 사용합니다. IEEE 802.3bt(PoE++)와 같은 최신 PoE 표준은 전력과 데이터 전송을 위해 4개의 연선을 모두 사용합니다.
IEEE802.3af(PoE) – 초기에 개발된 PoE 표준은 최대 15.4와트의 전력을 제공했습니다. 이 표준을 갖춘 PoE 카메라는 WAP(무선 액세스 포인트), VoIP(Voice Over Internet Protocol) 전화 및 기본 감시 카메라와 같은 최저 전력 요구 사항 애플리케이션에 사용됩니다.

다음은 다양한 PoE 표준입니다.

• IEEE802.3at(PoE+) – 이 표준은 최대 25.5와트의 전력을 제공합니다. 이 표준을 갖춘 PoE 카메라는 LCD가 있는 VoIP 카메라, 팬, 틸트 또는 줌과 같은 기능이 지원되는 감시 카메라 등과 같은 장치에 대한 더 높은 전력 요구 사항을 지원합니다.
• IEEE802.3bt 유형 3(PoE++) – 이 표준은 42.5V~57V에서 51W의 전력을 제공합니다. 최대 스위치 포트 전력은 50V~57V에서 60W입니다.
• IEEE802.3bt 유형 4(PoE++) – 이 표준은 41.1V -57V에서 71W의 전력을 제공합니다. 최대 PoE++ Type 4 스위치 포트 전력은 52V-57V에서 100W입니다.

IEEE802.3bt PoE++는 디지털 간판, 정보 키오스크 등과 같은 고전력 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

IEEE 802.3af를 준수하는 e-con PoE 카메라 의 블록 다이어그램은 이를 보여주기 위해 아래에 표시됩니다.

그림 3: e-con의 PoE 카메라 – RouteCAM

GMSL2와 이더넷 카메라 모두 빠른 데이터 속도, 고대역폭, 무결성, 더 나은 EMI/EMC 성능과 같은 증가하는 요구 사항을 특정 애플리케이션에 적합한 고유한 방식으로 충족합니다. 그러나 GMSL2 카메라는 더욱 발전되었으며 매우 빠른 속도와 성능이 필요한 임베디드 비전 애플리케이션에 선호됩니다.

전송 거리

GMSL 카메라는 동축 케이블이나 STP를 통해 호스트 프로세서에서 15미터 떨어진 곳에 배치하여 최고 속도로 작동하면서도 여전히 높은 프레임 속도와 더 짧은 대기 시간을 지원할 수 있습니다. 그렇다면 애플리케이션에 15미터 이상의 케이블 길이가 필요한 경우에는 어떻게 될까요? 해결책은 장거리 전송(최대 100m)에 도움이 되는 PoE 카메라입니다. 케이블 길이에 대한 자세한 내용은 표 1: 이더넷 케이블 유형을 참조하십시오.

이더넷 네트워크 범위를 100m 이상으로 확장하기 위해 PoE 확장기가 PoE 카메라와 결합됩니다. 이 조합은 IEEE PoE 및 데이터 표준을 준수하면서 최대 200m 거리의 네트워크 장치에 데이터와 전원을 제공합니다. 또한 PoE 확장기는 500m까지 계단식으로 연결할 수 있습니다. 실제로 이 확장은 일부 절충 사항 없이는 달성되지 않습니다. 첫째, 통신 속도가 100Mbps에서 최대 10Gbps로 감소합니다.

데이터 전송 속도

GMSL2는 최대 15m 거리에서 높은 데이터 전송 속도, 대역폭 및 낮은 대기 시간으로 뛰어난 이미지 품질을 제공합니다. 따라서 GMSL2 SerDes 카메라는 고속 데이터 전송 기술이 필요한 대형 드론, 농업 장비, 물류 로봇과 같은 임베디드 애플리케이션에 선호됩니다. 반면에 PoE 카메라는 이와 같은 장치의 저사양 요구 사항에 여전히 사용될 수 있습니다. 예를 들어, e-con Systems의 저조도 HDR PoE 카메라인 RouteCAM_CU20은 자율 모바일 로봇, 스마트 농업, 스마트 교통 및 주차장 관리 장치, 서라운드 뷰 시스템 등과 같은 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

EMI/EMC 성능

전자기 간섭(EMI)은 카메라에서 여전히 심각한 문제로 남아 있습니다. 이 유해한 간섭은 주변에 있는 케이블, 커넥터 및 전자 장치의 성능에 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 장치에 유해한 간섭이 없는지 확인하기 위해 EMC/EMI 테스트가 수행됩니다.

프로그래밍 가능한 출력 확산 스펙트럼 기능은 GMSL 장치의 직렬 변환기 및 직병렬 변환기 IC에 내장되어 카메라 애플리케이션의 안전성을 향상시킵니다. 이는 외부 확산 스펙트럼 클록 요구 사항 없이 링크의 EMI 성능을 향상시킵니다. 또한 GMSL 직렬 변환기에는 강력한 제어 채널 전자기 호환성(EMC) 허용 오차를 위한 고내성 모드(HIM)가 장착되어 있습니다.

따라서 GMSL SerDes는 이더넷에 비해 가장 엄격한 전자기 호환성(EMC) 요구 사항을 충족합니다. 동시에 PoE 또는 GigE 카메라는 대부분의 임베디드 비전 애플리케이션의 기본 EMI/EMC 요구 사항을 충족합니다.

비용

PoE 카메라는 케이블 연결이 덜 필요하므로 새로 설치할 때 비용이 저렴합니다. 또한 PoE 확장기를 활용하는 것은 장거리 애플리케이션을 위해 이더넷 네트워크 범위를 100m 이상으로 확장하는 비용 효율적인 방법입니다.

반면, 동축 케이블이 있는 GMSL2 카메라에는 전원과 전용 비디오 케이블이 별도로 필요하므로 케이블 설치에 더 많은 노동 시간과 비용이 소요됩니다. 그러나 GMSL2는 PoC(Power over Coax)를 통해 구동될 수도 있습니다. 따라서 모든 데이터, 제어 신호 및 전원이 단일 동축 케이블을 통해 전달됩니다. 이를 통해 최대 15m까지 유연한 케이블 라우팅이 가능하고 작은 공간에도 쉽게 설치할 수 있습니다.

이더넷 및 GMSL 카메라의 최근 발전은 무엇입니까?

단일 쌍 이더넷(SPE)과 고급 물리 계층(APL)은 가장 인기 있는 이더넷 혁신 중 두 가지입니다. 확장된 이더넷 케이블 길이 지원 및 위험한 환경에 대처할 수 있는 능력과 같은 잠재적인 이점을 통해 업계에서 이더넷을 더 많이 채택할 수 있습니다. SPE는 단일 연선을 사용하는 반면, 다른 형태의 이더넷은 4개를 사용합니다. SPE 솔루션에는 기존 RJ45 커넥터를 대체할 수 있는 견고하고 공간 절약형 커넥터가 포함되어 있습니다. 단일 연선을 통해 PoDL(Power over Data Line)을 통해 데이터와 전원을 공급합니다. 또한 SPE는 소형이므로 소형 센서, 카메라 또는 유사한 소형 장비에 전원을 공급하는 데 이상적입니다. APL은 10BASE-T1L을 기반으로 하는 SPE를 위한 향상된 물리 계층입니다.

GMSL의 경우 GMSL3(12Gbps)은 최대 14m의 케이블 길이를 통해 높은 프레임 속도(4K, 90fps)를 전송하는 최신 세대입니다. 또한 GMSL3 인터페이스는 이전 버전과의 호환성 모드를 지원하므로 해당 구성 요소가 GMSL2 모드에서도 작동될 수 있습니다.

e-con Systems가 설계한 세계 최고 수준의 카메라 포트폴리오

임베디드 비전 분야에서 20년에 가까운 경험을 보유한 e-con Systems는 GMSL 카메라 뿐만 아니라 세계 최고 수준의 GigE 카메라를 제공합니다 . 카메라 선택기 페이지를 탐색하여 GMSL 카메라, PoE, MIPI, USB, 스테레오, 비행 시간 및 병렬 카메라를 포함한 e-con의 전체 카메라 포트폴리오를 살펴볼 수 있습니다 . 특징.

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